Zasady radiotelefonii 1

Transkrypt

1 3.1. Informacje wstpne wprowadzenie do tematu Zasady radiotelefonii 1 Zanim przystpimy do omówienia bardziej szczegółowych wymaga stawianych radiostacjom lotniczych oraz zasady działania poszczególnych członów tych radiostacji, przypomnimy kilka podstawowych poj i symboli z podstaw elektro i radiotechniki Jednostki, skróty i symbole stosowane w elektro i radiotechnice Jednostka Skrót Symbol Objanienia Kulomb C Q Wolt V V, E Amper A I Tabela nr 3.1. Jednostka ładunku elektrycznego (jednostka podstawowa) około 6,24 x ładunków elementarnych - elektronów lub protonów. Jednostka potencjału elektrycznego, rónica potencjałów, napicia Jednostka prdu elektrycznego, prd 1 A płyncy w przewodniku elektrycznym przenosi ładunek 1 C w czasie 1 sekundy. Om R Jednostka rezystancji (jednostka podstawowa) Watt W P kundy Amperogodzina Ah Ah Henr H L Farad F C Hertz Hz F Jednostka mocy równa energii 1J zuytej w cigu 1 se- Jednostka pojemnoci elektrycznej ródła prdu stałego (ogniwa, akumulatora, baterii) Jednostka indukcyjnoci cewka ma indukcyjno 1H, jeeli zmiana natenia prdu z prdkoci 1 A/s wytworzy na jej kocówkach rónic potencjałów 1V Jednostka pojemnoci kondensator ma pojemno 1F, jeeli midzy jego okładzinami wystpuje napicie 1 V, gdy na nich znajduj si ładunki rónoimienne o wartoci 1 kulomba (C). Jednostka czstotliwoci sygnał ma czstotliwoci 1 Hz, jeeli jego pełna zmiana okresu nastpuje w przecigu 1 sekundy Sekunda s t Jednostka czasu (jednostka podstawowa) Poniewa jednostki stosowane praktycznie s dla niektórych celów za due lub za małe, dlatego uywa si czsto jednostek krotnych ( wielokrotnych lub podwielokrotnych). Aby trzyma jednostk krotn, wprowadzono do jednostek mnonik 10 w odpowiedniej potdze całkowitej, dodatniej lub ujemnej oraz przedrostki przed skrótami.

2 Zasady radiotelefonii Przedrostki i odpowiadajce im mnoniki Tabela nr 3. 2 Przedrostek Skrót Mnonik tera T (= ) giga G 10 9 (= ) mega M 10 6 (= ) kilo K 10 3 (1 000) (brak) (brak) 10 0 (= 1) mili M 10-3 (= 0,001) mikro µ 10-6 (= 0, ) nano n 10-9 (= 0, ) piko p (0, ) Przykłady: 8 500V = 8,5 kv; 0,25V = 250 mv 0, V = 3 µv Hz = 118 MHz = 3,9 M 0,005A = 5 ma 0,275 W = 0,275 mw nh = 1µH; 270 nh = 0,27 µh pf = 1 nf; 0,56 nf = 560 pf Oprócz symboli literowych tak w elektrotechnice jak i w radiotechnice stosowane s, zwłaszcza na schematach instalacji i urzdze, symbole graficzne. Znajomo tych symboli pozwala na łatwiejsze zrozumienie zasad działania poszczególnych instalacji i urzdze. Rys. 3.1 Symbole graficzne stosowane w elektro i radiotechnice

3 Zasady radiotelefonii Obwód elektryczny i jego elementy Obwód elektryczny jest to zespółelementów tworzcych zamknit drog dla przepływu prdu elektrycznego. Najprostszymi elementami obwodu elektrycznego s: - ródło napicia jako ródło energii elektrycznej - odbiornik jako element pobierajcy energi elektryczn - przewody łczce, które te pobieraj cz przekazywanej przez ródło energii. Rys Symbole graficzne ródełnapicia: a) ogniwo elektrochemiczne, b), c) bateria ogniw, d) prdnica elektryczna (generator), ródła napicia stałego Do najprostszych ródełenergii elektrycznej nale ródła elektrochemiczne, w których nastpuje przemiana energii chemicznej w energie elektryczn. Rozróniamy dwa rodzaje elektrochemicznych ródełenergii (ródełnapicia stałego): ródła pierwotne czyli ogniwa i ródła wtórne czyli akumulatory. Ogniwa s ródłami jednorazowego uytku, po wyczerpaniu energii elektrycznej w nich zawartej nie nadaj si do dalszego uytku. Dla tego te ich zastosowanie jest ograniczone, wzgldami ekonomicznymi, do zasilania najprostszych urzdze powszechnego uytku, wykorzystywanych sporadycznie. Natomiast akumulatory, po wyczerpaniu energii elektrycznej w nich zawartej, mona ponownie naładowa z zewntrznego ródła prdu stałego. Proces ten jest zamian energii elektrycznej, z zewntrznego ródła, w energie chemiczn, która zostaje zmagazynowana w akumulatorze. W lotnictwie elektrochemiczne ródła energii, w postaci połczonych w odpowiednie baterie ogniwa (akumulatory), s stosowane do zasilania urzdze przenonych oraz jako zasilanie rezerwowe lub awaryjne. Jako ródło napicia stałego dla radiokomunikacyjnych urzdze stacjonarnych s wykorzystywane zasilacze, o potrzebnym napiciu i mocy, zasilane z sieci prdu przemiennego (230V, 50 Hz).

4 Zasady radiotelefonii 4 W zasilaczach tych, dziki zastosowanym transformatorom, mona uzyska podane napicie, nisze lub wysze od napicia sieci, które po wyprostowaniu przez układ diodowy i odfiltrowaniu resztek napicia przemiennego przez kondensatory elektrolityczne o duej pojemnoci, poddawane jest stabilizacji przez elektroniczny stabilizator.(na rys 3.3. obwód scalony IC stabilizator napicia 12 V) Rys Przykład sieciowego zasilacza prdu stałego o stabilizowanym napiciu 12V, który w przypadku zaniku sieci prdu przemiennego, lub awarii moe by zastpiony zasilaniem awaryjnym z baterii akumulatorów 12V Do celów energetycznych tak w skali przemysłowej jak i na samolotach s uywane ródła elektromaszynowe, powszechnie zwane prdnicami, w których odbywa si przemiana energii mechanicznej w energie elektryczn Elektrochemiczne ródła napicia stałego Ogniwo Pierwotne lub wtórne Mokre suche Elektrolit Napicie (nominalne) Tabela nr 3.3. Opis-uwagi Leclancha Cynk - wgiel Alkaliczne ogniwa suche Kwasowo - ołowiowe Pierwotne suche Chlorek amonowy Pierwotne suche Wodorotlenek potasu elazo - niklowe Wtórne mokre Niklowo kadmowe (NiCd) Niklowo Metalowo wodorowe (NiMH) Litowo-jonowe (Li-I) 1,5 V W wykonaniu AA,A,B i C (teraz rzadko stosowane) 1,5 V Uywane w wykonaniu AA, A, B i C Wtórne mokre Kwas siarkowy 2,2 V Baterie 6V, 12V i 24V Wtórne Wtórne Wtórne suche suche suche Wodorotlenek potasu i litu Wodorotlenek potasu Wodorotlenek potasu Sole litowe w rozpuszczalnikach organicznych 1,4 V 1,2 V 1,2 V 3,7 V max 4,2 V min 3 V Mocne konstrukcje do uytku przemysłowego Uywane w wykonaniu, AA, A, B i C, moliwo ładowania około 400 razy, maj pami ładowania Uywane w wykonaniu AA, A, B i C, moliwo ładowania ponad 500 razy, maj niewielk pami ładowania Moliwo ładowania 600 razy, całkowity brak pamici ładowania Litowopolimerowe (Li-Poly) Wtórne suche Stały polimerowy w postaci gbki na bazie poliakrylonitritu 3,7 V max 4,2 V min 3 V Moliwo ładowania 600 razy, całkowity brak pamici ładowania

