0
BÖLÜM 1 ANALOG HABERLEŞME GİRİŞ KONULARI 1 Temel Kavramlar 1.1 Haberleşme Anlamlı bir bilginin değiş tokuş edilmesine haberleşme denir. (Exchanging Information). Günümüzde internet haberleşmesinin ve elektronik medyanın gelişmesi iletişim kavramına küresel (global) bir anlam katmış ve iletişim küresel bilgi değiş-tokuşu anlamını kazanmıştır. ( Global Exchanging Information) İletişimin teknik,ekonomik,sosyal ve kültürel boyutu vardır. Tam, kesintisiz ve yüzde yüz iletişim için iletişim engellerinin aşılması gerekir. İletişim engelleri: mesafe iletim ortamı zayıflatmaları teknolojiyi takip için yeterli para dil ve kültürel farklılıklardır Uzun mesafeler üzerinden haberleşebilmek için gerekli teknik donanımın sağlanması telekomünikasyonun konusudur. 1. Dünya İletişim Günü (World Telecommunication Day) Birleşmiş Milletler tarafından Mayısın 17 si Dünya İletişim Günü olarak kabul edilmiştir.dünya İletişim Gününün amaçları: Global bilgi toplumunda, sosyal ve ekonomik hayatta iletişimin öneminin tartışılması ITU (Intenational Telecom Union) Uluslar arası Telekom Birliğinin çalışmalarının altının çizilmesi ve dikkatlerin ITU ya dolaylı olarak da Birleşmiş Milletler e çekilmesidir. 1.3 ITU (Intenational Telecom Union)= Uluslararası Telekom Birliği Uluslar arası Telgraf Toplantısı ilk defa 17 Mayıs 1865 yılında Paris te yapılmıştır. Bu toplantıda telgrafla ilgili ilk standartlar imza altına alınmıştır. Bu toplantı ITU nun temelini oluşturmuştur. Birleşmiş Milletler Anayasası 1945 yılında kabul edilmiş ve 1947 yılında ITU Birleşmiş Milletler içerisinde bir ihtisas komisyonu olarak kurulmuştur. Bu komisyonun amacı dünya çapında telekomünikasyon alanında işbirliğini sağlamak ve işletme kolaylıkları geliştirmektir.teşkilat merkezi Cenevre dedir. Şu anda 185 ülke ITU ya üye durumundadır. 1
1.4 Elektronik-Haberleşmenin Tarihçesi Haberleşmenin tarihsel gelişimi içerisinde yer alan önemli olaylar aşağıda belirtilmiştir. Tarih Önemli Olay 1844 Telgrafın keşfi 1865 Paris te Uluslararası Telgraf Toplantısı 1876 Telefon patentinin Amerika lı Alexander Graham Bell tarafından alınması 1889 Alman B.Strowger tarafında ilk telefon santralinin yapılması 1895 Radyo yayınlarının başlaması 191 Amerika da resmi radyo yayınının başlaması 193 Televizyonun keşfi 1947 Birleşmiş Milletller İçinde ITU nun Kurulması 1961 İlk Uydunun fırlatılması 1965 DARPA da bilgisayarların biribirleriyle iletişim kurabilmesi 1969 Arpanet çerçevesinde internet haberleşmesi 1969 Apollo 11 in aya inmesi ve uydu iletişim projelerinin yoğunlaşması 1978 Mikroişlemci ve mikrodenetleyicilerin yaygınlaşması 1981 IBM tarafından ilk PC nin yapılması 1983 TCP/IP protokolünün Arpanet içerisinde kullanılması
1.5 Haberleşme Sisteminin Başlıca Elemanları Tüm haberleşme sistemleri aşağıda gösterilen forma sahiptir. VERİCİ ALICI İLETİM ORTAMI GÜRÜLTÜ Şekil 1 Haberleşme Sisteminin Elemanları 1.5.1 Verici Gönderilecek işareti ortamda iletilecek şekle sokan veya kodlayan elektronik devrelerdir. Telsiz vericileri W-600 W, radyo vericileri 1000 W-10KW, baz istasyonları 5W, cep telefonu 3W (beklemede 500 mw) çıkış gücüne sahiptirler. 1.5. İletim Ortamı Verici tarafından kodlanan sinyali iletmeye yarar. İletim ortamları Kılavuzlu (guided- kablolu) veya kılavuzsuz (unguidedkablosuz olmak) olmak üzere ikiye ayrılır. Kılavuzlu iletim ortamı: Bakır kablo, bükümlü kablo, koaksiyel kablo, fiberoptik kablo, mikrodalga kılavuzu gibi kablolu ortamları ifade etmek için kullanılır. Kılavuzsuz iletim ortamı:hava, su, boşluk gibi doğal ortamlardır. 1.5..1 İletim Ortamından Kaynaklanan bozulmalar ve gürültü İşaret Zayıflaması (Attenuation): İletişim mesafesi arttıkça sinyal zayıflar ve alıcıya yeterli enerji ulaşmaz. İşaret distorsiyonu : Ortam üzerinde ilerleyen sinyalin içerdiği farklı frekansların farklı zayıflamalarıla hedefe ulaşması 3
Gecikme distorsiyonu (dispersiyon) bozulması : Sinyali oluşturan farklı frekansların veya fiber optik kablo içindeki ışık ışınlarının farklı yollar takip etmesi sebebiyle hedefe farklı zamanlarda varmasının sonucu olrak işaret şeklinin değişmesi Gürültü: İşareti bozan ve sisteme ne zaman gireceği belli olmayan herhangi bir enerjidir.güneş ışığı,flouresan lamba,motor ateşleme sistemleri birer gürültü kaynağıdır. Gürültü (bozucu etkiler) Çeşitleri: Interference:İstenmeyen sinyaller sistemimize girerek sinyalimizde bozucu etki meydana getirebilirler. İstenmeyen sinyallerin sisteme girerek sinyali bozmasına interference denir. Interference etkisinden kurtulmak için istenmeyen sinyal kaynakları sistem den uzaklaştırılır. Termal (Isıl ) Gürültü: Devreyi oluşturan; direnç,transistör vb. elemanlarda bulunan serbest elektronlar ortam sıcaklığı nedeniyle gürültü oluşturabilirler. Bu çeşit gürültü; termal gürültü, beyaz gürültü ya da Johnson gürültüsü olarak isimlendirilirler. Gürültü tarafından oluşturulan güc Johnson güç formülü ile ifade edilir. P n =4kTB Bu formülde ; P n :Gürültü tarafından üretilen güç k: Boltzman sabiti 1.38*10-3 J/K T:Sıcaklık (Kelvin) B:Bant genişliği (Hertz) Direnç tarafından oluşturulan termal gürültünün efektif voltaj değeri aşağıdaki formül ile ifade edilir. e n = 4kTBR Intermodulations Sinyaller harmonik ferkanslarının toplamından oluşur. 1 khz lik bir kare dalga ;1KHz, 3KHz, 5KHz, 7KHz,...gibi sonsuz sayıda sinüzoidal tek harmonik frekanslarının toplamından oluşur. İki tane farklı kare dalga birlikte yükseltildiklerinde bu frekansların harmonikleri de beraber yükseltilirler. Bu harmonikler içinde yer alan harmonik frekansının birbirine karışması intermodülasyon gürültüsü meydana getirir. 4
Crosstalk (Çapraz konuşma) Aynı kılıf içerisinde yan yana bulunan kablolardaki sinyallerin birbirine tesir etmeleridir.crosstalk etkisinden kurtulmak için kablolar bükümlü yapılır. Shot gürültüsü Shot gürültüsüne transistör gürültüsü de denir. Bir diyot içindeki darbe gürültüsü aşağıdaki formül ile gösterilir. i n = q e I dc BW q e : Elektron şarjı (1,6*10-19 C) I dc :Dc akım (Amper) BW : Bant Genişliği (Hertz) Darbe Gürültüsü: Çalışma şartlarına bağlı olarak ortaya çıkan etkilerdir.elektrik motorlarlarının, ateşleme sistemlerinin,elektromekanik rölelerin ürettikleri gürültüler iletilen data üzerinde bozucu tesir edebilirler Gürültü ile ilgili formüller sinyal SNR = gürültü sinyal gücü(w) SNRdB = 10Log gürültü gücü(w) sinyal voltaji(v) SNRdB = 0Log gürültü voltaji(v) Shannon İletilebilecek max bit kanal kapasite formülü C = B*log (1+SNR) 1.5.3 Alıcı Verici tarafından kodlu olarak gönderilen işaretin kodunu çözen ve bilgiyi orijinal haline dönüştüren elektronik devrelerdir. 5
