Universitatea TRANSILVANIA din Braşov GEORGE NICOLAE IOAN D. OLTEAN RADIOCOMUNICAŢII BAZELE COMUNICAŢIILOR PRIN RADIO ŞI TELEVIZIUNE Volumul 1 TV - 2000 -
UNIVERSITATEA TRANSILVANIA BRAŞOV FACULTATEA DE ELECTROTEHNICĂ CATEDRA DE ELECTRONICĂ ŞI CALCULATOARE Conf. dr. ing. Ioan Dănuţ OLTEAN Şef lucr. ing. ec. George NICOLAE RADIOCOMUNICAŢII BAZELE COMUNICAŢIILOR PRIN RADIO ŞI TELEVIZIUNE Volumul 1-2000 -
REPROGRAFIA UNIVERSITĂŢII TRANSILVANIA DIN BRAŞOV - 2000 - Lucrarea a fost avizată de colectivul Catedrei de Electronică a Universităţii Transilvania Braşov. Referenţi ştiinţifici: Conf.dr.ing. Florin SANDU Conf.dr.ing. Gheorghe PRICOP Tehnoredactarea: autorii Corectura: autorii
Cuprins. Principii ale radiocomunicaţiilor 7 1.1. Scurt istoric 7 1.2. Legături de radiocomunicaţii 9 1.3. Domenii de frecvenţă utilizate în radiocomunicaţii 15 1.4. Funcţii ale elementelor sistemelor de radiocomunicaţii 17 1.5. Caracteristici ale radiocomunicaţiilor 19 1.5.1. Banda de frecvenţă 19 1.5.2. Toleranţa de frecvenţă 20 1.5.3. Puterea de emisie 21 1.5.4. Codificări (simboluri) ale transmisiilor radio 21 Producerea şi propagarea undelor electromagnetice 22 2.1. Ecuaţiile lui Maxwell 22 2.2. Unda plană 23 2.3. Propagarea undei plane 27 2.3.1. Propagarea undei plane într-un mediu oarecare 27 2.3.2. Propagarea undei plane într-un mediu perfect 27 2.3.3. Propagarea undei plane într-un dielectric cu pierderi mici 29 2.3.4. Propagarea undei plane într-un mediu conductor 29 2.3.5. Propagarea undei plane într-un mediu real 30 2.3.5.1. Influenţa suprafeţei terestre asupra propagării 31 2.3.5.2. Influenţa conductivităţii suprafeţei terestre 32 2.3.5.3. Influenţa atmosferei asupra propagării 33 2.3.5.4. Caracteristicile propagării în funcţie de lungimea de undă 36 Antene pentru radiocomunicaţii 42 3.1. Câmpul electromagnetic de radiaţie al antenei 42 3.2. Calculul puterii necesare la emisie 48 3.3. Adaptarea antenei 51 3.4. Caracteristici ale antenelor 52 3.4.1. Frecvenţa de rezonanţa 53 3.4.2. Impedanţa de radiaţie 54 3.4.3. Înălţimea efectivă a antenei 55 3.4.4. Directivitatea antenei 58 3.4.5. Randamentul antenei 59 3.4.6. Coeficientul de directivitate al antenei 59 3.4.7. Suprafaţa efectivă a antenei 60 3.4.8. Unghiul de deschidere 61 3.4.9. Atenuarea lobilor secundari 61 3.4.10 Raportul faţă-spate (RFS) 61 3.5. Tipuri de antene de radio şi de televiziune 62 3.5.1. Colectoare de unde 62 3.5.1.1. Antene exterioare 62
3.5.1.2. Antene interioare 64 3.5.1.3. Antene auto 64 3.5.1.4. Antene antiparazite 65 3.5.2. Antene acordate 68 3.5.2.1. Antena fir lung 68 3.5.2.2. Antena Zepelin 70 3.5.2.3. Antena semiundă 71 3.5.2.4. Antena canal de undă (Antena Yagi) 77 Sisteme de radiocomunicaţii 81 4.1. Instalaţii de radioemisie 81 4.1.1. Emiţătoare cu modulaţia în amplitudine 82 4.1.2. Emiţătoare cu modulaţia în frecvenţă 87 4.1.3. Emiţătoare cu modulaţia în impulsuri 91 4.1.4. Indici de calitate ai instalaţiilor de radioemisie 92 4.2. Instalaţii de radiorecepţie 93 4.2.1. Receptoare cu amplificare directă 94 4.2.2. Receptoare superheterodină 96 4.2.3. Indici de calitate ai instalaţiilor de radiorecepţie 103 4.3. Radiocomunicaţii stereofonice 109 Semnale radio 113 5.1. Generalităţi. Caracteristici ale sursei de informaţie 113 5.2. Caracteristici ale semnalelor electrice 115 5.3. Parametrii semnalelor electrice 119 5.3.1. Semnale electrice armonice 119 5.3.2. Semnale electrice în impuls 121 5.4. Analiza semnalelor radio 126 5.4.1. Analiza spectrală a semnalelor nesinusoidale 127 5.4.2. Spectrul de frecvenţă al impulsurilor de videofrecvenţă 128 