5 Zasady radiotelefonii Łczenie elektrochemicznych ródełnapicia i prdu stałego W celu uzyskania napicia stanowicego krotno napicia nominalnego, stosowanego ogniwa np. 12 V, naley połczy szeregowo10 ogniw o napiciu nominalnym 1,2 V. W przypadku koniecznoci poboru z ogniwa wikszego prdu ni na to pozwala jego pojemno, ogniwa naley połczy równolegle. Szeregowe U =n x E (V) Równoległe I =n x I(A) Rys Łczenie ogniw: a) szeregowe, b) równoległe Obwód prdu stałego Obwód prdu stałego składajcy, si z ródła napicia U, odbiornika R oraz elementów połczeniowych, takich jak : przewody, wyłcznik oraz, przy bardziej złoonych obwodach, bezpiecznika, przewanie topikowego (pominity na rysunku), podlega prawu Ohma. I = 0 I Rys Obwód prdu stałego z rezystorem Prawo Ohma dla obwodu prdu stałego mona przedstawi w nastpujcej postaci: U I = std U = I x R oraz R = R (Prd płyncy w obwodzie jest wprost proporcjonalny do napicia a odwrotnie proporcjonalny do rezystancji obwodu) Poniewa moc wydzielana w odbiorniku P = U x I to po podstawieniu otrzymamy : Gdzie: I prd w amperach (A) U napicie w woltach (V) R oporno w omach () U 2 P = lub P = I 2 x R R U I

6 P - moc w watach (W) Zasady radiotelefonii ródło napicia przemiennego Podstawowym ródłem napicia przemiennego jest prdnica (generator), w której nastpuje zamiana energii mechanicznej w energie elektryczn. W wyniku ruchu prtów uzwojenia w polu magnetycznym indukuje si siła elektromotoryczna. W energetyce powszechnego uytku napicie przemienne zmienia si sinusoidalnie z czstotliwoci 50 Hz i maksymaln amplitud U m = 325 V, co odpowiada wartoci skutecznej napicia 230V. u = U m sin t gdzie: u - warto chwilowa napicia U m - warto maksymalna (amplituda) na- picia - pulsacja (2f) Rys Przebieg sinusoidalny napicia przemiennego Warto skuteczna sinusoidalnego napicia przemiennego jest równa jego amplitudzie U m podzielonej przez 2. Analogicznie, warto skuteczna prdu sinusoidalnego jest równa jego amplitudzie podzielonej przez 2. U m U = = 0,707 U m I = = 0,707 I m 2 2 I m Warto skuteczna prdu przemiennego jest to taka warto równowanego prdu stałego, który by w tym samym czasie, równym jednemu okresowi, wydzieliłw tym samym rezystorze tak sam ilo ciepła. Innym ródłem napicia przemiennego, stosowanym zwłaszcza w radiotechnice, s generatory elektroniczne, w których napicie stałe jest zamieniana na napicie przemienne o danej amplitudzie i czstotliwoci i mocy Obwody prdu przemiennego Dla uproszczenia, w obwodach prdu przemiennego, elementy R, L, C bdziemy traktowali jako elementy idealne, tj. takie, które maj tylko jedn z wymienionych cech : rezy-

7 Zasady radiotelefonii 7 stancj, indukcyjno lub pojemno. Pominiemy w ten sposób indukcyjno rezystorów, oporno uzwojenia cewki, stratno w kondensatorach. Rys Rezystor zasilany sinusoidalnym prdem przemiennym Poniewa, jak wynika z Rys.3.7 b) i c) prd w obwodzie jest w zgodnej fazie z napiciem, dla rezystora R, ma zastosowanie Prawo Ohma, tak dla wartoci chwilowej jak i skutecznej napicia i prdu. Rys Cewka indukcyjna) zasilana sinusoidalnym prdem przemiennym W obwodzie prdu przemiennego opór indukcyjny cewki reaktancj indukcyjn oznaczamy liter X L i wyraamy w omach () X L = L Std warto skuteczna prdu w obwodzie z indukcyjnoci: U I = ---- L Pomijajc wywód teoretyczny, jak wynika z Rys b) i c) faza napicia w obwodzie z indukcyjnoci wyprzedza o 90 faz prdu lub inaczej prd w cewce opónia si w fazie o 90 wzgldem napicia. Rys Kondensator (idealny) zasilany sinusoidalnym napiciem przemiennym

8 Zasady radiotelefonii 8 W obwodzie prdu przemiennego opór pojemnociowy kondensatora reaktancj pojemnociow oznaczamy liter X C i wyraamy w omach () 1 X C = C Pomijajc wywód teoretyczny, jak wynika z Rys b) i c) faza prdu w obwodzie z pojemnoci wyprzedza o 90 faz napicia lub inaczej przebieg napicia na kondensatorze opónia si w fazie o 90 wzgldem prdu Rezonans napi a) b) Rys, Rezonans napi a) schemat połcze, b) wykres wektorowy Jeeli połczymy szeregowo kondensator C o reaktancji pojemnociowej X C = 1/ C cewk L o reaktancji indukcyjnej X L = L oraz rezystor R, stanowicy rezystancje uzwojenia cewki i dołczymy ten układ do ródła napicia przemiennego o pulsacji 0 = 1/ LC to przy spełnieniu warunku e: X L - X C = 0 nastpi zjawisko rezonansu napi. Podczas rezonansu napi w obwodzie tum popłynie znaczny prd, ograniczony jedyni rezystancj uzwojenia cewki R, co stanowi praktycznie zwarcie dla ródła napicia o pulsacji 0 = 1/ LC. Charakterystyczn cech rezonansu napi jest całkowite kompensowanie si spadków napi na cewce i kondensatorze tak, e ich suma jest w kadej chwili równa zeru (patrz Rys b). wykres wektorowy). Napicia na elementach reaktancyjnych układu szeregowego mog podczas rezonansu osiga wartoci znacznie wiksze ni napicie zasilajce. W radiotechnice rezonans napi jest wykorzystywany w budowie eliminatorów sygnałów o niepodanej czstotliwoci.

9 Zasady radiotelefonii Rezonans prdów Rezonans prdów; idealna cewka (bez uwzgldnienia rezystancji uzwojenia) i kondensator: a) schemat połcze, b) wykres wektorowy Jeeli połczymy równolegle kondensator o reaktancji pojemnociowej X C = 1/ C z idealn cewk L o reaktancji indukcyjnej X L = L i dołczymy ten układ do ródła napicia przemiennego o pulsacji 0 = 1/ zjawisko rezonansu prdów. LC to przy spełnieniu warunku e: X L - X C = 0 nastpi Podczas rezonansu, idealny, równoległy obwód rezonansowy przedstawia w rezonansie, dla ródła prdu o pulsacji 0 = 1/ LC, oporno nieskoczenie wielk a wic przerw. W rzeczywistoci, w obwodzie rezonansowym cewka indukcyjna ma okrelon rezystancje uzwojenia R, która ma wpływ na dobro obwodu Q, okrelon jako stosunek reaktancji indukcyjnej X L do rezystancji uzwojenia R. X L Q = R Równoległe obwody rezonansowe maj szerokie zastosowanie w radiokomunikacji do selekcji czstotliwoci odbieranych sygnałów. Im wiksza jest dobro obwodu tym wsza jest krzywa rezonansu obwodu a tym samym lepsza selekcja czstotliwoci odbieranego sygnału. W urzdzeniach radiokomunikacyjnych stosowne s przewanie równoległe obwody rezonansowe ze stał indukcyjnoci i zmienn pojemnoci, która umoliwia dostrojenie obwodu do danej czstotliwoci. Postp w rozwoju technologii półprzewodników spowodował. e zamiast kondensatorów zmiennych (mechanicznych) stosowane s diody pojemnociowe, których pojemno zmienia si w funkcji wielkoci napicia stałego do nich przyłoonego. Pozwala to na bardzo precyzyjne dostrajanie obwodów do rezonansu, nawet w sposób automatyczny i na odległo. Czstotliwo rezonansu obwodu LC 1 gdzie: f 0 - w Hertzach f 0 = L - w Henrach 2 LC C - w Faradach

