CURS DE SPECIALIZARE GMDSS - GOC.

1.INTRODUCERE IN RADIOTEHNICA.

CUPRINS:

1.1.MARIMI ELECTRICE.

Citeva legi electrice:

I = Q/t

I = U/R (legea lui Ohm pe o portiune de circuit).

Rezistoarele pot fi:

Din punct de vedere functional:    fixe;

variabile semireglabile;

variabile (potentiometre).

Dupa tehnologia de fabricatie: bobinate; calculate cu formula R = pL/S unde p - resistenta electrica, in ohm/m; L = lungimea, in m; S = sectiunea, in m²;

chimice (prin depunere chimica);

cu pelicula metalica (depunere de vapori de metal)

de volum (prin presare, cu adaugarea a 2 terminale).

De remarcat ca cele mai folosite sint cele de volum pentru ca prezinta capacitati parazite foarte reduse in frecventele folosite in radiotehnica.

Condensatoarele pot fi:

Din punct de vedere functional:    polarizate (denumite si electrolitice deoarece contin o substanta electrolitica si de remarcat ca aceasta necesita respectarea polarizarii bornelor dupa indicatia imprimata pe corpul lor);

nepolarizate, si incluzind in plus clasificare dupa materialul dielectric dintre placi, se pot subimpartii in =     fixe ceramice;

cu hirtie

cu poliester metalizat;

styroflex (au o capacitate foarte precisa).

variabile semireglabile (TRIMER, cu aer, mica sau ceramice)

variabile (cu aer sau mica, folosite la acordul pe frecventa in plaje mult mai largi decit cele TRIMER).

Bobinele pot fi:

Cu miez;

Fara miez.

Datorita Efectului SKIN in radiotehnica la frecvente mari (incepind cu undele scurte), electroni circula cu precadere foarte aproape de suprafata exterioara a conductorului (nu prin intregul volum al conductorului) bobinele se arginteaza pentru a li se micsora rezistenta electrica.

1.2. SEMNALE ELECTRICE.

Acestea se pot impartii in:

Continue;

Variabile (in timp) care se pot subimpartii in: periodice; sinusoidale;

dreptunghiulare;

impulsuri.

neperiodice (cum este cel generat de un microfon actionat de oscilatiile sonore ale vocii umane) si care pot fi aproximate de un numar finit de semnale periodice.

Un semnal electric periodic sinusoidal are expresia:

u(t) = U_max x sin(wt + j

si se pot vedea pe figura de mai jos cine intra in aceasta expresie =

U_max = amplitudinea semnalului;

w = pulsatia semnalului; w pf;

f = frecventa semnalului; f = 1/T;

T = perioda semnalului;

U_ef = valoarea efectiva; U_ef =

U_max/ = 0,707 U_max ;(care este indicata de AVOmetru la masurarea unui astfel de semnal periodic).

1.3. CIRCUITE OSCILANTE.

Cel mai simplu circuit oscilant este format dintr-un condensator si o bobina (in schema de mai jos intra si o baterie = sursa de energie cu care se incarca initial cu energie electrica condensatorul).

Daca initial condensatorul incarcat de la baterie inmagazineaza energia Wc = CU²/2, se descarca pe bobina, aceasta se incarca la rindul ei cu energie W_L = LI²/2, si in momentul in care curentul generat de condensator tinde sa se anuleze, intervine fenomenul de AUTOINDUCTIE al bobinei, care se opune schimbarii bruste a curentului electric, generind astfel o circulatie de curent dar in sens invers. Rezulta astfel un circuit oscilant care ar produce oscilatii la nesfirsit daca parte din energie nu s-ar pierde prin caldura (efectul Joule) prin conductoarele de legatura.

1.4. CIRCUITUL RLC SERIE.

Schema circuitului este urmatoarea:

iar impedanta echivalenta este: Z_c = ;

Se observa ca pentru X_L = X_c ; Z_c devine minima, rezultind formula lui Thomson (frecventa de rezonanta la RLC serie): f_c = f/2p.

Impedanta circuitului RLC serie este minima la rezonanata.

Rezulta de aici un fenomen practic si anume ca acest circuit reactioneaza ca un filtru electric, lasind sa treaca curentul cu o frecventa apropiata de frecventa de rezonanata si atenuind curentul pentru alte frecvente. Practic, frecventa curentului ce este lasat sa treaca prin circuit se incadreaza intr-o plaja in jurul frecventei de rezonanta, denumita BANDA.

Se defineste BANDA DE TRECERE DE 3 dB = latimea caracteristicii atunci cind curentul scade la valoarea efectiva (0,707 x I_max).

1.5. CIRCUITUL RLC PARALEL.

Schema circuitului este urmatoarea:

Impedanta circuitului RLC paralel este maxima la rezonanta.

