3
Tartalom
ELÕSZÓ .................................................................................................................... 7 1. BEVEZETÉS ......................................................................................................... 9 1.1. A hírközlési rendszerek általános felépítése ........................................... 9 1.2. A hírközlés történetének áttekintése (olvasmány) ................................ 10 1.3. A hírközlés fõ szakterületei ..................................................................... 13 2. A VILLAMOS JEL .............................................................................................. 2.1. A villamos jel és a zavar fogalma ........................................................... 2.2. A jel idõfüggvénye ................................................................................... 2.3. A jel és az üzenet kapcsolata .................................................................. 2.3.1. Hasonlóságon alapuló kapcsolat: analóg jel .............................. 2.3.2. Megállapodáson alapuló kapcsolat: kódolt jel ........................... 2.3.3. Az analóg jel kódolásának elve ................................................... 2.3.4. Digitális kódolás, digitális jel ........................................................ 2.4. Nemszinuszos idõfüggvények jellemzése .............................................. 2.4.1. Jellemzés az idõtartományban ..................................................... 2.4.2. Jellemzés a frekvenciatartományban ........................................... 2.4.3. Periodikus jelek spektrumának jellegzetességei ........................ 2.4.4. A jel alakjának és sávszélességének kapcsolata ......................... 2.5. A valóságos jelek leírása.......................................................................... 2.5.1. Alapvetõ üzenetformák ................................................................. 2.5.2. A valóságos jelek spektruma ........................................................ 2.5.3. A dinamika fogalma ...................................................................... 2.5.4. A hang jellemzése .......................................................................... 2.6. A nemszinuszos jelek teljesítménye és középértékei ........................... 2.6.1. A középértékek meghatározása az idõfüggvény ismeretében .. 2.6.2. A középértékek meghatározása a spektrum ismeretében ......... 2.6.3. A középértékek mérése ................................................................
15 15 15 17 17 18 20 22 24 24 27 31 35 38 38 38 39 40 44 44 47 48
3. AZ ÁTVITELI ÚT ............................................................................................... 3.1. A logaritmikus mértékegységek használata ........................................... 3.1.1. Számolás decibelben ..................................................................... 3.1.2. Számolás néperben ....................................................................... 3.1.3. A szintek fogalma ..........................................................................
50 50 50 54 55
4
TARTALOM
3.2. A zavarófeszültség és a torzítás .............................................................. 3.2.1. Az ideális és a valóságos távközlés ............................................. 3.2.2. A zavarófeszültség és a torzítás fogalma ..................................... 3.3. A zavarófeszültségek és hatásaik ............................................................ 3.3.1. Az idegenfeszültség fajtái .............................................................. 3.3.2. A zajfeszültség mérése .................................................................. 3.3.3. A jel-zaj viszony fogalma .............................................................. 3.3.4. Az analóg csatorna zajának hatása az üzenetre ......................... 3.3.5. A digitális csatorna zajának hatása az üzenetre ......................... 3.3.6. A termikus zaj ................................................................................ 3.3.7. Az átviteli eszközök zajának megadása ...................................... 3.3.8. Sajátos zajmérési eljárások ............................................................ 3.4. Torzítások .................................................................................................. 3.4.1. A jelalak megváltozásának hatása az analóg és digitális jelre ..... 3.4.2. Lineáris torzítások .......................................................................... 3.4.3. Nemlineáris torzítások ................................................................... 3.4.4. A torzítások hatása a hangátvitelre .............................................. 3.4.5. A nemlineáris elemet is tartalmazó négypólusok alkalmazási lehetõségei .....................................................................................