10 Zasady radiotelefonii 10 Rys Krzywe rezonansu obwodu LC i procentowa zmiana szerokoci pasma przepuszczania selektywnoci obwodu wzgldem czstotliwoci rezonansowej dla dobroci obwodu Q od 100 do 10 Pytania sprawdzajce: 1. Podstawowa jednostka rezystancji skrót i symbol 2. Podstawowa jednostka indukcyjnoci skrót i symbol 3. Podstawowa jednostka pojemnoci skrót i symbol 4. Podstawowa jednostka napicia skrót i symbol 5. Podstawowa jednostka prdu skrót i symbol 6. Wymie kilka ródeł napicia stałego 7 Jaka jest rónica midzy pierwotnymi i wtórnymi ródłami napicia stałeg? 8. Narysuj i opisz obwód prdu stałego 9. Podaj wzór na prawo Ohma dla obwodu prdu stałego 10. Podaj wzór na moc wydzielan na oporniku w obwodzie prdu stałego 11. Na jakiej zasadzie działa elektromaszynowy generator prdu przemiennego? 12. Wymie moliwe ródła napicia przemiennego 13. Podaj zaleno midzy amplitud a wartoci skuteczn napicia przemiennego 14. Czemu si równa reaktancja indukcyjna i pojemnociowa? 15. Jaki jest warunek rezonansu w obwodzie prdu przemiennego? 16. Co to jest i od czego zaley dobro obwodu rezonansowego?

11 3.2. System radiotelefonicznej łcznoci lotniczej Zasady radiotelefonii 11 System łcznoci lotniczej słuy do prowadzenia łcznoci w relacjach ziemia - samolot - ziemia, samolot - samolot lub ziemia-ziemia. Podstaw tej łcznoci s radiostacje naziemne lub pokładowe ultrakrótkofalowe (VHF) pracujce w zakresie 117,975 MHz do 137 MHz lub krótkofalowe (HF) pracujce w pamie fal krótkich od 3 MHz do 30 MHz. Obowizkowym wyposaeniem statków powietrznych w lotach kontrolowanych i nadzorowanych s radiostacje VHF. Radiostacje HF stosowane s dla statków powietrznych dalekiego zasigu (loty nad morzem i terenami niezamieszkałymi) a przedsibiorstwa lotnicze wykonujce takie loty maja obowizek wyposaenia swoich samolotów w radiostacje HF. Reguluj to dokładnie przepisy ICAO (International Civil Aviation Organisation - Midzynarodowa Organizacja Lotnictwa Cywilnego) Podstawowy układ łcznoci Kada radiostacja lotnicza składa si z: nadajnika, odbiornika, manipulatora, anteny, urzdze elektroakustycznych, zasilania i okablowania. W celu zrozumienia działania systemu łcznoci lotniczej naley przeledzi podstawowy układ składajcy si z nadajnika, przestrzeni propagacyjnej fal i odbiornika (rys ) Rys Podstawowy układ łcznoci Na Rys pomidzy nadajnikiem, który emituje fal non z informacj pochodzc z mikrofonu, zawart w fali modulujcej małej czstotliwoci a odbiornikiem, który informacj t przekształca w drgania akustyczne w słuchawkach zachodzi proces opisany równaniem: (1) u n (t) = U n cos (t ± ) gdzie: u n (t) - warto chwilowa fali nonej w czasie U n = 2f t - amplituda fali nonej - pulsacja (lub f czstotliwo) - czas - faza fali nonej.

12 Zasady radiotelefonii 12 Jest to analityczne przedstawianie drga wielkiej czstotliwoci w antenie nadawczej, odbiorczej i w wolnej przestrzeni (propagacja). Równanie to opisuje kad fal zmienn sinusoidalnie lub cosinusoidalnie. Równanie to jest podstawowym obrazem" systemu łcznoci (radiowej ) lotniczej. Aby przenosi informacje (zmiana u n (t)) naley zmieni jedn z czterech wielkoci po prawej stronie równania (1) Modulacja amplitudy (AM Amplitude Modulation) Jeeli w równaniu (1) poddamy zmianom tylko amplitud fali nonej (A) U n to u n (t) bdzie si zmieniała pod wpływem zmian sygnału modulujcego U m i bdzie to modulacja amplitudy (B). Rys Modulacja amplitudy Modulacja dwuwstgowa Klasyczna modulacja amplitudy jest najstarszym sposób przekazywania informacji fonicznych przy pomocy fal radiowych. Modulacja ta wystpuje w radiofonii powszechnego uytku na falach długich (LF), rednich (MF) i krótkich (HF) oraz na falach ultrakrótkich (VHF) w systemach lotniczej łcznoci kontroli ruchu ATS (Air Traffic System) oraz informacji lotniczej. W modulacji amplitudowej (Rys 3.14) naley jeszcze zwróci uwag na wany parametr - głboko modulacji.

13 Zasady radiotelefonii 13 (2) m = U m U n 100% gdzie: U m - amplituda napicia modulujcego małej czstotliwoci U n - amplituda fali nonej Gdy brak jest napicia modulujcego, U m = O (brak przenoszonej informacji), to wystpi tylko fala nona Rys.3.14.A wtedy m = O. Gdy U m = U n, to głboko modulacji m = 100 % Rys Modulacja amplitudy gdy m = 100 % Jak wida na Rys. 3.15, amplituda sygnału zmodulowanego odwzorowuje dokładnie kształt sygnału modulujcego. W lotniczej praktyce radiokomunikacyjnej, aby nie dopuci do przemodulowania fali no- nej (gdy U m jest wiksze od U n ), a tym samym do znacznego zniekształcenia przekazywanej informacji, głboko modulacji jest utrzymywana automatycznie, na poziomie m = 80-90%. Takiego poziomu głbokoci modulacji nie mona przekroczy nawet przy znacznym wzrocie natenia dwiku dochodzcego do mikrofonu. Uzyskuje si to przy pomocy specjalnego układu kompresji, który znajduje si w wzmacniaczu m.cz. sygnału modulujcego., Przebiegi przedstawione na Rys i 3.15, s przebiegami czasowymi (na osi poziomej jest czas t). Aby doj do przebiegów widmowych, gdzie na osi poziomej jest pulsacja, niezbdnych do zrozumienia odmian modulacji amplitudy stosowanych w radiostacjach pracujcych na falach krótkich (HF), naley jeszcze raz przeanalizowa równanie (1).