Se defineste FACTORUL DE CALITATE al circuitului RLC paralel ca fiind: Q = w x L/R;

iar BANDA DE TRECERE: B = f₀/Q;

si se observa ca daca Q creste, banda se ingusteaza, iar daca Q scade, banda se largeste.

Aplicatiile acestor doua circuite RLC serie si RLC paralel au aplicatii in filtre electrice si in oscilatoare; de exemplu circuitul RLC serie conectat in serie, lasa sa treaca numai semnale cu anumite frecvente si conectat in paralel ( unul din capete la masa) va pune la masa semnalul cu anumite frecvente (il va anula).

Semnalul vocal uman: Este un semnal neperiodic, are o banda cuprinsa intre 300 Hz - 3400 Hz si poate fi descompus intr-o suma de semnale periodice sinusoidale.

1.6. UNDELE ELECTROMAGNETICE.

Se propaga in directia data de vectorul POINTING: P = k x (E x H) si se determina usor cu regula burghiului dreapta.

Ceea ce ne intereseaza este lungimea de unda: l = c x T = c/f unde c este viteza luminii (c = 300.000 km/s), iar f este frecventa.

Spectrul radio a fost impartit in benzi de frecventa:

1.7. CLASE DE MODULATIE.

Pentru a putea fi transmisa prin intermediul undelor electromagnetice uzuale, informatia vocala necesita modularea ei care se poate face prin mai multe procedee (numite clase de modulatie). Intre care cele clasice sint:

modulatia in amplitudine;

modulatia in frecventa.

1.8. AM - MODULATIA IN AMPLITUDINE.

Semnalul util (vocal) se mixeaza cu un semnal periodic sinusoidal (numit semnal purtator) dar de frecventa mult mai mare, rezultind un semnal care are aceeasi frecventa cu al celui purtator dar cu o amplitudine egala cu cea a semnalului util (care este semnal modulator):

I_AO x sinWt

I_AO x sinw_p t

I_AO(1 + m x sinWt) x sinw_p t

unde m=factor de modulatie; W=pulsatie semnal util; w_p=pulsatie semnal purtator.

Daca scriem expresia semnalului rezultat:

I (t) = I_AO(1 + m x sinWt) x sinw_p t =

= I_AO x sinw_p t (semnalul purtator)

+ m(I_AO/2)sin(w_p W)t ; (semnal cu frecventa f_p + F)

+ m(I_AO/2)sin(w_p W)t ; (semnal cu frecventa f_p - F)

expresie valabila pentru cazul in care semnalul vocal util are o singura frecventa. Cum un semnal vocal are mai multe frecvente rezulta ca vom avea in locul frecventei F mai multe frecvente apropiate ce formeaza o banda. Daca reprezentam frecventele semnalului rezultat cu cele doua benzi laterale (LSB si USB):

unde: LSB = Lower Signal Band;

USB= Upper Signal Band.

1.9. FM - MODULATIA IN FRECVENTA.

In cazul modulatiei de frecventa, semnalul rezultat (modulat) are o amplitudine constanta, in schimb, frecventa I se schimba o data cu frecventa semnalului modulator (semnalul vocal sau util):

Comparativ, cele doua procedee de modulare se prezinta astfel:

AM este simpla si ieftina fata de FM;

FM este calitativ mai buna decit AM;

AM ocupa o banda mai mica decit FM; chiar o putem calcula B_AM = 2 x F_max;

FM este mai putin afectata de zgomotele parazite (prin limitarea semnalului se elimina virfurile de frecventa produse de semnale parazite).

1.10. CLASE DE EMISIE.

Vechea clasificare a claselor de emisie cuprindea:

SSB (Single Signal Band);

TLX (telex);

CW telegrafie);

AM (cu ambele benzi laterale).

SSB este posibila deoarece din cele doua benzi existente la modulatia de amplitudine (AM) putem folosi doar una din benzi (LSB sau USB) pentru a extrage semnalul util, in felul acesta crescind si puterea semnalului emis.

Noua clasificare a claselor de emisie a aparut ca o necesitate datorata folosirii a noi metode de modulare si aparitiei semnalelor digitale. Orice clasa de modulatie este caracterizata prin 2 litere si o cifra: de exemplu F3E (vechea clasa de emisie in VHF) si semnificatia acestora este cuprinsa in tabelul:

Avem conform noii clasificari:

F3E = VHF vechi;

G3E = VHF nou (cu modulatie de faza);

F1B = TELEX (modul FEC), NAVTEX si DSC;

A3E = 2182 KHz;

H3E = 2182 KHz;

R3E = la cerere (cu SSB; propagare la distante mari);

J3E = comunicatii generale (cu SSB; propagare la distante mari).