57 57 57 58 58 58 59 60 62 64 65 66 68 68 68 71 75 77
4. AZ ÜZENET ÁTHELYEZÉSE MÁS FREKVENCIATARTOMÁNYBA ........... 80 4.1. Alapfogalmak és megnevezések ............................................................. 80 4.1.1. A transzponálás és a moduláció fogalma .................................... 80 4.1.2. A moduláció alapesetei ................................................................. 82 4.2. Szinuszos vivõ amplitúdómodulációja ................................................... 83 4.2.1. Az amplitúdómodulált jel idõfüggvénye ..................................... 83 4.2.2. Az amplitúdómodulált jel spektruma .......................................... 84 4.2.3. Az amplitúdómodulált jel vektoros ábrázolása .......................... 87 4.2.4. Különbözõ amplitúdómodulált jelek ........................................... 88 4.2.5. Az amplitúdómodulált jel teljesítménye ...................................... 90 4.3. Szinuszos vivõ szögmodulációja ............................................................ 92 4.3.1. A frekvenciamodulált jel idõfüggvénye ....................................... 92 4.3.2. A frekvenciamodulált jel spektruma ............................................ 93 4.3.3. A frekvenciamodulált jel átviteléhez szükséges sávszélesség ... 95 4.3.4. Szinuszos vivõ fázismodulációja .................................................. 96 4.4. Megvalósítási elvek .................................................................................. 98 4.5. A zajok és torzítások hatása .................................................................. 101 4.5.1. A zaj hatása a modulálatlan vivõjelre ........................................ 101 4.5.2. A zaj és a torzítás hatása az amplitúdómodulált átvitelre ....... 102 4.5.3. A zaj hatása a frekvenciamodulált átvitelre .............................. 103 4.5.4. A frekvenciamodulált jel és a torzítások ................................... 106 4.5.5. A zaj és torzítás hatása a fázismodulált átvitelre ...................... 106 4.6. Billentyûzések és összetett modulációk ............................................... 107
TARTALOM
5
4.6.1. Billentyûzések ...............................................................................107 4.6.2. A független oldalsávos moduláció ..............................................110 4.6.3. A négyzetes amplitúdómoduláció ..............................................110 4.6.4. A polármoduláció .........................................................................111 4.7. Impulzusvivõjû modulációk ...................................................................113 4.7.1. A mintavételi elv ...........................................................................113 4.7.2. Analóg impulzusmodulációk .......................................................116 4.7.3. Impulzuskód-moduláció ..............................................................118 4.8. A többcsatornás átvitel elve ...................................................................123 4.8.1. Értelmezés, lehetõségek ...............................................................123 4.8.2. A frekvenciosztásos többcsatornás átvitel ..................................123 4.8.3. Az idõosztásos többcsatornás átvitel ..........................................125 5. JEL ÉS INFORMÁCIÓ......................................................................................129 5.1. Az információmennyiség és mértékegysége ........................................129 5.2. Az információ eloszlása a jelsorozatban ...............................................131 5.3. Az információtovábbítás sebessége .......................................................133 5.3.1. Információtovábbítási sebesség és csatornakapacitás ..............133 5.3.2. A sávszélesség jobb kihasználása ...............................................135 5.3.3. Az analóg jelek információközlési sebessége ............................136 6. JELTOVÁBBÍTÁS VEZETÉK NÉLKÜL ..........................................................138 6.1. A vezeték nélküli jelátvitel vázlata ........................................................138 6.2. A szabadon terjedõ elektromágneses hullám .......................................139 6.2.1. Az elektromágneses hullám szerkezete ......................................139 6.2.2. Terjedési sebesség és hullámhossz .............................................142 6.2.3. A hullám teljesítménysûrûsége ....................................................143 6.2.4. A tér hullámellenállása .................................................................143 6.2.5. Az izotrop sugárzó fogalma .........................................................144 6.2.6. Teljesítménysûrûség és térerõsség ..............................................145 6.3. Tápvonalak ..............................................................................................148 6.3.1. Értelmezések, alaptípusok ...........................................................149 6.3.2. A villamos energia terjedése vezetéken .....................................150 6.3.3. Tápvonalak hullámellenállása. Az illesztés ................................153 6.3.4. Tápvonalak veszteségei és szigetelõanyagai .............................154 6.3.5. A tápvonalak mûszaki adatai ......................................................157 6.3.6. A különbözõ hullámtartományokban alkalmazott tápvonalak ....158 6.3.7. A tápvonal illesztetlenségének hatása. Állóhullámok ...............160 6.3.8. A tápvonalak különleges alkalmazásai .......................................162 6.4. Antennák ..................................................................................................165 6.4.1. Az antennák feladata ....................................................................165 6.4.2. A dipólus- és a monopólusantenna ............................................166 6.4.3. Az antennákat jellemzõ mennyiségek ........................................167
6
TARTALOM
6.4.4. Középhullámú antennák ............................................................. 6.4.5. Rövidhullámú antennák .............................................................. 6.4.6. A méteres és a deciméteres hullámtartomány antennái .......... 6.4.7. Mikrohullámú antennák .............................................................. 6.5. A hullámterjedés alapjai ........................................................................ 6.5.1. A vezeték nélküli átviteli út csillapítása. A fading ................... 6.5.2. Visszaverõdés, szóródás, elhajlás ............................................... 6.5.3. Kölcsönhatások a felszínnel és a légkörrel ............................... 6.5.4. Szándékolt terjedési formák ....................................................... 6.6. Adóberendezések ................................................................................... 6.6.1. Általános felépítés ........................................................................ 6.6.2. Amplitúdómodulált adóberendezések ....................................... 6.6.3. Frekvenciamodulált adóberendezések ...................................... 6.7. Vevõkészülékek ......................................................................................