1.6 Frekans,Peryot ve Dalga Boyu Frekans:İşaretin 1 saniyedeki tekrarlama sayısıdır.birimi Hertz dir 1 f = T f=1 KHz=1000Hz=10 3 Hz f = 1 MHz=1 000 000= 10 6 Hz f=1ghz=1 000 000 000=10 9 Hz Peryot: 1 Herztlik işaretin kendini tamamlama süresidir.birimi saniyedir. 1 T = f Dalga Boyu:Bir hertzlik işaretin aldığı yola dalga boyu denir. Birimi λ = metredir ışıkhızı = frekans c f λ = c 300000000 m sn = / f Hertz 300 λ = [ m] f ( MegaHertz ) 30 λ = [ cm] f ( GigaHertz) Dalga boyunun pratik bulunuşu: Aşağıdaki formüller frekans gözönüne alınarak doğrudan kullanılabilirler Eğer frekans MHz olarak verilmişse ; λ = 300 f ( MHz) [m] Eğer frekans GHz olarak verilmişse ; λ = 30 f ( GHz) [cm] 6
ÖRNEK: f = 10 MHz ise λ =? 300.000.000 λ = 10.000.000 = 30 m ÖRNEK: f = 300 MHz ise λ =? 300 λ = = 1 m 300 ÖRNEK: f= 50 MHz ise λ =? 300 λ = = 6m 50 ÖRNEK: Cep telefonunda f= 1GHz ise dalga boyunu bulunuz. λ = 1 30 = 30 cm ÖRNEK: Cep telefonunda f = 900 MHz ise 300 λ = = 0,33 m = 33 cm 900 7
FREKANS VE DALGA BOYUNA AİT ÖRNEKLER ÖRNEK: ÇÖZÜM: f=1 GHz için λ dalga boyunu ve işaret peryodunu çizerek gösteriniz. dalga boyu 30 cm peryot T=1nsn T= f 1 =10-9 saniye= 1 nano saniye ÖRNEK: Aşağıda bir testere dişi işaretin osiloskopta elde edilen şekli verildiğine göre bu sinyalin frekansını bulunuz. 8
Toplam 833 mikrosaniye ÇÖZÜM: Bir hertzlik sinüs için geçen süre (T) 833µ sn T= = 104,15µ sn 8 1 Frekans = T 1 1000000 f= = = 9604 104,5µsn 104,15 Hertz 1.7 Modülasyon Bilgi işareti tarafından taşıyıcı frekansına ait herhangi bir özelliğin (genlik,frekans,faz vb.) değiştirilerek, bilgi iletilmesine modülasyon denir. 1.8 Modülasyonun Gerekliliği Bilgi işaretini göndermek için gerekli anten boyu, dalga boyunun katları olmak zorundadır.fm=3khz lik bir bilgiyi modülesiz gönderirsek dalga boyu 100 km olur.aynı işareti fc=100 MHz lik bir taşıyıcı ile gönderirsem dalga boyum 3 m olur. Anten boyları genellikle λ/ ve λ/4 uzunluktadır. 9
ÖRNEK: f m = 3 khz λ = c f 300 = 0,003 MHz 300000 λ = = 100000 m 3 λ Anten boyu ise 4 Anten boyu 5000 metre olmalıdır ÖRNEK: f c = 100 MHz λ = c f 300 = 100 = 3 m Anten boyu 4 λ ise Anten Boyu 75 cm olur 10
1.9 Modülasyon Çeşitleri: Farklı modülasyon türleri aşağıdaki tabloda verilmiştir Modülasyon Analog Modülasyon Sayısal Modülasyon Genlik Mod. Açı Mod. Tam Sayısal Modülasyon Analog Sayısal Modülasyon VSB SSB DSB PM FM Taşıyıcısı Bastırılmış Çift Yan Bant Taşıyıcısı Bastırılmamış Çift Yan Bant Delta Mod. PCM PPM PWM PAM 1.Analog modülasyon 1.1 Genlik Modülasyonu 1.1.1 Çift Yan Bant Modülasyonu 1.1.1.1 Taşıyıcısı Bastırılmamış Çift Yan Bant Modülasyonu 1.1.1. Taşıyıcısı Bastırılmış Çift Yan Bant Modülasyonu 1.1. Tek Yan Bant Modülasyonu (SSB) 1.1.3 Artık Yan Bant Modülasyonu (VSB) 1..Açı Modülasyonu 1..1 Frekans Modülasyonu (FM) 1.. Faz Modülasyonu (PM).Dijital (Sayısal ) Modülasyon.1 Analog Sayısal Modülasyon.1.1 PAM Modülasyonu (Darbe Genlik Modülasyonu).1. PWM Modülasyonu (Darbe Genişlik Modülasyonu).1.3 PPM Modülasyonu (Darbe Pozisyon Modülasyonu). Tam Sayısal Modülasyon..1 PCM Modülasyonu (Darbe Kod Modülasyonu).. Delta Modülasyonu Şekil. Modülasyon Türleri 11
BÖLÜM HABERLEŞME SİSTEMLERİNDE GÜÇ ORANI VE İŞARET DÜZEY BİRİMLERİ -1 Bell ve Decibell Sinyaller iletim hattı üzerinde giderken zayıflarlar. Zayıflayan bu sinyaller tekrarlayıcılar vasıtasıyla yeniden kuvvetlendirilerek hatta verilirler. Zayıflamanın ya da kuvvetlendirmenin logaritmik ölçüsü Bell labaratuvarı tarafından Amerika lı Alexander Graham Bell in hatırasına Bell olarak isimlendirilmiştir. Bell ; bağıl güç ya da voltaj düzeyini logaritmik olarak ifade etmekte kullanılır. Pçikiş Bell= Log 10 (Güçlerin oranının logaritması Bell dir) Pgiriş Bell büyük bir birim olduğu için Bell in 10 katı olan decibell (db) tanımı yapılmıştır.. İletim hattı üzerinde sinyal kuvvetlendirmesi varsa db pozitif,sinyal zayıflaması varsa db negatif çıkar. Pgiriş Kuvvetlendirme veya Zayıflatma Pçıkış Pçikiş db = 10 Log 10 (Güçlerin oranı olarak db tarifi) Pgiriş db = Vçikiş 0 Log 10 (Voltajların oranı olarak db tarifi) Vgiriş 1
Örnek: Çözüm: Kuvvetlendirici girişi 1Watt olan bir sinyal, kuvvetlendirici tarafından 100 Watt a çıkartılıyorsa kuvvetlendiricinin kazancını db olarak bulunuz. Pgiriş=1W Kuvvetlendirme Pçıkış=100W 100Watt 10Log10 =0 db 1Watt Örnek: Çözüm: Zayıflatıcı girişi 100 Watt olan bir sinyal, zayıflatıcı tarafından 1 Watt a düşürülüyorsa zayıflatmayı db olarak bulunuz. Pgiriş=100W Pçıkış=1W Zayıflatma 1Watt 10Log10 = -0 db 100 Watt Örnek: Çözüm: Bir kuvvetlendiricide çıkış gücü, giriş gücünün katı ise db olarak kazancı bulunuz. Pgiriş=1W Kuvvetlendirme Pçıkış=W Watt 10Log10 = 3dB 1Watt 13
NOT: 3 db lik bir artış çıkış gücünün giriş gücünün katı olması anlamına gelir. -3db lik bir azalma çıkış gücünün giriş gücünün yarısı olması anlamına gelir. Örnek: Çözüm: Bir kuvvetlendiricide çıkış voltajı, giriş voltajının katı ise db olarak kazancı bulunuz. Pgiriş=1V Kuvvetlendirme Pçıkış=V 0Log 10 Volt 1Volt = 6dB NOT: 6 db lik bir artış çıkıştaki voltajın kat artması anlamına gelir. -6db lik bir azalma çıkıştaki voltajın yarıya düşmesi anlamına gelir Örnek: Çözüm: Bir kuvvetlendiricide çıkış gücü, giriş gücünün aynı ise db olarak kazancı bulunuz. Pgiriş=1W Kuvvetlendirme Pçıkış=1W 1Watt 10Log10 = 0 db 1 Watt 14
Örnek: Çözüm: Radyo alıcıları seçiciliği ve duyarlılığı olan ortalama 10 db voltaj kazancı sağlayan yükseltme devreleridir. Bir radyo alıcısının antenine 1 mikrovolt luk bir sinyal geldiğinde hopalör çıkışındaki voltajı bulunuz. 1 microvolt 10 db Radyo Alicisi Vgiriş=1µ V Kuvvetlendirme 10 db Vçıkış=? 10 db= 0Log10 6dB= Log Vçıkış 10 6 Volt 10 Vçıkış 1mikroVolt 10 6 Vçıkış = 10 6 Volt Vçıkış=10 6 *10-6 Vçıkış=1Volt 15
Örnek: Çözüm: Bir radyo alıcısı 60 db güç kazancı sağlamaktadır. Bu radyo alıcısının antenine 1 mikrowatt lık bir güç geldiğinde hopalör çıkışındaki gücü bulunuz. Pgiriş=1µ W Kuvvetlendirme 60 db Pçıkış=? 60 db= 10Log10 Pçıkış 6dB= Log10 10 6 Watt Pçıkış 1mikroWatt 10 6 = Pçıkış Watt 10 6 Pçıkış=10 6 *10-6 Pçıkış=1 Watt. Referans Düzeyli Decibell dbm: Referans düzeyi olarak 1 mw alınır Pçikiş db= 10 Log 10 Pgiriş dbm= 10Log10 Pçikiş 1mW 16