1.11. NOTIUNI GENERALE DESPRE PROPAGARE.

Propagarea undelor electromagnetice se poate face:

direct (cu vizibilitate directa);

prin reflexii (si refractii), chiar repetate, cu ionosfera si suprafata pamintului.

Straturile ionosferei sint (in ordinea cresterii altitudinii):

D = care dispare in timpul noptii; cuprinsa intre 40 - 90km;

E = care reflecta undele electromagnetice cu frecvente de pina la 20MHz; cuprinsa intre 90 - 145km;

F = cu doua substraturi: F₁ si F₂, si care prezinta o ionizare mult mai puternica; reflecta si refracta undele electromagnetice cu frecvente pina la 30MHz;

1.12. PROPAGAREA IN VHF (50 mile marine).

Deoarece alocarea frecventelor maritime in banda VHF este cuprinsa in plaja 156 - 174MHz, propagarea se face doar in linie dreapta (deci antena emitatorului sa fie in vizibilitate directa cu antena receptorului) si se poate chiar determina distnta maxima la care se poate realiza o legatura de comunicatie:

d [km] = 4,1 ;

unde h₁ si h₂ sint inaltimea emitatorului, respectiv a receptorului.

In general distanta maxima este de circa 50 mile marine.

In unele cazuri exceptionale chiar mai mult.

1.13. PROPAGAREA IN MF (150 mile marine) 1,6MHz - 4MHz.

Banda MF (unde medii) alocata frecventelor maritime este destinata telefoniei de coasta si permite comunicatiile la distante de 150 mile marine (280km). Unda electromagnetica se propaga prin doua componente:

o unda de suprafata;

o unda reflectata de ionosfera (stratul D).

1.14. PROPAGAREA IN HF (4MHz - 27,5MHz).

Comunicatiile sint posibile prin propagarea undelor prin sarituri datorate reflectiei prin ionosfera. Apar aici citeva fenomene deranjante: ZONA DE UMBRA (aproape de ecuator sa nu pot receptiona) si FADING datorat ajungerii mai multor unde in antena de receptie dar cu faze diferite (chiar in antifaza, ceea ce produce oscilatia caracteristica; mai nou exista procedee prin care se poate elimina substantial acest ultim efect.).

1.15. ANTENE.

Antenele folosite sint acordate pe anumite frecvente deoarece se urmareste obtinerea impedantei minime pentru a atenua cit mai putin semnalele cu frecventa dorita (care este frecventa de rezonanta a antenei).

Antenele pot fi:

antirezonante;

armonice (pot capta si semnale cu frecvente de multiplul frecventei de rezonanta).

Dupa modul de dispunere a antenei:

antene baston (dispuse vertical: pentru NAVTEX, VHF;

antene filare (dispuse orizontal): pentru MF si HF;

antene parabolice: GPS, INMARSAT - A, B, C, M.

De remarcat ca antena filara are o SIGURANTA MECANICA necesara protectiei antenei (la suprasarcini: vinturi foarte puternice sau contractie datorata temperaturilor reduse se rupe aceasta siguranta lasind firul antenei care este de obicei de o constructie speciala nedeteriorat).

REZISTENTA DE IZOLATIE a antenei fata de masa (pamint sau nava) trebuie sa fie mai mare de > 10MW (si se masoara cu Megohmetru).

Cistigul unei antene (Ap) se masoara in dB (decibeli) si se calculeaza comparativ cu o antena etalon: Ap = P2/P1 = Ap2 x Ap1.

sau altfel: Ap [dB] = lg(P_E/P_I);

sau:

cistigul in tensiune: A_U [dB] = 20 x lg(U_E/U_I)

cistigul in curent: A_I [dB] = 20 x lg(I_E/I_I).

1.16. CARACTERISTICA DE RADIATIE A ANTENEI.

Polarizarea unei antene este data de vectorul E, iar curentul care apare in antena se datoreaza inductiei electromagnetice:

B = m x H

Antena optima este antena care prezinta o LUNGIME ELECTRICA ECHIVALENTA de valoarea multiplului intreg al lui l/4 (kl/4, unde k = N).

Antena este intotdeauna cuplata la un circuit de acord (de exemplu un simplu condensator prin care se poate simula reducerea lungimii antenei). Frecventa de rezonanta este in acest caz (formula lui Thomson):

f_rez = 1/2p;

Caracteristica de radiatie a antenei se poate prezenta functie de capacitatea antenei de a prezenta acelasi cistig pentru un semnal venind din orice directie, si cu cit acesta este mai restrins in planul antenei cu atit se impune mai mult orientarea corespunzatoare pentru receptia in bune conditii spre sursa de semnal:

antena omnidirectionala (VHF, INMARSAT-C);

antena bidirectionala (cu 2 lobi principali);

antena unidirectionala (INMARSAT-A, B, M).