171 172 175 178 185 185 186 187 190 192 192 193 196 198
7. A VEZETÉKES JELÁTVITEL ALAPJAI.......................................................... 7.1. A vezetékes jelátvitel általános tömbvázlata ........................................ 7.2. A négypólusokkal kapcsolatos alapfogalmak ..................................... 7.2.1. A két- és a négypólus fogalma ................................................... 7.2.2. Az aktív és passzív hálózat fogalma .......................................... 7.2.3. Két- és négypólusok összekapcsolása ....................................... 7.2.4. Lezárás. A be- és kimeneti ellenállás ......................................... 7.2.5. A csillapítás és az erõsítések fogalma ........................................ 7.2.6. A négypólusok osztályozása ...................................................... 7.3. Négypólusok jellemzése feszültségátvitellel ........................................ 7.3.1. A feszültségátviteli függvény fogalma ....................................... 7.3.2. A feszültségátviteli függvény megadásának módjai ................. 7.3.3. A lineáris négypólusok felépítése és átviteli függvénye közötti kapcsolat ......................................................................... 7.4. Négypólusok jellemzése a teljesítményátvitellel ................................. 7.4.1. Az átviteli mérték fogalma .......................................................... 7.4.2. A négypólusok hullámellenállása .............................................. 7.4.3. A hullámcsillapítás ....................................................................... 7.4.4. Csillapításfogalmak ...................................................................... 7.5. Átvivõközegek ........................................................................................ 7.5.1. A fémvezetõ és a dielektromos vezetõ ...................................... 7.5.2. Vezetékek a vezetékes jeltovábbításban ................................... 7.5.3. A vezeték mint négypólus. Elsõdleges jellemzõk .................... 7.5.4. Az átviteli jellemzõk és az elsõdleges jellemzõk kapcsolata .. 7.5.5. A távvezetékek viselkedése kis- és nagyfrekvencián .............. 7.5.6. Az optikai vezeték elve és szerkezete ....................................... 7.5.7. Az optikai vezeték alkalmazási módja ...................................... 7.5.8. Az optikai vezeték jellemzõi és fajtái ........................................
204 204 205 205 206 206 206 209 210 212 212 214 216 222 222 222 226 227 230 230 230 231 233 234 237 239 240
N E M S Z I N U S Z OI D S6 F U G G V E N Y JEEKT L E M Z E S E
,+
A szokasos abrazolas: csaka burkologorb6t rajzoljuk fel
3t
A 2.19b :ilrr-aaz atnplitti(.l6spektrltmol mlltlrtj:r:rz egyes szinuszosijsszeter'6kf'eszlilts€gdt.A 2.19c 7b|tt u .fiizisspekttttrt; xz egves szinuszos i)sszetevtjkViszon)'legos (kezcl6) f irzishelyzet€t irbritzoll:t. tid6spekr A toriibbiakbrttr csak .tz 6 t??plit nrnnl uizsgcilitrk. A 2.19. r'rbrhnxclott spektrr.llr cscrknrcgb.t|(i rozott.fi'ekuu'tcirikcrtta ttuI tnctz.Ilg,v ncvezziik: vonal:r^s (vagy diszkr€t) spektrum.,4 pcriotliktrsjalektrck diszkret spcktntltla D411.