14 Zasady radiotelefonii 14 W równaniu tym moemy pomin faz, bo faza sygnału nie odgrywa roli w modulacji amplitudowej, przy systemie łcznoci lotniczej ATS wtedy: (3) u n (t) = U n cos t. Modulacja amplitudowa polega na dodaniu do fali nonej U n fali modulujcej małej czstotliwoci U m. (4) U m cos t gdzie: U m - amplituda fali m.cz. - pulsacja akustyczna (czstotliwo sygnału modulujcego) Wówczas równanie (3) bdzie: (5) u n (t) = (U n + U m cos t) cos t. Stosujc wzór na iloczyn cosinusów, po kolejnych przekształceniach i wprowadzeniu z równania (2) współczynnika głbokoci modulacji otrzymamy: (6) u n (t) = U n cos t + ½m U n cos ( + )t + ½mU n cos ( - )t. W równaniu (6) wystpuj nastpujce składniki: U n cos t - okrelajcy fal non, ½m U n cos ( - )t - jest to dolna wstga boczna, ½m U n cos ( + )t - jest to górna wstga boczna. Na rysunku mona to przedstawi jako przebieg widmowy: Rys Wykres widmowy przy modulacji jedn czstotliwoci Rys Wykres widmowy przy modulacji pasmem akustycznym Na rysunku przedstawiony jest przebieg widmowy przy zmodulowaniu fali nonej tylko jedn czstotliwoci akustyczn. Jeeli modulujemy fal non pasmem akustycznym (stosowane w lotnictwie pasmo akustyczne - od 300 do 3400 Hz), to przebieg z Rys przekształci si w przebieg z Rys W przebiegu widmowym rys i wystpuj fala nona i dwie wstgi boczne (dolna DWB i górna GWB). Jeeli pasmo akustyczne zawarte jest w granicach od 300 Hz do 3400 Hz a fala nona np. f n = 120 MHz to widmo bdzie w zakresie: od (120 x ) Hz do (120 x ) Hz

15 Podstawy radiotelefonii 15 Mona wic Rys przedstawi w nieco dokładniejszej formie: 120x10 6 (120x )Hz (120x )Hz (120x )Hz (120x )Hz Rys Wykres widmowy przy dwuwstgowej modulacji (emisja A3E) Z rys wynika, e: - Kształt DWB jest identyczny jak GWB. - GWB jest zwierciadlanym odbiciem DWB. - Poziom fali nonej nie zaley od głbokoci modulacji m. - Tak przedstawiona fala nona nie zawiera przekazywanej informacji. - Informacja jest zawarta w DWB i GWB a wic jest przekazywana podwójnie. - Na czstotliwociach odpowiadajcym wyszym czstotliwociom pasma akustycznego (np. dla 3400 Hz), wystpuje wiksze napicie, a wic te czstotliwoci s bardziej wzmacniane Modulacja jednowstgowa Dla przeniesienia informacji na odległo wystarczy wyemitowa tylko jedn wstg boczn. Sama fala nona nie przenosi informacji a druga wstga boczna powtarza informacj. Std te jeeli wytłumimy jedn wstg boczn i fale non to bdziemy mieli modulacj jednowstgow (SSB Single Side Band). Rys Wykres widmowy przy jednowstgowej modulacji (emisja J3E)

16 Podstawy radiotelefonii 16 Wypromieniowujc z anteny nadawczej tylko jedn wstg boczn musimy si liczy z tym, e w odbiorniku naley odtworzy fal non i tak j ulokowa wzgldem odebranej wstgi bocznej, aby uzyska połow czasowego przebiegu klasycznej modulacji amplitudy pokazanego na rys.3.14.(b). Zalet emisji SSB jest : - Zmniejszenie pasma czstotliwoci przy emisji jednowstgowej w stosunku do emisji dwuwstgowej, co jest bardzo istotne dla przecionego pasma HF - Szeciokrotny zysk energetyczny emisji SSB w stosunku do emisji dwuwstgowej. Nie trzeba traci energii na emisj fali nonej oraz jednej z wstg bocznych a cał moc nadajnika jest wykorzystana do emisji informacji zawartej w jednej wstdze bocznej. Zysk energetyczny przy rozpatrywaniu mocy szczytowej nadajnika wzrasta do szesnastu. Na zakresie krótkofalowym (HF) uytkownicy unikaj stosowania emisji dwuwstgowej i stosuj, ze wzgldu na zysk energetyczny, emisj jednowstgow. Z technicznego punktu widzenia korzyci ze stosowania modulacji jednowstgowej s okupione znacznie bardziej skomplikowanym układem elektronicznym, tak nadajnika jak i odbiornika Modulacja czstotliwoci (FM Frequency Modulation) Jeeli w równaniu (1) bdziemy, w takt sygnału modulujcego zmienia tylko czstotliwo- ci f ( = 2f), to otrzymamy modulacj czstotliwoci. Przy modulacji czstotliwoci amplituda fali nonej Rys (A) jest stała, a informacja jest zawarta w postaci zmiany czstotliwoci fali nonej Rys (C) w takt zmian amplitudy iczstotliwoci sygnału modulujcego Rys (B). Rys Modulacja czstotliwoci (FM Frequency Modulalation) Zakres tych zmian nazywa si dewiacj czstotliwoci. Taki rodzaj modulacji stosujemy w lotnictwie w urzdzeniach radiowych słucych do łcznoci operacyjnej na płycie lotniska,

17 Podstawy radiotelefonii 17 w radiostacjach lotnictwa sanitarnego, przeciwpoarowego, dyspozycyjnego) oraz w radiowysokociomierzach (RW). Zalet modulacji czstotliwoci jest mały pobór mocy ze ródła zasilania (brak wzmacniacza mocy sygnału modulujcego), bardzo dua odporno na zakłócenia, prostota układu modulacyjnego w nadajniku. Ten rodzaj modulacji jednak nie bardzo nadaje si do łczno- ci radiotelefonicznej z szybko poruszajcymi si obiektami ze wzgldu na efekt Doplera mogcy wprowadza dodatkowe zniekształcenia przekazywanych informacji. Dla dociekliwych: Jeeli w równaniu (1) zmienimy t (jest fala nona lub jej nie ma) to otrzymamy modulacj impulsow stosowan w radiotelegrafii, radarach pokładowych i naziemnych (radary meteorologiczne, odległociomierze DME Distance Measuring Equipment, transpondery SSR - Secondary Surveillance Radar, RW impulsowe). Jeeli zmieniamy faz, to otrzymamy modulacj fazow stosowan w urzdzeniach VOR - V H F Omnidirectional Range. Jeeli w równaniu (1) zmienimy kilka parametrów, np. U n i lub U n i t itp., to bd to modulacje wieloparametrowe lub emisje opisane szczegółowo w rozdziale: rodzaje emisji. Pytania sprawdzajce: 1. Jakie zakresy czstotliwoci s wykorzystywane do pracy lotniczych urzdze radiotelefonicznych? 2. Z czego składa si radiostacja lotnicza? 3. Podaj analityczn posta przebiegów zachodzcych w łczu radiowym. 4. Na czym polega modulacja amplitudy? 5. Widmowa charakterystyka klasycznej modulacji amplitudy. 6. Co rozumiesz przez głboko modulacji. 7. Jaka wielko głbokoci modulacji jest praktycznie stosowana w radiostacjach lotniczych 8. Jakie pasmo czstotliwoci akustycznej (m.cz.) jest wykorzystywane w radiostacjach lotniczych? 9. Czym si charakteryzuje modulacja jednowstgowa? 10. Wymie zalety modulacji jednowstgowej. 11. Czym si charakteryzuje modulacja czstotliwoci? 12. W jakich urzdzeniach w lotnictwie stosuje si modulacj czstotliwoci?. 13. O jak warto zmienia si czstotliwo fali nonej przy modulacji czstotliwoci? 14. W jakich urzdzeniach radiowych w lotnictwie stosuje si modulacj fazy? 15. W jakich urzdzeniach radiowych w lotnictwie stosuje si modulacj impulsow?

