שינויים

עקרונות תקשורת רדיו

נוספו 5,887 בתים, 14:52, 22 באוקטובר 2014
/* רקע תיאורטי */
איור 1-4 מציג דרך נוספת לאיפנון, על ידי שינוי בתדר הגל בהתאם לאות המועבר, שיטה זו נקראת איפנון תדר- FM Frequency modulation)).
[[קובץ:צורות אפנון.png|300px500px|מרכזשמאל|ממוזער|איור 1 - המחשת צורות אפנון]]
בשידור רדיו, בתחנה המשדרת מבוצע אפנון לתדר גבוה בהתאם למידע הקולי שרוצים לשדר. התחנה המשדרת מטמיעה את המידע בגלים אלקטרומגנטיים, המתפשטים במרחב. מקלט הרדיו קולט את הגלים המאופננים באמצעות אנטנה. המאזין מבצע דמודולוציה לגלים האלקטרומגנטיים, הוא יכול להאזין למידע הקולי שמאופנן בהם באמצעות המרה של הגלים לגלי קול.
[[קובץ:עקרונות תקשורת רדיו.png|300px500px|מרכז|ממוזער|איור 2 - עקרונות תקשורת רדיו]] 
מדוע צריך להמיר את גלי הקול לגלים אלקטרומגנטים ואי אפשר ישירות להעביר לאנטנה מתח חשמלי בתדר של קול נשמע לצורכי שידור? ראשית, תדרי הקול הנשמע מתאימים לגלים באורך גל ארוך מאוד. וכדי שהשידור יהיה אפקטיבי גודל האנטנה חייב להיות בסדר הגודל של אורך הגל אותו משדרים. לכן שידור ישיר של גלים אלקטרומגנטיים בתחום השמע (נמוכים מאד) פשוט בלתי אפשרי. הסיבה השנייה היא שאם כל התחנות היו משדרות גלים בתדרי השמע, לא היינו יכולים לבחור את תחנת השידור הרצויה. ע"י שימוש באפנון, לכל תחנה יש תדר נושא ייחודי וכך תחנות שונות לא מפריעות אחת לשניה. מכיוון שהתדרים גבוהים, הרי שניתן באותו אזור להקצות לתחנות רבות תדרי נושא.
 
==מערכת הניסוי==
 
מערכת הניסוי היא למעשה מקלט רדיו המכיל מעגל קליטה המתבסס על תופעת התהודה. מעגל תהודה מגיב בצורה חזקה לאות חשמלי הנמצא בתדירות העצמית של המעגל הנקראת תדירות התהודה. במעגל <math>RLC</math> תדר התהודה של המעגל, <math>\omega_0</math> , נקבע לפי נוסחת תומסון <math>\omega_0={1⁄sqrt(LC)}</math>, כאשר <math>L</math> הוא השראות המעגל ו-<math>C</math> הוא הקיבול. ברירה התחנה הרצויה נעשה כאשר תדר התחנה מתאים לתדר התהודה של מעגל הקליטה, כך שהאות המשודר מוגבר ביחס לשאר התחנות.
במעגל ישנו סליל עם ליבת ברזל המשמש כאנטנה, וורקטור (varactor) דיודה מוליכה-למחצה, שקיבולה תלוי במתח הנופל עליה, ראו איור 3. כוונון התדירות העצמית של מעגל האנטנה מבוצע באמצעות שינוי גודל המתח הישר הנופל על הוורקטור, ובכך שינוי בקיבול במעגל. את המתח על הוורקטור, לאחר הגברה דרך סקופ, מודדים באמצעות ממיר AC/DC וחיישן מתח (Voltage sensor).
 