Vrnnrk c>lvanicl6ftiggv6nvek, eurel1,ek 2.20.ebra.Folytonosspektrum nek e spektrunreez irlt:tleeifbglaltfl ckvencirrtartcrrnirnyba n tn i t rrlc t tf Ul c /i'a k uertc i a i ti asszatd'(itIortoltnuz.Ily,g'rli,rr.beszilrink folyonos spektrumt6l (2.20. irbre). l-olr-tonosspcktnrnr:r\-:rn:Lzclyszeri impr.rlzr.tsoknek. llyenneli tekintjrJka zriT is. spcktr-urr.rirt Kdrd€sek, feladatok jcllcnlza-qini' kcll clilrcz rncg1. trlit 6rt egY jel lrekvenciatrrtornrinrl>eli illllt'en urennr.is€gckct xdnil jel spcktltimlini' 2. \lit €ft cgy nernszinuszos r,un',trnulas,els ronulus, i\le1yicl6fiiggr,€nvcknck \lilven :r [s nillcn lt lirlltonos spektrr.rnr? 3. nrelyekneklirlytonos spektmnlr'/ 4. ,\1i.rz irorl)litir(k'rspektrLrIn/ NIi a frizisspekt|trur? xlk(niil( x 6 \Los, ll(XlI Iz es szinLr €s emplitirckijiraisszctc\'6k 5. lilj:r lrreg.nrilvcrrliekvedcir'rjfr szos jcl spcktrrrrrritt!
2.4.3. Periodikusielek spektrum6nokiellegzetess6gei \'':rienrelyjel spektrr.rnrirt isrnerni rzt jclenti, Itogv ismerjirk az i)sszeter.6kfrekj:'rt,fesziilts€gdt6s egymhsl]ozviszonyitottf izishelyzet6t.Ezeket x jcllcmvenci:-r z6ket k6tlEle rn6clon irllepithxtjulirreg. I. .ll(tcssal:pl. e 2.1t3.l'rbla6s a hozzir t:rrtoz6szdvegrCszszerint. 2. Szantittissnl.a Fourier-fdlernateu)atikart6tel segits€g€vel.(Ezz.elnem fbg iekozlrnk.) Nlinclenpcrioclikusjel spektrr.rmahhromf6le osszetev6b6lirll, L E,qyer(bsztiltsigii(-drarnt.i) dsszelcrd.Tekinthetjiikli = 0 fLekvencihj[r<)ssze( U0) akkora, r'nint az irnpulzussorozategyenletcr'6nek is. Fcszr-rltsdge sziilts€gfi k<)z6pdrt6ke.(Nevezik nulleclik herr.nonikusnakis.)
A zAJoKrs ronzirAsor HATASA
103
Az AM jelet 616 nentline/iris totzitd.soknem vagy csak csokkentett rn6rt6kben kelirlnek bele ez alaplelbe.A torzitls r6v6n keletkezettosszetev6kugyrnis rendszerintkivirl esnek az,iwiteli csatornas:ivsz6less€g€n A 4.8. :'rbrhrcilpeclig azt olvashatjuk ki, hogy l-raaz AM ielet linearis torzitds €ri, akkor az ahpjelcn is lineirristorzitls kovetkezikbe.