18 Podstawy radiotelefonii Selekcja kanałów czstotliwoci Wystpujce wokółanteny odbiorczej pole elektromagnetyczne składa si z sygnałów o bardzo wielu czstotliwociach. Pole to indykuje w antenie napicia rzdu mikrowoltów (V) lub miliwoltów (mv) o wielu czstotliwociach. Indukowane w antenie napicia s doprowadzane, kablem antenowym, na wejcie odbiornika. Selekcja kanałów czstotliwoci polega na wybraniu tej jednej czstotliwoci, któr wysyła nadajnik naszego korespondenta. Wstpna selekcja czstotliwoci odbywa si na wejciu odbiornika, we wzmacniaczu w.cz. gdzie znajduj si równoległe obwody rezonansowe o duej dobroci (Q) dostrojone do czstotliwoci naszego korespondenta. Selekcja kanałów czstotliwoci w pamie VHF, tak w nadajniku jak i w odbiorniku, odbywa si skokowo, zgodnie z odstpem midzykanałowym danej radiostacji. Aktualnie obowizuje, w pamie czstotliwoci, od 118 do 136,975 MHz, odstp midzykanałowy 25 khz. Odstp midzykanałowy 25 khz pozwalajcy na ulokowanie w tym pamie 759 kanałów łcznoci. Jednak z uwagi na natenie ruchu lotniczego, zwłaszcza w Europie Zachodniej, ta ilo kanałów jest ju niewystarczajca. Dla tego od 1999 roku na niektórych obszarach ruchu lotniczego Europy, przy przelotach powyej 7.000m (od poziomu lotu FL 245 Flight Level 245), na czci pasma VHF, obowizuje odstp midzykanałowy 8,33 khz. Wprowadzenie, w niedalekiej przyszłoci, obligatoryjnie w całym pamie odstpu midzykanałowego 8,33 khz pozwoli zmieci w tym pamie nie 759 lecz 2278 kanałów łcznoci. Przykład identyfikacji kanałów czstotliwoci w radiostacjach z odstpem midzykanałowym: Czstotliwo robocza (MHz) 8,33/25 khz Tabela 3.4 8,33 khz Tabela 3.5 Odstp midzykanałowy (khz) Identyfikacja kanału (wywietlana czstotliwo) Czstotliwo robocza (MHz) Odstp midzykanałowy (khz Identyfikacja kanału (wywietlana czstotliwo) 118, , ,0000 8,33 118, ,0000 8,33 118, ,0083 8,33 118, ,0083 8,33 118, ,0167 8,33 118, ,0167 8,33 118, ,0250 8,33 118, , , ,0333 8,33 118, ,0250 8,33 118, ,0417 8,33 118, ,0333 8,33 118, ,0500 8,33 118, ,0417 8,33 118, ,0583 8,33 118, , , ,0667 8,33 118, ,0500 8,33 118, ,0750 8,33 118, ,0583 8,33 118, ,0833 8,33 118, ,0667 8,33 118, ,0917 8,33 118, , , ,1000 8,33 118, ,0750 8,33 118,080 Itd. 118,0833 8,33 118, ,0917 8,33 118, , , ,1000 8,33 118,105 Itd. Wybór odpowiedniego kanału łcznoci odbywa si przy pomocy specjalnych przełczników obrotowych lub klawiatury numerycznych. Identyfikacja wybranego kanału nastpuje na wywietlaczu diodowym (LED) lub ciekłokrystalicznym (LCD).

19 Podstawy radiotelefonii 19 Trzykrotnie mniejszy odstp midzykanałowy jest okupiony znacznym zaostrzeniem wymaga odnonie stabilnoci czstotliwoci (f/f) nadajnika oraz heterodyny odbiornika, która ostatecznie decyduje o selekcji kanału łcznoci (patrz pkt.3.7), jak równie pasma przepuszczania odbiornika - selektywnoci odbiornika (patrz pkt ). Producenci sprztu profesjonalnego aktualnie oferuje ju tylko radiostacje z odstpem midzykanałowy 25 i 8,33 khz. Naley si spodziewa, e w najbliszej przyszłoci bd oferowane tylko radiostacje z odstpem 8,33 khz Podstawowe parametry lotniczych urzdze radiokomunikacyjnych Według przepisów ICAO (International Civil Aviation Organisation) niezawodna łczno jest wtedy, gdy prawdopodobiestwo jej utraty bdzie nie gorsze ni (8) P utraty 10-5, std: P niezawod. łcznoci = Aby to osign, parametry stacji radiowych prowadzcych tak łczno musz by kompatybilne (odpowiada sobie). Wielkoci parametrów RADIOSTACJI LOTNICZYCH okrelaj przepisy midzynarodowe ICAO i ITU (Aneks 10 do Konwencji Chicagowskiej i Regulamin Radiokomunikacyjny) oraz krajowe (PL, JAR Europejskie Wymagania Bezpieczestwa Lotniczego), FAR - Amerykaskie przepisy budowy statków powietrznych),, BCAR Brytyjskie przepisy budowy statków powietrznych i inne). Do najwaniejszych parametrów lotniczych urzdze radiokomunikacyjnych naley zaliczy: zakres i stabilno czstotliwoci urzdze nadawczych, moc w antenie, rodzaje emisji, stabilno czstotliwoci heterodyny odbiornika czuło i selektywno - szeroko pasma przepuszczania selektywnoci odbiornika oraz niezawodno tak nadajnika jak i odbiornika Zakresy czstotliwoci Tabela 3.6 Dekadowy podziałwidma fal radiowych wg ITU Lp. Oznaczenie Czstotliwoci Fale Skrót 1 VLF 3-30 khz myriametrowe mam 2 LF khz kilometrowe km 3 MF khz hektometrowe hm 4 HF 3-30 MHz dekametrowe dam 5 VHF MHz metrowe m 6 UHF MHz decymetrowe dm 7 SHF 3-30 GHz centymetrowe cm 8 EHF GHz milimetrowe mm GHz decymilimetrowe dmm Tradycyjny podziałzakresów fal Fale bardzo długie, poniej 15 khz (powyej 20 km) Fale długie khz (20 km 3 km) Fale rednie khz (3000 m 200 m) Fale porednie khz (200 m 100 m) Fale krótkie 3 30 MHz (100 m 10 m) Fale ultrakrótkie MHz (10 m 1 m) Mikrofale powyej 300 MHz Poniej 1 m

20 Podstawy radiotelefonii 20 Szczegółowy przydział pasm czstotliwoci radiokomunikacyjnych dla lotnictwa : Tabela 3.7 Lp. Pasmo radiokomunikacyjne do khz Słuba ruchoma słuba lotnicza na drogach lotniczych Wykorzystanie radiokomunikacja ziemia-powietrze (głos i transmisja danych) i 5680 khz jak w pkt.1 poszukiwanie i ratownictwo ,975do137MHz jak w pkt ,5 MHz, 123,1 MHz 243 MHz ruchoma słuba lotnicza łczno ziemia-powietrze i powietrzepowietrze (głos i transmisja danych) czstotliwoci w niebezpieczestwie do 406,1 MHz ruchoma słuba satelitarna poszukiwanie i ratownictwo 1525 do 1559 MHz 6. ruchoma słuba satelitarna radiokomunikacja satelitarna 1626,5 do 1660,5 MHz Stabilno czstotliwoci Jest to parametr podstawowy okrelajcy jako i niezawodno łcznoci. Definiowany jest jako stosunek f do f n, gdzie f jest całkowitym odchyleniem czstotliwoci nadajnika od nominalnej wartoci czstotliwoci fali nonej f n wywołany działaniem wszystkich czynników destabilizujcych, takich jak: temperatura, wilgotno, wibracje itp. Stabilno czstotliwoci f/f okrelona jest w aneksie 7 Regulaminu Radiokomunikacyjnego i podawana w czciach fali nonej, w hercach lub procentach. Dla zakresu HF wszystkie radiostacje pokładowe w lotnictwie midzynarodowym powinny mie stabilno nie gorsz ni 200 Hz, a dla zakresu VHF: - przy odstpie midzykanałowy 25 khz, nie gorsz ni 35x10 6 (35 ppm), - przy odstpie midzykanałowym 8,33 khz, nie gorsz ni 5x10 6 (5 ppm). Ostatnio w literaturze technicznej jak równie w warunkach technicznych sprztu radiokomunikacyjnego, do okrelenia stabilnoci czstotliwoci, uywa si jednostki ppm (part per milion = czci na milion). Stabilno czstotliwoci na tym poziomie mona uzyska jedynie w generatorach stabilizowanych rezonatorami kwarcowymi. Jeeli radiostacja ma by uywana w xtremalnie duym zakresie temperatur (od - 60ºC do + 50 º C) to rezonatory kwarcowe musz by umieszczone w termostacie. Przykłady dla dociekliwych: a) gdy wymagana stabilno wynosi 35x10-6, a f n = 120 MHz, to maksymalna dopuszczalna f = 35 x10-6 x120 x10 6 = 4200 Hz b) gdy wymagana stabilno wynosi 0,0035%, a f n = 120 MHz, to maksymalna dopuszczalna f = 120x10 6 x 0,0035/100 = 4200Hz c) gdy wymagana stabilno wynosi 5x10-6, a f n = 120 MHz, to maksymalna dopuszczalna f = 5x10-6 x120 x10 6 = 600 Hz