[[קובץ:מערכת הניסוי רדיו.png|500px|מרכז|ממוזער|איור 3 - מערכת הניסוי]]
 
 
בעזרת מעגל הקליטה ניתן לצפות על מסך האוסצילוסקופ באותות של תחנות שונות המשדרות גלי רדיו. כניסת ה- Ch1 של הסקופ מחוברת במקביל למעגל הקליטה (איור 3). על המסך יראה מתח בתדר גבוה המאופנן בהתאם לאותות הקוליים המשודרים. על האות מבצעים דמודולציה והגברה, ומעבירים אותו לרמקול. תהליך הדמודולציה נעשה על ידי העברת האות המאופנן דרך דיודה כך שיעבור אות בכיוון אחד בלבד ולאחריו מעגל RC הממצע את האות, בצורה כזו ניתן לקבל את המעטפת שיצרה את האיפנון.
אחרי המתח בתדירות נמוכה שמתקבל לאחר דמודולציה ניתן לעקוב על מסך הסקופ (בכניסה Ch2 של הסקופ) בו זמנית עם האות בתדר גבוה (בכניסה Ch1 של הסקופ).
הגלים האלקטרומגנטיים הנקלטים באנטנה הינם גלים רוחביים כלומר וקטורי השדה המגנטי והחשמלי מאונכים לכיוון התפשטות הגל, לכן השטף הנכנס דרך האנטנה תלוי בכיוונה של האנטנה ביחס לכיוונה של התחנה המשדרת. האות באנטנת הקליטה מקסימלי כאשר צירה מאונך לכיוון לתחנה המשדרת, וניתן לבחון את השינויים בעצמת האות על ידי סיבובה סביב הציר האנכי.
 
==מהלך הניסוי==
 
=== כיול סקאלת הקיבול של הווארקטור===
 
כאמור ברירת תחנה לקליטה נעשה על ידי שינוי קיבול הווארקטור באמצעות מתח המופעל עליו. את המתח הישר המופעל על הוואקטור נוציא ממחולל האותות (Signal generator) שבממשק Data studio, ונכייל את סקאלת הקיבול על מנת למצוא את התדירות המתאימה לכל מתח. לשם כך נשתמש במחולל אותות חיצוני עם מד תדירות דיגיטלי מובנה בתוכו. הכא"מ בסליל של מעגל הקליטה גדל בצורה חדה, כאשר תדר המחולל משתווה לתדר התהודה של המקלט. את תדירות התהודה נמצא בקלות, כאשר נחבר את מעגל הקליטה לכניסת סקופ.
מצאו פולינום ממעלה שלישית המתאר את תלות התדירות במתח על הווארקטור.
 
===קבלת פנורמת תחנות הרדיו===
 
על מנת לקבל את תחנות הרדיו הניתנות לקליטה בתדרים בתחום הכיול, נפעיל על הווארקטור מתח ישר המשתנה בצורת positive ramp up, ונמדוד את המתח המעגל הקליטה באמצעות חיישן מתח המחובר לוולטמטר AC/DC (Hewlett-Packard 400Eׁׁׁ). הוולטמטר מקבל מתח AC ומוציא את ערך ה-RMS של האות. עליכם למצוא את תדירות שינוי המתח המתאימה למדידה זו וכן את רגישות המדידה המתאימה. שימו לב שסקאלת ההגברה בסקופ יכולה אף היא לשנות את ערכי המתח המתקבל.
בעזרת פולינום הכיול מצאו את פנורמת התחנות בה תראה עוצמת האות הנקלט כפונקציה של תדר התחנה.
כוונו את המקלט כך שתחנה כלשהי תיקלט באופן ברור. עתה, עקבו על-גבי מסך הסקופ אחר אותות לפני ואחרי תהליך הדמודולציה.
 
===מדידת עוצמת הקליטה כפונקציה של זווית האנטנה===
האנטנה קבועה על גבי צירו של חיישן תנועה סיבובית (Rotary motion sensor), כך שניתן למדוד את עצמת האות כפונקציה של זווית האנטנה. קבלו נתונים לסיבוב בודד על ידי הגבלת המדידות לזווית של עד <math>360^o</math> באמצעות Automatic stop.
העזרו ב Calculator להצגת הנתונים בקורדינאטות פולריות. שימו לב לכך שזווית הסיבוב צריכה להתקבל במעלות.
405
עריכות