Örnek: 00 mw dbm olarak ifade ediniz? çözüm: 10 log 00 = 3 dbm Örnek: W kaç dbm dır. çözüm: dbm = 10logW / 1mW dbm = 10log000mW / 1mW dbm = 10log000 = 33,41 =33,41 dbm dbv: Referans düzeyi olarak 1 Volt alınır dbv= 0Log10 Vçikiş 1Volt Örnek: 5,7 V un dbv değeri nedir? çözüm: 0log 5,7 = 8, dbv Örnek: çözüm: 0,05 V u dbv olarak ifade et? 0log 0,05 = 6 dbv 17
dbw: Referans düzeyi olarak 1 W alınır Pçikiş db= 10 Log 10 Pgiriş dbw= 10Log10 Pçikiş 1W dbkw: Referans düzeyi olarak 1 kw alınır dbkw= 10Log10 Pçikiş 1 kw Örnek: Bir radyo istasyonunun çıkışı kw dır. Bunu db kw olarak hesap ediniz? çözüm: db kw = 10logPçık / 1 kwatt db kw = 10logkW = 3 db kw Neper Bir iletim hattı boyunca sinyal zayıflatmasını ifade etmek üzere neper kullanılır. Neper teorik çalışmalar için uygun olan bir birim olup pratikte decibel daha çok kullanılmaktadır. Neper akımlar oranının tabi logaritmasıdır I N = Log e I 1 Neper ve decibel arasında aşağıdaki formül ilişkisi vardır. db=8.686*n Burda: db: Decibel N:Neper 18
Örnek: 10 Neper kaçdecibel yapar? db=8.68*10=86.8 10 Neper 86.8 db yapar Örnek: 10 decibell kaç neper yapar? N=10/8.68=1.15 Neper Yapar -3 db Verildiğinde güç oranlarının pratik bulunuşu Sinyal seviyelerindeki 10 db lik bir artış oran olarak sinyal gücünün10 ile çarpılması anlamına gelir Sinyal seviyelerindeki 10 db lik bir azalma oran olarak sinyal gücünün 10 ile bölünmesi anlamına gelir Sinyal seviyelerindeki 3 db lik bir artış oran olarak kat artışa karşılık gelir Sinyal seviyelerindeki 3 db lik bir azalma oran olarak sinyal gücünün ile bölünmesi anlamına gelir örnek: Giriş gücü 3W olan bir sinyal 6 db kuvvetlendirilirse çıkış gücü ne olur? çözüm: 3 W önce 3 db kuvvetlendirilirse 6 W olur. Daha sonra 6W,3dB kuvvetlendirilirse 1 W olur. 6 db= 3 db+ 3 db * * =*4 Çıkış gücü=giriş gücü*4 Çıkış gücü=3*4=1 W 19
UZUN YOL İLE ÇÖZÜM Pçikiş db= 10 Log 10 Pgiriş 6= 10Log10 0,6= Log 10 Pçikiş 3W Pçikiş 3W 10 0,6 = Pçikiş 3W Pçıkış=3,98*3=11,94W ÖRNEK: Giriş gücü 3W olan bir sinyal 16 db kuvvetlendirilirse çıkış gücü ne olur? 16 db= 10dB+3 db+ 3 db *10 * * =*40 Çıkış gücü=giriş gücü*40 Çıkış gücü=3*40=10w ÖRNEK: ÇÖZÜM: Giriş gücü 3W olan bir sinyal 6 db zayıflatılırsa çıkış gücü ne olur? 3 W önce 3 db zayıflatılırsa yarıya düşer 1,5W olur. Daha sonra 1,5W,3dB zayıflatılırsa 0,75W olur. -6 db= -3 db - 3 db / / =/4 Çıkış gücü=giriş gücü/4 Çıkış gücü=3/4=0,75w 0
ÖRNEK: Giriş gücü 3W olan bir sinyal 17 db kuvvetlendirilirse çıkış gücü ne olur? ÇÖZÜM 17 db= +10dB+10 db- 3 db *10 *10 / =*50 Çıkış gücü=giriş gücü*50 Çıkış gücü=3*50=150w.4 db Verildiğinde voltaj oranlarının pratik bulunuşu ÖRNEK: ÇÖZÜM: olur? Giriş voltajı 3Volt olan bir sinyal 6 db kuvvetlendirilirse çıkış voltajı ne 3 Volt,6 db kuvvetlendirilirse 6 Volt olur. 6 db * Çıkış voltajı=giriş voltajı* Çıkış voltajı=3*=6 Volt ÖRNEK Giriş voltajı 3Volt olan bir sinyal 14 db kuvvetlendirilirse çıkış voltajı ne olur? ÇÖZÜM: 3 Volt,6 db kuvvetlendirilirse 6 Volt olur. 14dB= 0dB- 6 db *10 / =5 1
Çıkış voltajı=giriş voltajı*5 Çıkış voltajı=3*5=15 Volt
BÖLÜM 3 GENLİK MODÜLASYONU 3.1 Çift Yan Bant Genlik Modülasyonu Tanımı Taşıyıcı işaretin genliği bilgi işaretine göre değiştirilirse genlik modülasyonu elde edilir. 3.1.1 Çift Yan Bant Genlik Modülasyonu Elde Edilmesi Genlik modülasyonu üretmekte kullanılan devreye modülatör denir Anten Tasiyici frekans üreteci Vc Çikis Yükselteci Balanced modulator V Modüleli çikis Rf yükselteç Bant geçiren filtre Vm Bilgi frekans üreteci Şekil 3.1 Çift Yan Bant Genlik Modülasyonlu verici blok şeması 3
3.1. Bilgi İşareti Bilgi işareti düşük frekanslı işarettir. (Ses bandı için f m =3KHz lik bir işaretttir) Bilgi işaretinin matematiksel ifadesi : v m =V m Sinπf m t Bu formülde; v m = Bilgi sinyalinin anlık ac değerini V m = Bilgi sinyalinin max genliğini f m :Bilgi sinyalinin frekansını gösterir. V (Volt) Vm t (sn) Şekil 3. Bilgi sinyali ( f= 1Hz) 3.1.3 Taşıyıcı İşaret Taşıyıcı işaret yüksek frekanslı sinüs ya da cosinüs şaretidir. Taşıyıcı işaretin matematiksel ifadesi : v c =V c Sinπf c t Bu formülde; v c = Taşıyıcı sinyalinin anlık ac değerini V c = Taşıyıcı sinyalinin max genliğini f c :Taşıyıcı sinyalinin frekansını gösterir. 4
V (Volt) V C t (sn) Şekil 3.3 Taşıyıcı Sinyali 3.1.4 Modüleli İşaret Modülasyonlu İşarette Taşıyıcı Genliğinin Değişmesi Volt (V) Zaman (t) Şekil 3.4 Genlik Modülasyonlu işarette taşıyıcı genliği ve frekansı 5
3.1.5 Modüleli İşaretin Analizi T m V m t-t T c T c :Taşıyıcı işaretin peryodu 1 fc = Tc Tm:Bilgi işaretinin peryodu 1 fm = Tm Vm t-t :Bilgi işaretinin tepeden tepeye genlik değeri V m = V m ( t t ) Şekil 3.4 Modüleli İşaret de bilgi işaretine ait büyüklükler 6
3.1.6 Modüleli İşaret Zarfı Modülasyonlu İşaretin Zarf Dalga Şekli Genlik ( Volt ) Zaman ( t ) Şekil 3.5 Modüleli işaret zarfı 3.1.7 Genlik Modülasyonunun Matematiksel İfadesi v m =V m Sinπf m t (Bilgi işareti) v c =V c Sinπfct (Taşıyıcı işaret) v = (V c + V m Sinπfmt)* Sinπf c t (Taşıyıcı genliğine binen bilgi işareti=modüleli işaret ) v = V c Sinπf c t + V m Sinπf m t*sinπf c t taşıyıcının kendisi iki tane sinüs çarpımı 1 V m sina*v c sinb= - Vm * Vc[ cos( a + b) cos( a b) ] 1 sina*sinb= - [ cos( a + b) cos( a b) ] Cos ( a b) Cos( a + b) sina*sinb= Vm V m Sinπf m t*sinπf c t= Cosπt(fc -f m ) - Vm Cosπt(fc +f m ) 7
Çift Yan Bant Genlik Modülasyonun Matematiksel İfadesi v = V c Sinπf c t + Vm Cosπt(fc -f m ) - Vm Cosπt(fc +f m ) Modüleli işaret taşıyıcı işaret alt yan bant işareti üst yan bant işareti m = V V m c V m = mv c V m mvc = Çift Yan Bant Genlik Modülasyonun Matematiksel İfadesi (Modülasyon İndisli ) v = V c Sinπf c t + mvc Cosπt(fc -f m ) - mvc Cosπt(f c +f m ) Modüleli işaret taşıyıcı işaret alt yan bant işareti üst yan bant işareti 3.1.7 Modülasyon İndisi Modülasyon indisi yapılan modülasyonun iyilik derecesini gösterir. Vm m = Vc m (Modülasyon indisi) V m : Bilgi genliği V c : Taşıyıcı genliği m >1 ise bozuk bir genlik modülasyonu. m = 1 % 100 genlik mod. (İdeal modülasyon) 0,5 < m < 1 iyi bir modülasyon vardır. ÖRNEK V m = 3 bölüm V c = 4 bölüm m = 3 / 4 = 0,7 ( %70 modülasyon vardır) 8
3.1.8 Trapezoidal Dalga Şekilleri Trapezoidal dalga şekillerini elde etmek için; osiloskobun Ch-1 girişine Verici ÇıkışI bağlanır. Ch- ye Bilgi işareti bağlanır Osiloskop X-Y moduna alınır. Aşağıdaki şekle benzer trapezoidal şekli elde edilir. L L1 L L1 m = formülünden modülasyon indisi bulunur. L + L1 ÖRNEK L=4 Birim L1= Birim ise modülasyon indisini bulunuz. Çözüm L L1 4 m = = = / 6 = 1 / 3 = 0,33 L + L1 4 + 9