21 Podstawy radiotelefonii Moc w antenie (moc sygnału w.cz doprowadzona do anteny nadawczej) Dla niezawodnej łcznoci (P utraty 10-5 ) trzeba, aby : - naziemne nadajniki wytwarzały tak moc, aby w otoczeniu anteny odbiorczej na pokładzie samolotu natenie pola elektromagnetycznego było 75µV/m - pokładowe nadajniki wytwarzały tak moc, aby w otoczeniu anteny odbiorczej na ziemi natenie pola elektromagnetycznego było 20µV/m. Ograniczenia dla radiostacji pokładowych wynikaj std, e: - nie ma moliwoci stosowania, nawet na duych samolotach komunikacyjnych, duych i wydajnych systemów antenowych, - wystpuje wzajemne oddziaływania na siebie pokładowych urzdze elektrycznych i elektronicznych, - ograniczona jest moliwo separacji przestrzennych anten nadawczych i radionawigacyjnych, - nie ma moliwoci stosowania duych napi w stopniach mocy nadajników. Praktycznie moc wyjciowa (moc w antenie) zaley od przeznaczenia radiostacji oraz od zakresu czstotliwoci. Dla zakresu HF( fale krótkie) moc ta wynosi do 400 W dla radiostacji dalekodystansowych, a dla rednich zasigów 10 do 50 W. Moc radiostacji VHF zawarta jest od kilku watów do 20 watów. Ostatnio w literaturze technicznej jak równie w warunkach technicznych sprztu radiokomunikacyjnego, do okrelenia mocy, uywa si jednostki dbm (jednostka miary mocy odniesiona do 1 mw, mierzona na opornoci np. 50 ). Dla dociekliwych: Przykładowo konwersja mocy w Watach na dbm P (W) P ( dbm) = 10 log Moc w Watach Moc w dbm (W) 320 mw 25,05 1,28 W 31,07 2,0 W 33,01 Moc wyraona w dbm mówi o ile decybeli 8,0 W 39,03 moc ta jest wiksza (lub mniejsza) od mocy 32,0 W 45,05 1 mw. Poziom 1mW odpowiada 0 dbm 128,0 W 51,07 Przykład przeliczenia: 100mW przeliczona na dbm wynosi: 10 x log 10 (100mW/1mW) = 10 x log 10 (100) = 10 x 2 = 20 dbm Rodzaje emisji W nawizaniu do analizy równania (1) podanego w p System łcznoci lotniczej" definiowane s rodzaje emisji z nadajnika radiowego przy pomocy trzech symboli : 1 symbol - due litery alfabetu łaciskiego, 2 symbol - cyfry arabskie, 3 symbol - due litery alfabetu łaciskiego.

22 Podstawy radiotelefonii 22 Pierwszy symbol - rodzaj modulacji głównej fali nonej N Emisja niemodulowanej fali nonej. Emisje w których podstawowa fala nona jest modulowana w amplitudzie (włczajc przypadki, gdy podnone s modulowane ktowo) A Dwie wstgi boczne H Jedna wstga boczna, pełna fala nona R Jedna wstga boczna, zredukowana lub regulowana fala nona J Jedna wstga boczna, wytłumiona fala nona B Niezalene wstgi boczne C Szcztkowa wstga boczna Emisje, w których podstawowa fala nona jest modulowana ktowo F Modulacja czstotliwoci G Modulacja fazy D Emisja, w której podstawowa fala nona jest modulowana w amplitudzie i fazie zarówno jednoczenie, jak i w ustalonej sekwencji. Emisje impulsowe : P Niemodulowana sekwencja impulsów K Sekwencja impulsów modulowanych w amplitudzie L Sekwencja impulsów z modulacj szerokoci/czasu trwania M Sekwencja impulsów z modulacj połoenia/fazy Q Sekwencja impulsów, w których fala nona jest modulowana ktowo w czasie trwania impulsu V Sekwencja impulsów bdcych kombinacj powyszych lub wytworzonych w inny sposób W Przypadki nie ujte powyej, w których emisja składa si z podstawowej fali nonej modulowanej zarówno jednoczenie lub w ustalonej sekwencji przez dwa lub wicej sposobów modulacji: amplitudy, kta, impulsów X Inne przypadki nie ujte powyej. Drugi symbol - natura sygnału(ów) modulujcego podstawow fal non 0 Brak sygnału modulujcego 1 Pojedynczy kanałmodulujcy zawierajcy skwantowan lub cyfrow informacj bez uycia modulujcej podnonej (z wyłczeniem multipleksowania z podziałem czasowym - TDM) 2 Pojedynczy kanałmodulujcy zawierajcy skwantowan lub cyfrow informacj z uyciem modulujcej podnonej (z wyłczeniem multipleksowania z podziałem czasowym - TDM), 3 Pojedynczy kanałmodulujcy zawierajcy informacj analogow 4 Dwa lub wicej kanałów modulujcych zawierajcych informacj skwantowan lub cyfrow

23 Podstawy radiotelefonii 23 5 Dwa lub wicej kanałów modulujcych zawierajcych informacj analogow 6 System złoony z jednym lub wicej kanałów modulujcych zawierajcych informacj skwantowan lub cyfrow oraz z jednym lub wicej kanałów modulujcych zawierajcych informacj analogow X Przypadki nie ujte powyej. Trzeci symbol - rodzaj nadawanej informacji N Brak nadawanej informacji A Telegrafia dla odbioru słuchowego B Telegrafia dla odbioru automatycznego C Faksymile D Transmisja danych, telemetria, zdalne sterowania E Telefonia (włczajc radiofoni) F Telewizja (sygnałwizji) W Kombinacja powyszych X Przypadki nie ujte powyej. W przypadkach łcznoci lotniczej na zakresie VHF jest stosowana emisja A3E, przy łcznoci na zakresie HF (fale krótkie) - jest stosowana: A3E, H3E, R3E lub J3E Czuło odbiornika Czuło uytkowa odbiornika okrela najmniejszy sygnałwejciowy, przy którym na wyjciu odbiornika otrzymuje si okrelon moc wyjciow przy okrelonym stosunku sygnału do szumu. Czuło ta jest definiowana przy czstotliwoci modulujcej równej 1000 Hz, głboko modulacji równej 30% oraz SINAD = 6dB ( SINAD jest to stosunek sygnału + szumy + zakłócenia do szumu + zakłócenia). Parametr ten ilociowo opisuje jako sygnału akustycznego przy którym przeprowadzano pomiar czułoci odbiornika. Na pokładzie samolotu nie mona stosowa odbiornika o zbyt duej czułoci poniewa przeszkadza temu zwikszony poziom szumów zakłóce, pochodzcy od pokładowych urzdze elektrycznych i elektronicznych. Praktycznie, dla radiotelefonicznych odbiorników pokładowych czuło uytkowa jest regulowana przez ustawienie progu blokady szumów i zawarta jest w zakresie od 3 do 15 µv. Czuło odbiornika np. w radiostacjach szybowcowych, gdzie takie zakłócenia nie wystpuj, moe by nawet na poziomie 1 µv. Czuło odbiornika moe by wyraana nie tylko w µv, ale podobnie jak moc w nadajnikach, równie w jednostce niemianowanej dbmv (jednostka miary napicia w odniesiona do 1 mv, zmierzonego na opornoci np. 50 ). Konwersja czułoci w µv na dbmv U ( dbmv) = 20 log U (v) (v) czuło w µv czuło w dbmv 1,.0-60,00 2, ,0-47,96 8,0-41,94 10,0-40,00