4.5.3. A zoi hotdso o frekvenciomoduldltdwitelre rt vev6oldalon egyszerfi Az FM jelnek L\ z,rl okoT.tr amplitfrcl6moclulhci6jirt6l cijr-rrirssal nregszebrclulhatunk.Az eljhr'.rsaz amplitrid6hat6r olAs, elv€t tr 4.23. :ibr':'rn vl'rzoltukfel. Az e c6lre elkalmazottnemlinel'tlisn6gypcilust hatdrolo (lirniter).A hatdrolci :iltel irtengeclettlegnagyobbjelszintl batdrolasi.szln/. NYilvinval6, hogy ha a A vev6be6rkez6zalosFM jel
A halarolesutenkapottFMiel
o---h hat6rolo aramkor EgYszero V 6 o--------J-=l--{ szeml6ltet6se 4.23.a*a. Az amplitrid6hat6rol6s megval6sitesa 6s egyszerfi
174
VEZETEK NELKUL JELTOVABBITAS
Talpszigetel6 a)
b)
6.36.6bra. Rdvidhuffamf dip6lkeret (a),,6svarsa-antenna(b) Iirthat6. Hosszr.itxrt6gerincen, egy sikban, egyr.n/rssal p:irhuzamosan8...20clb f6lhullhrnfrdip6lus helyezkelev5 t/rvolsig rn6rclik el. Hosszfisiguk6s :r kozdtti-'rk tani soroz.rtot alkot. -,1leghosszabbdipdlus a sttgcirozni kfuant legkLsebb.frekuenciar4 a legrduidebbdip6itts a strglirctzrti kiu(int legnagtobb fi'ekuenciart .felhul la,rri, A tl'rpvonala lcgrirviclebbclip6lusfeiSi csatlekozik. A f6 sr,rgirrziLsi irhny is az antennarenclszer keskenyebbik v6ge fel6 mutat. A f6ldsikelemei 6.37.ebra.Ground-plane Ita a logaritnikLrslniodikus rendszeft.fni,, is -fr,.,, anrenna kozott biir nlil.yenfrckrcn c iiitt geiesztj ti k, au tomatih rscn kiuiilasztdclik 3 1 cIb clipriltts, 't nely e ger'lcszt(:s lvlonopolus
flel<r'er.rcilrjirn kb. fdll-u-rll/rm hosszir,i.s ezek su,qaroznak.A n,veres6gkb. 8...12 clll, r'alenrivelkisebb, mint a clip6lfrigu6nvok6. Felriln6zet
Vizszintessikban
/= 51.eset6n
Fr.lgg6leges sikban Oldalnezet 6 . 3 8 . 6 b r a .Rombuszantenna
222
A VEZETEKES ALAPJAI JETATVITEL
7.4. NEGYPOTUSOK JETTEMZESE A TEtJESITMENYATVITETLET 7.4.1.Az 6tviteli m6rt6k fogolmo A passzir,,liner'rrisn6gyp6lusokeset€nc6lszerfi,ha az htvitelifiiggv€nnyelnern l l'esztlltsdghtvitelt, henem a teljesitmdnyirtvitelt adluk meg konkr6t lczlir'hsok kitz()tt. A t)ezetikcsiituiteltech ikd ezt d jellentzdsi nuiclotalkalmazza. Ezek szerint xz,rtviteli fiiggr'6nvk6t r6sze(7.19.fl;ra): P.
o 1 - 1
csillapitl'rst6nycz6,
P2
gr:z - etn fitz,istlnyezd(f/rziseltolhs,fhzisfbrgat:'rs).
12
pA= pU2-qJj
7.19.ebra.A teliesitm6nyatviteli fiiggv6ny6s r6szei t\ tcljesitnt0ttt1.lel.fclit't otuitelifiig4urirty logaritnlikusJonn(i.ia rcuczik itviteIi rn6rt6knek. -r\z:itviteli m€ft6k ker r6sze teh:it P, ( r = l 0 l-g ; rlB. 1') I = Quz-9r:, Az irtvrteli rrr6r't6ka lezirrhst6l is fr--rgg.Ez6r't az aituite!i nftfiik csctkokkor .iellemzi egyitlclntiTetta nigl:pdlust, ha a leziit'lisok is jeilentzdek a tuigypolttsra. ha a trc.q1'priltrst a hulllmellenSllis1val zirjuk le.
7.4.2.A n6gyp6lusok hulldmellen6ll6so .,\ hrLllir.r.rellenillis fbgehrirvel :r vezet6kekndltalirlkoztunkel6szr)r.Hlrllirnrcl' - m:is lenl'rlll'rsnak nevezttika r'6gtelenhossz( r'ezet6kpirrbemcnetiellen:'rll:'rs:'rt szrir.:rl:rz''ez cllcnirllirst.anrelll'clx vezctakp,rrtlezhn,:rr.rir.rcs reflektiLlthnlilnr: rL lezl'rr:is rnincleneneroi:'rtfoivesz.