ÇYB (DSB) Genlik Modüleli Şekillerin Anlamı ZAMAN EKSENLİ DALGA ŞEKİLLERİ m<1 İçin modüleli işaretin dalga şekli TRAPEZOİDAL DALGA ŞEKİLLERİ m<1 İçin trapezoidal şekil m=1 İçin modüleli işaretin dalga şekli m=1 İçin trapezoidal şekil m>1 İçin modüleli işaretin dalga şekli m>1 İçin trapezoidal şekil Şekil 3.6 Modüleli işaret zarfının trapezoidal dalga şekilleri 30
3.1.10 Genlik Modülasyonunun Osiloskop İle Bulunması Osiloskop ile modülasyon indisini bulmak için ; DSB vericinin anten çıkışı osiloskoba bağlanarak modüleli işaretin dalga şekli osiloskop ekranında elde edilir. Şekil 3.7 elde edildikten sonra Vmax ve Vmin ölçülür. m V V max max V + V min = formülünden modülasyon indisi bulunur min Modülasyon İndisinin Bulunması Genlik ( Volt ) Vmax Vmin Zaman ( t ). Şekil 3.7 V m = V max max V + V min min Modüleli işaret zarfından modülasyon indisinin bulunması 31
İkinci yol Osiloskop Şeklinden Modülasyon İndisinin Bulunması Modülasyon indisi : m Genlik ( Volt ) V max(t-t) V min(t-t) m V = V max( t max( t t) t) V + V min( t min( t t) t) Şekil 3.8 Modüleli işaret zarfından modülasyon indisinin bulunması 3.1.11 Bant Genişliği Bant Genişliği:İşaretin frekans spektrumunda işgal ettiği yere bant genişliği denir. 3.1.11.1 Çift Yan Bant Genlik Modülasyonunda Bant Genişliği Çift yan bant Genlik Modülasyonunda bant genişliği bilgi işaretinin frekansının katıdır. BW=f m mv c V c mv c f (frekans) f c -f m f c f c +f m BW Şekil 3.9 Çift yan bant GM için frekans spektrumu 3
ÖRNEK ÇÖZÜM f c = 100 khz f m = 1 khz Bant genişliği nedir? BW=f m BW= khz ÖRNEK: Bir ÇYB GM sisteminde aşağıda verilen değerler kullanılmaktadır. Frekans spektrumunda oluşacak olan frekansların değerlerini ve genliklerini bulunuz, spektrumu çiziniz ve bant genişliğini bulunuz. VERİLENLER V m = 10 V V c = 10 V f c = 100 khz f m = 1 khz ÇÖZÜM: İSTENEN Frekans spektrumunu çiz ve bant genişliğini bul. Vm m = = 1 fc +f m = 101 khz f c -f m = 99 khz Vc mvc = 5 ν 33
10 V 5 V 5 V 99 KHz 100 KHz 101 KHz f c -f m f c f c +f m f (frekans) BW Şekil 3.10 Bant genişliği =*f m = khz Örnek için frekans spektrumu 3.1.1 ÇYB (DSB) Genlik Modülasyonunda Güç Hesabı Veff Vmax t (sn) Şekil 3.11 AC işaretin efektif değeri 34
AC İşarette Güç Hesabı P=Veff*I Veff P=Veff* = R Veff = Veff = V max V max 1,41 Veff R Veff = 0,707Vmax V max P= R ÇiftYanBant GM İçin Güç Hesabi P toplam =P taşıyıcı +P üstyanbant +P altyanbant P V eff c = = R V c R m P P üstyanbant = P altyanbant = 4 m P P toplam =P c + 4 c m P + 4 c c V max P= R m P P lsb = 4 c P c P usb = m P 4 c f (frekans) f c -f m f c f c +f m Şekil 3.1 Çift Yan Bant Genlik Modülasyonunda güç spektrumu 35
ÖRNEK: ÇÖZÜM R = 50 Ω Vmax = 10V ise P=? V max P= R 100 P= 100 ÖRNEK P = 1 W Bir ses sinyalinin matematiksel ifadesi 10sinπ300t dir.bu bilgi işareti matematiksel ifadesi 0Sinπ300000t olan bir taşıyıcıyı modüle etmekte kullanılmaktadır. a) Ses sinyalini çiziniz. b) Taşıyıcı sinyalini çiziniz. c) Modüleli dalgayı ölçekli çiziniz. d) Modülasyon indisini ve modülasyon yüzdesini bulunuz. e) Frekans spektrumunda oluşacak frekans ve genlikleri çiziniz f) V=? (Modüleli işaretin matematiksel denklemini yazınız.) g) Bu işaretin frekans spektrumunda işgal ettiği bant genişliği nedir? BW=? h) Bu işaret empedansı 50 Ω olan bir anten ile ışıma yaptırılırsa ; P c =? P ayb =? P üyb =? P toplam =? ÇÖZÜM: a) Bilgi (Ses) İşaretinin dalga şekli 30 0 Genlik (Volt) 10 0-10 1-0 -30 Zaman ( t ) Şekil 1 a )Ses sinyali 36
b) Taşıyıcı Sinyali 30 Genlik ( Volt ) 0 10 0-10 1-0 -30 Zaman ( t ) Şekil 1 b)taşıyıcı Sinyali c) Modülasyonlu İşaretin Zarf Dalga Şekli 30 0 Genlik ( Volt ) 10 0-10 -0-30 Zaman ( t ) Şekil 1 c) Modüleli işaretin dalga şekli d) Modülasyon indisi (m) V 10 m m = = = 0,5 V 0 c m=0,5 Modülasyon yüzdesi (M) M=m*%100 M=%50 37
e) V c =0 V 5V mv c = V m = 10 = 5V f c -f m 96,800 KHz f c 300 KHz f c +f m 303,00 KHz frekans ekseni Şekil 1 e) Frekans spektrumu f) v m =V m Sinπf m t (Bilgi işareti) v c =V c Sinπf c t (Taşıyıcı işaret) v = (V c + V m Sinπf m t) Sinπf c t (Modüleli işaret) v = Vm Vm V csinπ f ct + Cosπt ( f c f m ) Cosπt ( f c + f m ) v=0sinπ300000t +5Cosπ96800t-5Cosπ30300t g) BW=fm=*300=6400 Hz BW=6400 Hz 38
h) P toplam =P taşıyıcı +P üstyanbant +P altyanbant V eff c = Vc 400 P = = = 4 W R R 100 m Pc 0,5 * 4 P üstyanbant = P altyanbant = = = 0,5 W 4 4 P toplam =4 W+0,5 W+0,5 W=4,5 W P toplam =4,5 W 3. Tek Yan Bant Modülasyon 3..1 TekYan Bant Modülasyonunun Elde Edilmesi Genlik modüleli işaretin alt yan bant ya da üst yan bandından birisinin filtre yoluyla seçilmesiyle elde edilir.uzak mesafelere bilgi göndermek için tercih edilir. SSB:Single Side Band 3.. SSB (Tek Yan Bant Modülasyonu) Elde Etme Metodları 3...1 İki filtre kullanan SSB Verici Genlik Modüleli sinyal elde edildikte sonra anahtarlama devresi ile alt yan bant ya da üst yan bant tan bir tanesi seçilir. 39
ÜYB FILTRE Kuvv. Anten Tasiyici Balanced mod SSB ÇIKIS ses AYB FILTRE Şekil 1 e) Frekans spektrumu İki filtre kullanan SSB Verici f c -f m f c f c +f m f (frekans) Üst yan bandın seçilmesi 40
3... İki kristal kullanan SSB Verici Balanced mod Fm (Bilgi) filtre SSB ÇIKIS AYB KRISTAL ÜYB KRISTAL İki Taşıyıcı Kullanan SSB Verici ÖRNEK: Bilgi sinyali fm= khz olsun. Yan bant filtresi 1000 khz geçirmek için ayarlı olsun. LSB (AYB) ve USB (UYB) Kristal frekanslarını bulalım. Üst yan bant formülü fc + fm = UYB fc+fm= 1000 khz fc = 1000- = 998 khz Alt yan bant formülü fc-fm=ayb Alt yan bant de filitre sabit fc 1 =100 khz 3...3 SSB de BANT GENİŞLİĞİ BW=fm dir. (GM nu bant genişliğinin yarısıdır.) 41
BÖLÜM 4 RADYO ALICILARI 4.1 Süperheterodin Alıcı Radyo alıcıları ortamdaki elektromanyetik sinyali alır kuvvetlendirir ve hoparlöre iletir. Radyo alıcılarında iki özellik bulunur, bunlar 1) Duyarlılık ) Seçicilik Duyarlılık; radyo alıcılarının ortamdaki zayıf sinyalleri yakalayıp kuvvetlendirebilme özelliğidir. Kuvvetlendirme devreleriyle ilgilidir. Seçicilik; ortamdaki farklı sinyaller içerisinden istediğimizi çekip alabilme özelliğidir. Filtre devreleriyle ilgilidir Radyo alıcısı tasarlarken ilk önce filtre devreleri tasarlanır Anten Mixer Ara Frekans Yükselteci Demodülatör RF Yükselteç Ara frekans 455 khz Ses Yükselteci Local Osilatör Otomatik Kazanç Kontrolü Şekil 4.1. Genlik Modüleli süperheterodin radyo alıcısının blok şeması 4