24 Podstawy radiotelefonii 24 Napicie wyraone dbmv mówi o ile decybeli napicie to jest mniejsze (lub wiksze) od napicia 1 mv. Poziom 1 mv odpowiada 0 dbmv Selektywno - szeroko pasma przepuszczania (przenoszenia) odbiornika f odb /Parametr ten zaley i jest cile zwizany z odstpem midzykanałowym danego odbiornika. Im odstp midzykanałowy jest mniejszy tym wymagania odnonie pasma przepuszczania odbiornika s ostrzejsze. Co za tym idzie zaostrzaj si dopuszczalne tolerancje takich parametrów jak:: - niestabilnoci czstotliwoci fali nonej f n nadajnika, - niestabilnoci heterodyny odbiornika, - niestabilnoci dostrojenia obwodów poredniej czstotliwoci w odbiorniku, Dla zakresu VHF szeroko pasma przepuszczania odbiornika definiuje si na poziomach - 6 db - poziom przepuszczania sygnału i - 60 db - tłumienie sygnału ssiedniego kanału. Przykładowo dla radiostacji firmy ICOM Inc. typu IC-A110 o odstpie midzykanałowym 25/8,33 khz producent oferuje przy odstpie midzykanałowym : - 25 khz pasmo przepuszczania odbiornika ± 8 khz przy spadku wzmocnienia - 6 db - 8,33 khz pasmo przepuszczania ± 2,78 khz przy spadku wzmocnienia - 6 db. Tłumienie ssiedniego kanału - 60 db odpowiednio 25 khz i 7,37 khz. O stabilnoci czstotliwoci generatora nadajnika i heterodyny odbiornika była mowa w pkt Natomiast spełnienie wymaga odnonie stabilnoci dostrojenia obwodów po- redniej czstotliwoci oraz pasma przepuszczania na poziomie 6 db i tłumienia sygna- łów ssiednich kanałów na poziomie co najmniej - 60 db uzyskano w wyniku zastosowania, we wzmacniaczu poredniej czstotliwoci filtrów kwarcowych, których stabilno dostrojenia jest porównywalna ze stabilnoci stosowanych w radiostacjach generatorów kwarcowych przy bardzo stromych zboczach krzywej rezonansu. na poziomie - 6 db pasmo przepuszczani powinno by nie wsze ni pasmo przepuszczania f 1, f 2, gdzie: f 1 = f n - f nad. - f odb. (+) f 2 = f n + f nad. + f odb. (-).. na poziomie - 60 db pasmo przepuszczani powinno by nie szersze ni pasmo ograniczone f 3, f 4, gdzie: f 3 = f n - f nad. - f odb. (+) f 4 = f n + f nad. + f odb. (-). Rys Okrelenie szerokoci pasma przepuszczania odbiornika Niezawodno Pojcia podstawowe W technice niezawodnoci rozróniamy definicj ogóln i normatywn.

25 Podstawy radiotelefonii 25 Definicja ogólna Niezawodno urzdzenia (systemu) jest to właciwo urzdzenia (systemu) polegajca na spełnieniu swoich funkcji (przy utrzymywaniu załoonych parametrów) w okrelonym czasie t. Definicja normatywna - pozwala obliczy niezawodno. Niezawodno urzdzenia (systemu) jest to prawdopodobiestwo, e urzdzenie (system) bdzie spełniało swoje funkcje (przy utrzymywaniu załoonych parametrów) w okrelonym czasie t. Stopie niezawodnoci urzdze radiokomunikacyjnych uywanych w lotnictwie zaley od klasy ich wykonania. Niektóre firmy produkujce lotniczy sprzt radiokomunikacyjny, radiostacje o takich samych parametrach technicznych wykonuj w rónych klasach niezawodnoci. Im oferowana niezawodno jest wysza tym cena sprztu jest wysza. Wynika to z tego, e do wykonanie radiostacji o podwyszonej niezawodnoci wymaga bardzo starannej selekcji detali z których jest ona zmontowana, szczegółowych kontroli midzyoperacyjnych w procesie produkcji oraz kontroli ostatecznej w warunkach zblionych do tych w jakich radiostacja bdzie pracowa (temperatura, wilgotno, wibracje). Wzgldy ekonomiczne powoduj, e na statkach powietrznych (samoloty sportowe, szybowce), wykonujcych loty tylko w warunkach VFR (loty z widocznoci ziemi) mona spotka radiostacj o niszej klasie niezawodnoci. Niezawodno łcznoci na tego rodzaju statkach ma ograniczony wpływ na bezpieczestwo wykonywania lotów. Samoloty komunikacyjne i dyspozycyjne, dopuszczone do wykonywania lotów w warunkach IFR (lot według przyrzdów - bez widocznoci ziemi) oraz naziemne stacje kontroli ruchu lotniczego, musz by wyposaone w systemy łczno o najwyszym stopniu niezawodnoci, ze wzgldu na moliwo wykonywania lotów w trudnych warunkach meteorologicznych. Poniewa w trakcie uytkowania, nawet teoretycznie, najbardziej niezawodnego sprztu nie mona pomija wystpowania zdarze losowych, dla tego tak na samolotach tego rodzaju jak i stacjach naziemnych kontroli ruchu lotniczego, w celu nie przekraczania prawdopodobiestwa utraty łcznoci 10-5 stosowana jest redundancja czyli rezerwowanie urzdze. Rys Układ redundancyjny W przypadku awarii, funkcj urzdzenia uszkodzonego automatycznie przejmuje urzdzenie rezerwowe. Matematycznie mona dowie, e stosujc rezerwacj radiostacji zwikszamy niezawodno łcznoci nawet 100 razy!

26 Podstawy radiotelefonii Klasyfikacja lotniczych zdarze losowych Tabela 3.8. Klasa Okrelenie polskie Okrelenie angielskie Okrelenie ilociowe Charakterystyka A Czste Frequent 10-3 Zdarzenia czsto zachodzce w czasie uytkowania kadego statku powietrznego danego typu B C D E Do prawdopodobne Mało Prawdopodobne Niezwykle mało Prawdopodobne Nieprawdopodobne Resonably Probable od 10-3 Remote Extremely Remote Extremely Improbable do 10-5 od 10-5 do 10-7 mniej ni 10-7 Zdarzenia rzadko zachodzce w czasie uytkowania kadego statku powietrznego danego typu, lecz mog kilkakrotnie zaj w cigu całego okresu uytkowania kadego statku powietrznego danego typu Zdarzenia te rzadko zachodz podczas całego okresu uytkowania kadego statku powietrznego danego typu, lecz mog kilkakrotnie zaj, gdy si rozpatruje cały okresu uytkowania zbioru statków powietrznych danego typu. Zdarzenia te rzadko zachodz podczas całego okresu uytkowania zbioru statków powietrznych danego typu, lecz zajcia takiego zdarzenia nie mona wykluczy. << 10-7 S to takie zdarzenia, które przy załoonym poziomie ufnoci naley rozpatrywa jako nieprawdopodobne. Jak wynika z tablicy 3.8 dla spełnienia midzynarodowych wymaga dotyczcych niezawodnoci łcznoci (P utraty 10-5 ), zdarzenie jest na pograniczu klasy B i C Okresy uytkowania urzdzenia (systemu) Rys ycie urzdzenia (systemu) ycie kadego urzdzenia (systemu) mona podzieli na 3 okresy (rys W pierwszym okresie (l) obserwujemy spadek intensywnoci usterkowania. Jest to okres tzw. chorób niemowlcych - docierania si wszystkich elementów w urzdzeniu i ujawniania si usterek powstałych w procesie produkcji (np. zimne połczenia lutownicze) Markowe urzdzenia wiksz cz tego okresu spdzaj jeszcze u producenta podczas kontroli i wygrzewania - starzenia urzdzenia.