5.4.3. Spectrul de frecvenţă al impulsurilor de radiofrecvenţă 133 5.5. Semnale radio modulate 135 5.5.1. Modulaţia în amplitudine 135 5.5.2. Modulaţia în amplitudine cu o singură bandă laterală si cu purtătoarea suprimată 141 5.5.3. Modulaţia exponenţială 141 5.6. Semnale radio stereofonice 146 5.7. Perturbaţii 147 5.7.1. Perturbaţii în instalaţiile de recepţie 149 5.7.2. Factorul de zgomot al receptorului 155 Anexa 1 Servicii de radiocomunicaţii Anexa 2 Codificări ale transmisiilor radio Anexa 3 Caracteristica de directivitate în plan vertical pentru o antenă de lungime λ/2 dispusă la înălţimi diferite faţă de sol
PREFAŢĂ Lucrarea Bazele comunicaţiilor prin radio şi televiziune, reprezintă primul volum din seria de publicaţii ce va apare sub titlul RADIOCOMUNICAŢII. Această carte se adresează studenţilor de la specializarea Electronică aplicată din cadrul Facultăţii de Electrotehnică şi studenţilor de la specializarea Electronică din cadrul Colegiului Universitar Tehnic. RADIOCOMUNICAŢII In Capitolul 1 sunt prezentate noţiunile privind legăturile de radiocomunicaţii, domeniile de frecvenţă, funcţiile si caracteristicile radiocomunicaţiilor. Detalii privind serviciile de radiocomunicaţii, codificările atribuite transmisiilor prin radio sunt prezentate în anexele 1 şi 2, întocmite pe baza reglementărilor internaţionale în acest domeniu. Capitolul 2 tratează aspectele teoretice şi practice ale producerii şi propagării undelor electromagnetice, ca mijloc de transmitere a informaţiilor între emiţătorul şi receptorul sistemului de radiocomunicaţii. Propagarea undei plane în diferite medii, influenţa suprafeţei terestre asupra propagării undelor radio sunt prezentate cu exemple şi aplicaţii pentru a veni în sprijinul înţelegerii fenomenelor care determină caracteristicile propagării undelor electromagnetice pentru fiecare gamă de frecvenţe. Capitolul 3 aduce în atenţia cititorului tipurile de antene utilizate pentru comunicaţiile prin sisteme de radio şi de televiziune. Caracteristicile generale ale antenelor sunt analizate pe larg şi permit înţelegerea parametrilor specifici de construcţie şi de funcţionare ale antenelor pentru comunicaţiile prin radio şi televiziune. Capitolul 4 prezintă instalaţiile de emisie şi de recepţie pentru sistemele de radiocomunicaţii cu modulaţie în amplitudine, în frecvenţă şi în impulsuri. De asemenea sunt prezentaţi indicii de calitate ai instalaţiilor de emisie şi de recepţie, precum şi particularităţile radiocomunicaţiilor stereofonice. Capitolul 5 tratează parametrii semnalelor radio armonice şi în impuls. Se prezintă analiza spectrală a impulsurilor de videofrecvenţă şi de radiofrecvenţă. Sunt tratate, de asemenea, perturbaţiile de natură internă şi externă care afectează calităţile comunicaţiilor prin unde radio. Noţiunile teoretice sunt susţinute prin exemple de calcul sau prin modalităţi de realizare şi funcţionare care pot constitui un prim suport pentru orele aplicative de seminar, pentru întocmirea unor lucrări de laborator sau de absolvire. Contribuţia autorilor este în egală măsură reflectată în fiecare capitol, prin stabilirea problematicii ce urmează a fi tratată şi culegerea datelor. Redactarea materialului s-a făcut în urma analizelor şi discuţiilor constructive dintre autori. Autorii, mulţumesc şi pe această cale domnilor: prof. dr. ing. Szekely Iuliu, conf. ing. Sandu Florin, conf. dr. ing. Pricop Gheorghe, şi colegilor de catedră, care prin sugestiile şi aprecierile oportune au contribuit la îmbunătăţirea conţinutului prezentei lucrări. Braşov, 2000 Autorii