4. Elektronik Tuner Rf yükselteç,mixer ve lokal osilatör üçlüsünden meydana gelen devreye tuner katı denir. Tuner katının görevi ; sinyali seçip almak, yükseltmek, ve ara frekansı elde etmektir. Farklı frekansları seçmek için tuner katında varikap diyot kullanılıyorsa bu tip tunere elektronik tuner denir. Aşağıda elektronik tunerin blok şeması verilmiştir. Anten RF Yükselteç f s Mixer f if C s C smax C smin f s Cs L s C s Ara frekans katina C smax C smin C smax C smin Ayarlanabilir direnç f o -1 ile -15 V arasi tuner voltaji Local Osilatör C s L o C smax C smin C pader Şekil 4.. Elektronik Tuner 43
4..1 Tuneri Oluşturan Katların Görevleri 1. RF Yükselteç Katının Fonksiyonu 1. İstenen frekansı seçmek. İstenmeyen sinyalleri filttre etmek. 3. Zayıf RF sinyalini kuvvetlendirmek 4. Alıcının toplam kazancının kontrolüne yardımcı olmak 5. Hayal frekansının girmesini engellemek. Mixer Katının Fonksiyonu Lokal Osilatörden gelen f o frekansı ile, Rf yükselteçden gelen f s sinyalini karıştırırarak ara frekansı üretir. Genlik modüleli alıcılarda ara frekans f if = f o -f s =455 khz dir Mixer çıkışı aşağıdaki frekanslardan birisi olabilir.bu frekanslardan gerekli olan filtre devresi ile seçilir. f o -f s f o +f s f s -f o f s f o 3. Local Osilatör Katının Fonksiyonu Ara frekansın üretilebilmesi için gerekli olan f o frekansını üretir. f o = f s + f if f o frekansını f s frekansından ara frekans kadar yüksek yapabilmek için, lokal osilatör katında Cs varikap kondansatörüne seri olarak bir kondansatör bağlanır. Bu kondansatöre pader kondansatörü denir. Pader kondansatörünü bulmak için aşağıdaki formül kullanılır. C C O max O min Lo = Lo = = C C S max s min 1 ( C ( C ( πf o max ) C o min ( πf o ) C o max min 1 s min s max + C p ) + Cp) 44
4.. Yükselteç Transistör Devresi Antenden gelen sinyalleri transistör tarafından komple yükseltir. Ancak transistöre bağlı olan LC devresi istenilen frekansı seçmeye yarar. 4..4 Radyo Alıcılarında Filtre Devreleri Filitre devreleri genellikle L-C devreleridir. LC devreleri seçicilik işlemini yaparlar. Filtre devreleri istenen bant genişliğini süzerler.filtre eğrisi aşağıdaki şekilde gösterilmiştir.seçicilik eğrisinde rezonans frekansının 3 db aşağısında kalan noktalar arasında kalan bölge bant genişliği olarak tanımlanır. ( BW= f -f 1 ) 1 f r = Rezonans frekansı π LC Q = ωl Q: İyilik faktörü R ω=π f r zayiflatma 0 db -3 db -3 db fc1 fc fr f (frekans) BW Şekil 4.3. Seçicilik Eğrisi 45
LC Seçici devrenin bant genişliğini şu formülden buluruz. BW = f r Q BW : Bant genişliği. Bant genişliğinin küçülmesi için Q nun büyümesi gerekir. R: Bobin sargılarının iç direnci Dar bant genişliği için, büyük Q gereklidir. Q nun büyümesi R direncinin küçülmesi bağlıdır. R direncinin mümkün olduğu kadar küçük olması gerekiyor. ÖRNEK: İki dönüşümlü bir süperheterodin alıcıda f=50 MHz alınmak istenmektedir. (1.ara frekans değeri =10 MHz) Q=10 olduğuna göre işaretin bant genişliğini bulunuz.hayal frekansının sisteme girip girmediğine karar veriniz. ÇÖZÜM fr 50 BW = = = 5MHz Q 10 fc =5,5MHz fc 1 =47,5 MHz Bant 47,5 MHz ile 5,5 MHz arasındadır 46
0 db -3 db -3 db fc 1 47,5 MHz fr fc 5,5 MHz 50 MHz f (frekans) Şekil 4.4. Soru 4 için filtre eğrisi Birinci hayal frekansı fi 1 =f r +f ıf f i1 =50+0=70 MHz (Hayal frekansı bandın dışındadır.) İkinci hayal frekansı f i =f r -f ıf f i =50-0=30 MHz (Hayal frekansı bandın dışındadır.) Sonuç:Hayal frekansı sisteme girmez 4..5 Varikap Diyot BW= 5 MHz + = ŞEKİL 4.5 Varikop diyot ayarlanabilir kondansatöre eş değerdir 47
Varikap diyot üzerine uygulanan ters voltaj ile kapasite değeri değişen diyotlardır. Varikap diyot tuner devrelerinde,fm modülatör devrelerinde kullanılır. Tuner devrelerinde kullanılan varikap diyot ile seçilebilecek frekans ayar oranı: Frekans ayar oranı C C s max s min = f f s max s min ÖRNEK: Bir LC rezonans devresinde kullanılan bobinin değeri 0 mh ve varikap diyotun değeri 0pF ile 180 pf arasında olduğuna göre ; a) Frekans ayar oranını bulunuz b) Maksimum ve minimum rezonas frekansını bulunuz ÇÖZÜM L=10mH Cmin=0 pf Cmax=180 pf Frekans ayar oranı C C max min f = f max min 180 = 9 = 0 f f max min f 9 = f f max = 3 f min max min Maximum rezonans frekansı: fr max = π 1 LC min 48
fr fr max 1 = π 100 * 0 *10 1 = π *10 000 max 8 16 10 8 frmax = = 35589Hz π * 44,7 fr max =355,89 KHz Minimum rezonans frekansı: fr fr fr fr min min min min = π = π = π = π 1 LC max 1 3 10 *10 180 *10 1 100 *10 1 4 100 *180 *10 1 180 *10 16 1 fr fr 1 = π *10 18000 1 = π *10 *134,16 min 8 min 8 10 8 frmin = = 11867Hz = 118, 67KHz π *134,16 fr min =118,67 KHz İşlemin Doğrulanması f f max min 355,89 = = 3 118,67 49
BÖLÜM 5 FREKANS MODÜLASYONU 5-1 Frekans Modülasyon İhtiyacı Yüksek güçlü vericiler yapıldığında sinyal/gürültü oranının iyi olması istenir.genlik modülasyonlu vericilerde yüksek güçlerde sinyal/gürültü oranı problem olarak karşımıza çıkar.bu problemden kurtulmak için frekans modülasyonu geliştirilmiştir.gm devrelerine göre FM devrelerinde farklı olarak limiter devreleri, PLL sentezör devreleri ve vurgu (emphasis) devreleri kullanılır. Frekans modülasyonunda taşıyıcı işaretin frekansı, bilgi işaretinin genliğine göre değişir. 5. Frekans modülasyonunun avantajları ve dezavantajları Avantajları: 1. Sinyal üzerine binen gürültü seviyesi kesilebildiği için ses kalitesi yüksektir. Frekans modülasyonunun gürültü bağışıklığı genlik modülasyonundan daha iyidir. 3. FM in yakalama etkisi vardır. Bu etkiden dolayı istenmeyen sinyalleri kolaylıkla yok edebilir. ( Yakalama etkisi (Capture) :Aynı frekanstaki iki sinyalden hangisinin çıkış gücü fazla ise o sinyal alıcı tarafından alınır. 4. PLL sentezör devreleri kullanır Dezavantajları 1. FM çok büyük bant genişliği kullanır. FM devreleri daha pahalıdır. 50