27 Podstawy radiotelefonii 27 - W drugim okresie (II) funkcja ryzyka powstania usterki jest stała. Jest to czas właciwego uytkowania urzdzenia (systemu). Im czas ten jest dłuszy tym urzdzenie jest doskonalsze. - Trzeci okres (III) wystpuje wtedy gdy ronie, jest to okres starzenia si urzdzenia. Na tak przedstawionym modelu (rys.3.23) mona te okreli techniczn ywotno urzdzenia (okres uytkowania resurs). Wystpuje on wtedy gdy intensywno usterkowania zwiksza si do dwukrotnej wartoci constans. Pytania sprawdzajce : 1. Jakie jest dopuszczalne prawdopodobiestwo utraty lotniczej łcznoci radiowej? 2. Wymie najwaniejsze parametry radiostacji lotniczej. 3. Jak jest definiowana stabilno czstotliwoci? 4. Jak powinna by, stabilno czstotliwoci radiostacje z odstpem midzykanałowym 25 khz? 5. Jak powinna by, stabilno czstotliwoci radiostacje z odstpem midzykanałowym 8,33 khz? 6. Jaka maksymalna moc jest stosowana w radiostacjach uywanych w lotnictwie na pa- mie HF a jak na pamie VHF? 7. W jakich jednostkach moe by wyraana moc nadajnika? 8. Jakie rodzaje emisji s uywane w łcznoci lotniczej? 9. Jaki rodzaj emisji jest uywany w łcznoci lotniczej na pamie VHF? 10. Co to jest czuło odbiornika i jak jest definiowana? 11. Co ogranicza czuło odbiornika w radiostacjach instalowanych na samolotach? 12. W jakich jednostkach moe by wyraana czuło odbiornika? 13. Jaki wpływ ma stabilno czstotliwoci nadajnika na szeroko pasma przepuszczania odbiornika, który ma dobiera korespondencj wysyłan z tego nadajnika? 14. Jaki powinien by pasmo przepuszczania odbiornika na poziomie - 6dB przy odstpie midzykanałowym 8,33 khz? 15. Jaki powinien by pasmo przepuszczania odbiornika na poziomie - 6dB przy odstpie midzykanałowym 25 khz? 16. W jaki sposób osiga si wysok stabilno dostrojenia wzmacniacza poredniej czstotliwoci odbiornika i wymagane pasmo przepuszczania odbiornika? 17. Kiedy uwaa si łczno za niezawodn? 18. Jak mona poprawi niezawodno łcznoci? 19. Co to jest redundancja? 20. Kiedy urzdzenie (system) powinien by wycofany z eksploatacji?

28 Podstawy radiotelefonii Uproszczony schemat blokowy nadajnika radiotelefonicznego Zadaniem nadajnika jest wysyłanie w przestrze, za pomoc anteny, fal radiowych wielkiej czstotliwoci zawierajcych informacje jakie chcemy przesła do odbiornika korespondenta. Proces ten jest realizowany w nadajniku przez zastosowanie układów elektronicznych oraz przetwornika elektroakustycznego przetwarzajcego głos operatora w przebieg elektryczny małej czstotliwoci (mikrofon), przedstawionych na Rys na którym przy kadym z układów podane s przebiegi fizyczne omówione w opisie modulacji amplitudy. Rys Uproszczony schemat blokowy nadajnika Generator wielkiej czstotliwoci (1) Generator wielkiej czstotliwoci wytwarza fal non o czstotliwoci f n, któr emituje nadajnik. Jako generatora wielkiej czstotliwoci(pospolicie zwanego generatorem w.cz) jest bardzo istotna dla parametrów całego łcza radiowego. Stabilno czstotliwo generatora w czasie i granicach dopuszczalnych zmian, temperatury otoczenia, powinna mieci si w dopuszczalnej tolerancji f dla danej klasy radiostacji. Generatory w.cz współczesnych radiostacji lotniczych s stabilizowane rezonatorami kwarcowymi. Pojedynczy rezonator kwarcowy moe stabilizowa tylko jedn czstotliwo, dla której zostałwykonany. W nadajnikach przestrajanych s stosowane dwa rozwizania. Jeeli ilo kanałów łcznoci nie przekracza 12 stosuje si przełczania rezonatorów jeden rezonator na jeden kanałłcznoci np. popularna

29 Podstawy radiotelefonii 29 w lotnictwie sportowym radiostacja RS-6101 ma 9 kanałów w pamie VHF przełczanych przełcznikiem klawiszowym. W nadajnikach przestrajanych w całym pamie VHF obejmujcym wiele kanałów łcznoci stosuje si syntez czstotliwoci pozwalajc uzyska punktowo czstotliwoci w całym pamie w odstpach midzykanałowych co 25 lub 8,33 khz. Wybieranie potrzebnej, w danej chwili, czstotliwoci odbywa si, na pulpicie radiostacji, przy pomocy specjalnych przełczników lub klawiatur numeryczn. Synteza czstotliwoci jest złoonym procesem, który jest realizowany w układzie elektronicznym, w skład którego wchodz rezonatory kwarcowe o podwyszonej stabilnoci, obwody rezonansowe z diodami pojemnociowymi, powielacze, dzielniki, separatory i inne układy słuce do wytwarzania czstotliwoci nonej o wymaganych parametrach (stabilno czstotliwoci, drgania pasoytnicze itp.) Mikrofon (2) jest przetwornikiem elektroakustycznym przetwarzajcym drgania akustyczne na drgania elektryczne. Hałas, który w kabinach niektórych samolotów moe przekracza nawet 100 db, uniemoliwia stosowane mikrofonów powszechnego uytku. Pierwotnie stosowano w lotniczych radiostacjach pokładowych mikrofony wglowe o bardzo małej czułoci. Mikrofony te, popularnie zwane laryngofonami, były umieszczone w obroy na szyi pilota. Laryngofon przyjmuje drgania bezporednio z krtani operatora i nie jest wraliwy na zewntrzne hałasy. W miar postpu w rozwoju mikrofonów, w lotnictwie stosowane teraz s znacznie wygodniejsze mikrofony rónicowe. Zasada działania rónicowego mikrofonu elektromagnetycznego, w najprostszym rozwizaniu, polega na tym, e dwa mikrofony miniaturowe o takiej samej charakterystyce s sklejona plecami do siebie i tak elektrycznie połczone, e sygnały akustyczne zakłócajce (hałas w kabinie) dochodzce do obydwu mikrofonów o takim samym nateniu, znosz si. Poniewa mikrofon rónicowy znajduje si zaledwie kilka centymetrów od ust operatora (pilota) sygnałuyteczny od strony ust operatora jest wikszy ni ze strony odwrotnej. Poziom tej rónicy jest wystarczajcy, aby po odpowiednim wzmocnieniu wysterowa stopie modulujcy nadajnika Wzmacniacz małej czstotliwoci (3), zwany równie modulatorem, wzmacnia drgania elektryczne z mikrofonu do niezbdnego poziomu (napicia i mocy) w celu przeprowadzania modulacji fali nonej (czyli nałoenia informacji na fal non). Istotnymi parametrem wzmacniacza m.cz jest pasmo przenoszenia, które nie powinno by wiksze ni Hz oraz współczynnik zniekształce nieliniowych, który nie powinien przekracza 15 % Stopie modulujcy (4), którego istot opisuje równanie (5) słuy do nało- enia na fal non sygnału małej czstotliwoci odzwierciadlajcego informacje,