5.3 FM Matematiği ν c = V c Sinπf c t (Bilgi işareti) ν m = V m Sinπf m t (Taşıyıcı işareti) f i =f c +kv m (Anlık frekans) f i =f c +k V m Sinπf m t f=kv mmax f i =f c + f Sinπf m t ν c : fm modüleli işareti göstersin ν c = V c Sin[π(f c + fsinπf m t)t] ν c = V c Sin[πf c t - f / fm Cosπf m t] Sin.Sin = Cos m f = mod. indisi ν c = V c Sin(πf c t - m f Cosπf m t) Taşıyıcı frekansının genliğe bağlı olarak değişmesine taşıyıcı salınımı C s denir. Taşıyıcı Salınması C s = f Bilgi genliği max ise f = f c + f Bilgi genliği min ise f = f c f m = f Äf f m f = Mod. İndisi f = Frekans Sap f m = Bilgi İşareti Yüzde modülasyon M = ( f gerçek / fm max ) x100 m Örnek. Taşıyıcı frekansı f c = 108 MHz. ve f = 1 MHz (frekans sapması) ise taşıyıcının alacağı maksimum ve minimum frekans değerini bulunuz. f = f c + f = 109 MHz Bilgi işaretinin genliği max. ise f = f c f = 107 MHz Bilgi işaretinin genliği min. İse 51
5.4 Frekans modülasyonunda bant genişliği Bir FM sinyali sonsuz sayıda yan bant içerir. Bant genişliği hesaplanırken önemli yan bant sayısı hesaba katılır. Aşağıdaki şekilde bir FM sinyalin frekans spektrumu gösterilmiştir. J 0 J 1 J J 1 J J 3 J 3 J5 J4 J 4 J 5 fc-5fm fc-4fm fc-3fm fc-fm fc-fm fc fc+fm fc+fm fc+3fm fc+4fm fc+5fm Frekans ekseni FM Sinyal Için Frekans Spektrumu Şekil 5.1 FM Sinyal İçin Frekans Spektrumu Frekans modülasyonunda bant genişliğini bulmak için formül kullanılır. 1. BW = x fm* önemli bant sayısı (Tablo kuralı). BW = * ( f + fm) (CARSON Kuralı) Önemli yanbant sayısı belirlerken harmonik genliğine bakılır. Taşıyıcı genliğinin %1 oranına kadar olan harmonik genlikler alınır. Geri kalan kısım alınmaz. 5
Önemli yan bant sayısı belirlenirken aşağıda verilen tablo kullanılır. Tablo taşıyıcı genliği 1Volt alınarak normalize hale getirilmiştir. Mod. İnd. J 0 Taşıyıcı J 1 J J 3 J 4 J 5 J 6 J 7 J 8 1 st nd 3d 4th 5th 6th 7th 8th 0,0 1,00 - - - - - - - - 0,5 0,98 0,1 - - - - - - - 0,5 0,94 0,4 0,03 - - - - - - 1,5 0,51 0,56 0,3 0,06 0,01 - - - - 1 0,77 0,44 0,11 0,0 - - - - - 0, 0,58 0,35 0,13 0,03 - - - - 3-0,6 0,34 0,49 0,31 0,13 0,04 0,01 - - 4-0,40-0,07 0,36 0,43 0,8 0,13 0,05 0,0-5 -0,18-0,33 0,05 0,36 0,39 0,6 0,13 0,05 0,0 Bessel Fonksiyonuna bağlı olarak elde edilen, modülasyon indisine bağlı yan bant ve taşıyıcı genliklerini gösterir tablo 53
Örnek. ÇÖZÜM Vc=1Volt (Taşıyıcı genliği ) iken m=1 için önemli yan bant genliklerini frekans ekseninde gösteriniz. J 0 0.77 J 1 0.44 J 1 0.44 J 3 0.0 J 0.11 J J 0.11 3 0.0 m=1 için önemsenebilir yan bantlar Frekans ekseni Örnek. Bir FM sinyal için ; taşıyısı frekansı fc=100 MHz, m f =, f m = 3 khz verildiğine göre bant genişliğini bulunuz, frekans spektrumunu çiziniz. çözüm 1. Tablo kuralına göre;bw = * f m * önemli yanbant sayısı BW= x 3 x 4 = 4 khz. Carson kuralına göre; BW = * ( f + fm) m = f Äf f m f = m f * f m f = 6 54
BW=*(6+3)=18 khz Frekans Spektrumu fm=3khz=0.003mhz fc+fm=100+0.003=100.003 MHz fc-fm=100-0.003=99.997 MHz 0.58 J 1 0.58 J 1 0.03 0.13 J 3 0.35 J 0. J 0 0.35 J 0.13 J 3 0.03 J 4 J 4 99.988 99.991 99.994 99.997 100 100.003 100.006 100.009 100.01 Mega Hertz Frekans ekseni Soru için frekans spektrumu Örnek Cep telefonları için frekans sapması 1 khz ve bilgi frekansı(ses) 3 khz olduğuna göre bant genişliğini bulunuz. çözüm F = 1 khz fm = 3 khz BW = * ( f + fm) CARSON Kuralı BW = 30 khz Örnek. Verilenler: Vc = 5V (Taşıyıcı frekans genliği) f c = 100 MHz (Taşıyıcı frekansı) V m = 5V (Bilgi işaret genliği) f m = 0 khz (Bilgi işaretinin frekansı) 55
K = 1 khz / 1V (Frekans sapma sabiti) İstenen: Spektrumda oluşacak olan frekansları çiziniz. Bant genişliğini bulunuz. Fm spektrumu çiziniz. çözüm K nın kullanılması: f=kv mmax K = 1 khz / 1V ise, f c = 100000 khz. bilgi işaretinin genliğindeki 1 V artış taşıyıcı frekansını 1 khz artırır ve taşıyıcı frekansı 100001 khz olur. Bilgi işaretinin genliğindeki 5 V artış, taşıyıcı frekansını 5 khz artırır ve f c = 100.005 MHz olur. f = 1kHz *5v / 1V f = 5 khz m Äf = f f = m 5 0 m f = 0,5 Bessel fonksiyon grafiğinden veya tablodan m f = 0,5 için bakılır J 0 = 0,98 J1 = 0,1 Taşıyıcı genliği 5 Volt alındığında tablo değerleri 5 ile çarpılır ( Tablo, taşıyıcı genliği 1 V alınarak düzenlenmiştir.) J 0 = 0,98*5=4.9Volt J1=0.1*5=0.6 Volt f m = 0 khz =0.00 MHz fc+fm=100.0 MHz fc-fm=99.98 MHz 56
0.98*5=4.9 Volt J 0 0.1*5=0.6 Volt J 1 0.1*5=0.6 Volt J 1 99.98 100 100.0 Mega Hertz Frekans ekseni Soru için frekans spektrumu 5-4 FREKANS MODÜLELİ VERİCİ BLOK ŞEMASI f vco =f ref *k f vco VCO RF Yükselteç RF Çikis Hesaplama Ön Vurgulu Örneği Ses Yükselteci Kati Dip Switch 1 de SW5 Açık ise k=656 Dip Switch de SW3 Açık ise h= 16 f ref =.4576/16=153.6 khz VCO frekansı = k*f ref =656*153.6=100.7 Ön Bölücü MHz Ses Girisi Faz Karsilastirici f 0 f ref Programlanabilir Bölücü Dip Switch 1 Switch1 on k=640 Switch on k=644 Switch3 on k=648 Switch4 on k=65 Switch5 on k=656 Bölücü Ana Osilatör Ana osilatör frekansi.4576 MHz Dip Switch Switch1 on h=18 fref=.4576/18=136.5 KHz Switch on h=17 fref=.4576/17=144.56 KHz Switch3 on h=16 fref=.4576/16=153.6 KHz Switch4 on h=15 fref=.4576/15=163.84 KHz 57
Rf osilatör Modülatör RF güç Yükselteç anten Preemphsis Ses yükselteci mikrofon Basit FM Verici Blok Şeması Rf Yükselteç Mixer Ara Frekans yükselteci Genlik Sinirlayici PLL Demodulator Deemphasis ve Ses yükselteci Local Osilatör FM Alıcı Blok Şeması 58
C Ses Girisi R1 Frequency modulator Pre-emphasized Ön vurgulu Fm output R (a) Pre-emphasis circuit Ön-vurgu devresi Tiz sesler kuvvetlendirilir Preemhasis devresi (Ön vurgu devresi) 3 db 0 db 6 db/octave slope Preemphasis eğrisi 1 Hz (b) Pre-emphasis Fu = 30kHz 59
Fm giris Fm demodulator PLL demodulator De-emphasis circuit Audio (Ses çikisi) out ( c ) De-emphasis circuit Tiz seslerdeki kuvvetlendirme kaldirilir Deemphasis devresi 1 Hz (d) De-emphasis curve +3 db 0 db -3 db Pre-emphasis frequency response Combined frequency response De-emphasis frequency response frequency (e) Combined frequency response Deemphasis eğrisi ve alıcıda alıcıda preemhasisin deemphasis ile yok edilmesi 60
5-5 PLL Faz Dedektörü Faz dedektörleri ;fm sentezörlü vericilerde, fm alıcılarda demodülasyon işleminde, uydu takip devrelerinde, dar bant keskin filtre devrelerinde kullanılırlar. DC O U TP U T INPUT SIGNAL fm PHASE Phase DETECTOR detector Low-pass LOW-PASS FILTER filter VCO vco LOCKED OUTPUT fm f vco =f c PLL Devresinin blok şeması Faz dedektörü :Çarpıcı devredir.f m ve f vco frakanslarını çarpar.girişindeki iki işaret arasındaki frekans farkı ya da faz farkına orantılı olarak çıkışında dc voltaj üretir. Low pass filter: Alçak geçiren filtre.çarpıcı devre çıkışındaki toplam ve fark frekanslarından fark frekansı içeren bileşeni geçirir. 1 V m Sina*V c Sinb= - Vm * Vc[ cos( a + b) cos( a b) ] V m Sinπf m t*vcsinπf c t= Vm *Vc Cosπt(f c -f m ) - Vm *Vc Filtre çıkışı =V dc = Cosπt(f c -f m ) Vm *Vc Cosπt(f c +f m ) Vm *Vc Faz dedektör girişinde fc=fm ise PLL kitlenir ve Cos0=1 V dc = olur. VCO: (Voltage controlled Oscillator) Serbest salınım frekansını üretir.filtre çıkışındaki DC voltaja göre salınım yaptığı frekans değerini değiştirir. 61
Vmax Vdc(Faz dedektör çıkışı) Vmax+Vmin ----------------- Vmin 0 0 90 0 180 0 ϕ (Faz farkı) Faz dedektörünün çıkışı Vdc Vdc Vmax Vmax V + max V min Vdc VCO f V + max V min Vmin Vmin 0 0 derece 90 0 derece 180 0 derece faz fmin f free fmax f frekans VCO nun ürettiği frekans girişindeki dc voltaj ile ters orantılıdır 6
5.6 PLL Entegreler: LM565 from National (VCO serbest salınım frekansı : 300 KHz den 500 KHz e kadar) LM565C from National (VCO serbest salınım frekansı : 50 KHz den 500 KHz e kadar) NE 560B from Signetic (VCO serbest salınım frekansı : 15 MHz den 30 MHz e kadar) NE 564 from Signetic (VCO serbest salınım frekansı : 45 MHz den 50 MHz e kadar) 74HC/HCT4046A /7046A (Philips High speed CMOS based) 17 MHz e kadar frekans bölücü olarak 7419 veya 7490 veya The more modern version of the TTL 7419, is the 74HC/HCT19 NE560-TO NE567 from signetics MC4046 COS-MOS from MOTOROLA NTE989 from NTE ELECTRONICS Vin input PHASE COMPARATOR DETECTOR Vd FILTER Signal output Vo Voltage controlled oscillator Vf AMP Reference output Referans çıkış ucu 6 numaralı ucdur 63
5-7 PLL Frekans Sentezör DC O U TP U T INPUT referans SIGNAL fm fc PHASE Phase DETECTOR detector Low-pass LOW-PASS FILTER filter VCO vco LOCKED OUTPUT N*fm : N PLL frekans sentezör devresinin blok şeması Sabit kristal frekansi fm=100khz fc PHASE Phase DETECTOR detector DC O U TP U T Low-pass LOW-PASS FILTER filter VCO vco LOCKED OUTPUT fx 1 MHz fc=100khz : N Frekans anahtarlama devresi PLL Frekans Sentezör Kararlı referans osilatörünün frekansı frekans sentezleyici vericinin çıkış frekansları arasındaki artış adımlarını verir.kanal 1 den Kanal ye geçiş sırasında, frekans kararlı referans osilatörünün frekansı kadar artar. 64
Sistemin Çalışması VCO nun başlagıçtaki serbest salınım frekansını 1 MHz alalım.sistemin kitlemesi için N=10 ve fc=100 KHz olması gereklidir. N=11 yapılırsa fc=90,90 KHz ve fm>fc dir. fm nin fc den büyük olması faz açısını büyütür. Faz açısı büyüyünce faz dedektör çıkışındaki Vdc küçülecek ve VCO çıkış frekansı yükselecektir. Sistem kitlendiğinde; VCO çıkışı 1,1 MHz, N=11 ve fc=100 KHz olur. Sistem kitlendiğinde fm ve fc işaretleri arasındaki faz farkı 90 derece olacaktır. N=9 yapılırsa fc=111.11 KHz ve fm<fc dir. fm nin fc den küçük olması faz açısını küçültür. Faz açısı küçülünce faz dedektör çıkışındaki Vdc büyüyecek VCO çıkış frekansı küçülecektir.. Sistem kitlendiğinde VCO çıkışı 900 KHz, N=9 ve fc=100 KHz olacaktır. Sistem kitlendiğinde fm ve fc işaretleri arasındaki faz farkı 90 derece olacaktır. N bölüm oranı neticesinde ortaya çıkan frekansın PLL devresinin capture yakalama frekansı içinde olmak zorundadır. N bölüm oranı değiştirilerek PLL devresinin capture yakalama frekansı içerisindeki herhangi bir frekans verici çıkışında elde edilebilir. 65
BÖLÜM 6 STEREO VERİCİ VE ALICILAR 6.1 Stereo Sinyal Kodlama/Kod Çözme Teknikleri Stereo kelimesi, yunanca 'da "üç boyutlu" anlamına gelen bir kelimeden gelmektedir. Modern anlamda stereoda ise üç boyut etkisi, dinleyiciden belli bir mesafe uzaklıkta bulunan iki-kaynaklı bir ses sistemiyle sağlanır. Stereo sistemde alıcı, iki-kaynaklı bir sinyali ayırabilecek, verici de iki kaynaklı program yaratacak şekilde dizayn edilmiştir. Stereo yayın için sadece FM kullanılır. Diğer modülasyon çeşitleri AM, DSB, SSB gibi FM in sağladığı kaliteyi sağlayamazlar. Stereo kodlama, FM vericisinin akustik bölümü olarak kabul edilir ve ses devresiyle modülatör arasına yerleştirilir. Stereo kod çözücü, dedektör ve akustik bölümü arasındaki bir FM alıcısıdır. Şekil 1 deki iki ses kaynağı mikrofon olarak belirtiliyor; fakat herhangi bir çift-program kaynağı olabilirdi. Sol kanal için "L" (left), sağ kanal için se R (right) kullanılmıştır. Her kanal, bağımsız bir ön amplifikatöre sahiptir ve her kanalın çıkış seviyelerini dengelemek için genel bir kazanç kontrolü vardır. Genel kullanıma sunulan yeni bir sistem genellikle mevcut sistem ile uyumludur. Stereo yayıncılık, ancak FM-mono iyi bir şekilde kurulup milyonlarca FM-mono alıcısı kullanılmaya başladıktan sonra geliştirilmiştir. Stereo kodlama prosedürü standartlaştırılırken, mevcut sistem ile uyumlu olmasına dikkat edilmiştir. Yani tek-kanal alıcısının iki ses kanalının, kalite kaybı olmadan bir hoparlörden alabilmesi için iki ses kaynağı birleştirilmiştir. İki kanal alıcısı kullanan dinleyici aynı programı, iki ses kaynağı tarafından kullanılan iki hoparlörden, aynı anda duyacaktır. Bu işin ilk kısmını gerçekleştirmek için, sol ve sağ kanal sesleri mono-akustik (teksesli) bir program oluşturmak amacıyla 50 Hz ile 15 khz arasında bir frekansla basitçe birbirine eklenir. Bu sinyal "L+R" olarak adlandırılır. Bu, Şekil 1'de iki kare dalgasının toplamı olarak; Şekil 'de de 50 Hz ve 15 khz arası banttaki frekansların, herhangi bir kombinasyonu olarak gösterilmiştir. (burada kare dalgalar devre performansını anlamayı kolaylaştırmak için kullanılmıştır; gerçek hayatta programlamanın sinüzoidal olacağı açıktır). İkinci kısımda fazladan birkaç adım daha vardır. Ön amplifikatörden sonra, sağ kanal (R) sinyali, sol kanal (L) sesine göre ters çevrilir. (180 faz kaydırması). Herhangi bir genel verici amplifikatör veya ters çevirici op-amp (işlem amplifikatörü) devresi bunu sağlar. Daha sonra ters çevrilen R sinyali (-R), L sinyaline L - R elde etmek için eklenir. Bu ikinci kümedeki sinyaller aynı frekans aralığında olacaktır, 50 Hz ile 15 khz arasında, fakat sinyaller ilk kümeye direk olarak eklenmez. Bunun yerine ilk olarak L-R sinyalinin, dengelenmiş modülatördeki 38 KHz taşıyıcı üzerine genlik modülasyonu yapılır. Bu modülatör, taşıyıcı frekanstaki voltajı durdurur. Böylece oluşturulan yan band lar, Şekil 'de gösterildiği gibi, 38 KHz 'in 15 khz altından(yani 3 khz) 38 KHz 'in 15 khz üstüne (yani 53 khz) frekans bandında yer alır. L-R sinyalinin (dengelenmiş) modülasyonlu yan bağları, iki küme arasında karışma 66
imkanı tanımadan modüle olmamış L+R sinyaline eklenebilir çünkü frekans ayrımı vardır ve de biri modüle olmuş diğeri olmamıştır. 67
Burada ekleyici ve ters çeviricilerden "basit" devreler olarak söz ediliyorsa da, bunların FM radyo yayınını destekleyen yüksek kalite devreler olması gerektiği akıldan çıkarılmamalıdır. Stereo mesaj sinyalini yeniden elde etmek veya demodüle etmek için, ilk olarak taşıyıcı yeniden yerleştirilmeli ve AM sinyali olarak demodüle edilmelidir. Yeniden yerleştirme amacıyla 38 khz taşıyıcı oluşturmak için, vericiyle aynı frekansta birkaç milyon alıcı beklemek çok fazla şey istemek olur. 30 Hz 'lik (%0.08) bir frekans kayması, hoparlörde çok yüksek, rahatsız edici bir ses olarak duyulur. Bundan kaçınmak için, 19 khz pilot sinyali (38 khz 'in yarısı) ses sinyalleriyle birlikte alıcı için bir referans tonu olarak iletilir. Şekil 1'de programla birlikte iletilmek için 19 khz osilatörle oluşturulan ve birleştirilmiş toplam sinyalin %10'undan daha az genliğe sahip bir pilot tonu oluşturuluyor. Daha sonra pilot sinyal frekansı, dengelenmiş modülatöre taşıyıcı giriş olarak kullanılmak için ikiye katlanır (38 khz). Kuvvetlendirilmiş L+R sinyali, pilot sinyali ve L-R sinyalinin modüle olmuş üst ve alt yan bandlarının toplam birleştirilmiş paketi, Şekil 'deki mesaj sinyalini oluşturur. Bu mesaj, daha sonra istasyon taşıyıcısını frekans-modüle etmek için vericiye uygulanır. Yine, stereo işleminin tamamının, frekans modülasyonu içermesine rağmen, vericinin akustik bölümüne düştüğü kabul edilir. Bu yüzden alıcı tarafında da, stereo demodülasyon, akustik bölümünün işi olarak kabul edilmeli ve FM detektöründen sonra yer almalıdır. Alıcı, stereo sinyalini vericinin izlediği sıranın tersine işleme sokar. Vericinin son yaptığı bütün sinyalleri birleştirmekti; bu yüzden alıcının ilk yaptığı Şekil 3'te görüldüğü gibi bütün sinyalleri ayırmaktır. Düşük frekans L+R sinyali, toplam sinyalden alçak frekans filtresiyle kolayca ayrılır. Burada tek dikkat edilecek nokta filtre kesme noktasının, 15 khz sinyali çok az zayıflattığını veya hiç dokunmadığını, fakat 19 khz sinyali en azından 0 db azalttığını gözlemleyebilmektir. L+R sinyali, daha fazla işleme sokulmadan önce sıkıştırılır. Modüle olmuş L-R çift-yan band sinyalleri, sadece 3 khz ile 53 khz arasındaki sinyallerin stereo demodülatöre geçmesini sağlayan band-geçirici filtre tarafından ayrılır. Daha sonra 19 khz pilot taşıyıcının frekansı 38 khz alttaşıyıcı sinyali oluşturmak ve stereo göstergesini çalıştırmak için ikiye katlanır. Çift-yan band L-R sinyali bir transformatöre taşınır ve 38 khz 'lik taşıyıcı sinyal, transformatörün ikincil merkez çıkışında ikiye katlanır. Bununla yan bandlar yeniden birleştirilir ve D1 ve D redresörlerine uygulanır. D1 diodu, sadece yeniden birleştirilmiş AM taşıyıcı dalgasının pozitif yarımperiyodunu doğrultmak için polarize edilir. Filtre devresi C1 - R1, taşıyıcıyı yok eder ve demodüle olmuş L-R sinyalini amplifikatörün sol kanalına geçirir. Bu noktada, sıkıştırılmış L+R sinyali sisteme geri verilir, iki sinyalin toplamı elde edilir: (L+R) + (L-R) = L Bir sinyalin pozitif sağ parçası, diğer sinyalin negatif sağ parçasını iptal eder; geriye kalan sadece sol sinyalin iki katı genlikte bir sinyaldir (L). 68
69
D diodu, birleştirilmiş AM taşıyıcı dalgasının sadece negatif yarımperiyodunu doğrultmak için polarize edilir. C - R filtresi taşıyıcıyı yok eder ve demodüle olmuş -(L- R) sinyalini sağ kanal amplifikatörüne geçirir. Bu noktada sıkıştırılmış L+R sinyali sisteme geri verilir, ve sonuç iki sinyalin toplamına eşittir. sonuç: ( L+R ) - ( L -R ) = R Bir sinyalin pozitif sol parçası, sağ sinyalin iki katı genlikte bir sinyal bırakarak (R) diğer sinyalin negatif sol kısmını iptal eder. Ayrılmış R ve L sesi daha sonra herbir amplifikatöre (özdeş) farklı iki tip hoparlör oluşturmak için verilir. Ton, denge ve ses kontrolleri akustik (ses) bölümünün işidir. Kuadrofonik ses dört-kanallı bir sestir. Sol arka, sol ön, sağ arka ve sağ ön sinyalleri içeren ses dağıtım sistemini iletme teoremi üzerine 197 'den beri çalışılmaktadır. Birçok teoremde "Kabul Edilebilir Bir Sistem" için dört konfigürasyon ön plandadır. Şekil 1'deki verici blok diyagramını inceleyin; sol veya sağ ses kaynağını, ön ve arka mikrofonlardan oluşan diğer bir komplike devreler kümesi olduğunu veya Şekil 3 'teki alıcının sol kanal sesini, sol ön ve sol arka sesi olarak ayırdığını gözlemleyin. Her ne kadar bazı sistemler modülasyon işleminde faz açısı (örneğin L arka -45 ve L ön +45 ) içerseler de elektroniği zor değildir. Bütün sistemler şu yasayı sağlamalıdır : mono akustik alıcıya giden bütün ses tek hoparlörden, toplam stereo ses iki-kanal alıcıya, ve dört ses kanalı da Kuadrofonik alıcıya. Şekil 'de henüz sonuçlandırılmamış bir konu fark edilebilir. Bu frekans spektrumunda, mevcut sistemlere en az zarar verecek ve diğer sinyallerle harmonik oluşumla girişime sebep olmayacak, modüle olmuş diğer bir yan bandlar kümesi eklemek için en iyi yer neresidir. Henüz "kabul edilebilir" bir sistem yoktur. 70
BÖLÜM 7 ÖRNEK SINAV SORULARI İSİM: NUMARA A GRUBU MERSİN ÜNİVERSİTESİ MMYO ANALOG HABERLEŞME DERSİ FİNAL SINAV SORULARI S-1 Bir GM lu sistemde Vmaxtepe-tepe=10 V ve Vmin tepe-tepe=6 V ise modülasyon yüzdesi nedir? a) %5 b) %35 c) %40 d) %65 S- Bir GM lu sistemde Fm=9KHz ise toplam bant genişliği nedir? a) 36KHz b) 7KHz c) 9 KHz d) 18 KHz S-3 Spektrumda 1.55 GHz ile 1.45 GHz arasında yer işgal eden bir sinyalin bant genişliği nedir? a) 10 KHz b) 100KHz c) 1 MHz d) 10 MHz S-4 Bir yükseltecin girişi 1 Watt, çıkışı 0 Watt ise bu yükseltecin kazancı kaç db dir? a) 3dB b) 13 db c) 100 db d) 10Db S-5 Bir yükseltecin girişi 1 mikrovolt, çıkışı 10 volt ise bu yükseltecin kazancı kaç db dir? a) 70 db b) 700 db c) 140 db d) 1400 db S-6 Bir tunerdeki paralel rezonans devresi 4 MHz de rezonansa gelmektedir. Bu devrede bulunan bobin değeri 10 mikroh ve bobin iç direnci 6.8 ohm olduğuna göre devrenin bant genişliği nedir? a) 1KHz b) 100 KHz c) 1KHz d) 10KHz S-7 Bir SSB üreteçde yan bant filtre merkezi 5MHz dir.bilgi sinyali 5 KHz olduğuna göre üst ve alt yan bantlar için taşıyıcı frekansları ne olmalıdır? a) 4995 ve 5005 khz b) 10000 ve 10005kHz c) 4995 ve 5005kHz d) 5000 ve 5005kHz S-8 f=50 khz için dalga boyu nedir? a) 00m b) 600m c) 100m d)1600m S-9 Bir GM lu sinyalde Vc=10V,m=%50,Fm=10KHz ve Fc=1MHz ise üst yan bant frekans nedir? a) 1010MHz b) 1100MHz c) 1.010MHz d) 990 KHz 74