Најважније из лекције
Радио-таласи: Електромагнетни таласи фреквенције од неколико \(\text{kHz}\) до \(3\text{ GHz}\), емитовани осциловањем електрона у антени.
Модулација: Утискивање корисног сигнала у носећи високе фреквенције (АМ – промена амплитуде, FM – промена фреквенције, PM – промена фазе).
Демодулација: Одвајање корисног нискофреквентног сигнала од носећег у пријемнику.
Телевизија и савремене комуникације: Претварање слике и тона у ЕМ таласе путем скенирања призора; мобилна телефонија користи целуларну структуру мреже, UHF опсег и дигитални пренос.
GPS: Сателитски систем за одређивање локације (\(x, y, z\)) на бази времена путовања радио-сигнала, при чему је неопходан контакт са најмање 4 сателита.
Модулација: Утискивање корисног сигнала у носећи високе фреквенције (АМ – промена амплитуде, FM – промена фреквенције, PM – промена фазе).
Демодулација: Одвајање корисног нискофреквентног сигнала од носећег у пријемнику.
Телевизија и савремене комуникације: Претварање слике и тона у ЕМ таласе путем скенирања призора; мобилна телефонија користи целуларну структуру мреже, UHF опсег и дигитални пренос.
GPS: Сателитски систем за одређивање локације (\(x, y, z\)) на бази времена путовања радио-сигнала, при чему је неопходан контакт са најмање 4 сателита.
Радио-таласи су електромагнетни таласи чији фреквентни опсег обухвата вредности од неколико килохерца (\(\text{kHz}\)) до \(3\text{ GHz}\) (укључујући HF, VHF и UHF опсеге).
Настанак: Настају услед убрзаног кретања (осциловања) наелектрисаних честица (електрона) кроз проводник отвореног осцилаторног кола, односно емисионе антене под утицајем наизменичне струје високе фреквенције.
Простирање: Радио-таласи се кроз вакуум и ваздух простиру праволинијски у свим правцима. Домет преноса на Земљи омогућен је одбијањем (рефлексијом) од површине Земље и јоносфере, као и коришћењем телекомуникационих сателита као репетитора.
Радио-сигнал емитован са једног континента може стићи на други захваљујући вишеструком одбијању од слојева јоносфере и тла, или ретрансмисијом преко комуникационог сателита у орбити.
Модулација је поступак систематског мењања неког параметра високофреквентног (носећег) електромагнетног таласа под утицајем нискофреквентног електричног сигнала који садржи корисну информацију (говор, музику, податке).
| Врста модулације | Параметар који се мења | Ознака |
|---|---|---|
| Амплитудна модулација | Мења се амплитуда носећег таласа сразмерно корисном сигналу. | AM |
| Фреквентна модулација | Мења се фреквенција носећег таласа сразмерно корисном сигналу. | FM |
| Фазна модулација | Мења се фаза носећег таласа сразмерно корисном сигналу. | PM |
Демодулација је процес супротан од модулације, који се одвија у пријемнику, при чему се из примљеног високофреквентног модулисаног сигнала издваја првобитни нискофреквентни корисни сигнал.
1. Радио-предајник: Садржи осцилатор (генерише радну/носећу високу фреквенцију), модулатор (утискује корисни сигнал у носећи), појачавач снаге и емисиону антену која зрачи ЕМ таласе у простор.
2. Радио-пријемник: Пријемна антена (ЕМ поље индукује напон), тјунер (селектује жељену фреквенцију), демодулатор (издваја корисни сигнал), појачивач и излазни уређај (звучник/екран).
2. Радио-пријемник: Пријемна антена (ЕМ поље индукује напон), тјунер (селектује жељену фреквенцију), демодулатор (издваја корисни сигнал), појачивач и излазни уређај (звучник/екран).
Телевизија је систем који омогућава претварање оптичке слике и звука у електричне сигнале, њихов бежични пренос помоћу модулисаних електромагнетних таласа и поновну репродукцију у облик видљиве слике и чујног звука у пријемнику (телевизору).
Принцип рада: Сцена се оптички скенира и рашчлањује на тачке (пикселе), претвара у видео-сигнал, модулише заједно са звучним сигналом на носеће таласе и емитује. У савременим телевизијским пријемницима приказ се формира на дисплејима са течним кристалима (LCD) или плазма екранима (док су се раније користиле катодне цеви).
Мобилни телефон је преносиви радио-уређај за двосмерну комуникацију (пренос гласа, SMS, MMS, података и интернета) на великим удаљеностима.
Главни технички принципи мобилне телефоније обухватају:
- Целуларну (ћелијску) структуру: Територија је подељена на више мањих области (ћелија), од којих свака има своју базну станицу, чиме се омогућава истовремено вишеструко коришћење истих фреквенција на различитим локацијама.
- Фреквентни опсег и модулацију: Употреба ултрависоких фреквенција (UHF) са каналима ширине \(25\text{ MHz}\) уз фреквентну модулацију (FM).
- Дигитални пренос података: Омогућава висок квалитет и сигурност сигнала.
Зрачење којим раде мобилни телефони припада ЕМ спектру чија енергија није занемарљива, због чега претерану изложеност треба ограничити.
Бежично умрежавање (Wireless): Повезивање дигиталних уређаја и рачунара путем радио-таласа, што обезбеђује мобилност корисника, једноставно ширење мреже и брзо успостављање комуникације без кабловске инфраструктуре.
GPS (Global Positioning System) је сателитски навигациони систем који омогућава прецизно одређивање просторног положаја корисника на Земљи или у њеној близини.
Принцип функције: Мрежа сателита у Земљиној орбити непрекидно емитује временски синхронизоване радио-сигнале. GPS пријемник на Земљи мери време потребно сигналу да стигне од сателита и израчунава своју удаљеност до њих.
За тачно одређивање просторне позиције корисника (географска ширина, географска дужина и надморска висина) и временску корекцију потребан је неометан пријем радио-сигнала са најмање 4 сателита.
Задаци за вежбање
Задатак 1 (лак): Која је фундаментална разлика у начину утискивања информације између амплитудне модулације (АМ) и фреквентне модулације (FM)?
Код амплитудне модулације (АМ), корисни нискофреквентни сигнал мења амплитуду носећег високофреквентног таласа, док фреквенција остаје константна.
Код фреквентне модулације (FM), амплитуда носећег таласа остаје константна, а мења се његова фреквенција у складу са променама корисног сигнала.
Код фреквентне модулације (FM), амплитуда носећег таласа остаје константна, а мења се његова фреквенција у складу са променама корисног сигнала.
Задатак 2 (средњи): Који је основни разлог зашто се корисни звучни сигнал (ниске фреквенције) не емитује директно преко антене у простор, већ се претходно врши процес модулације на високофреквентни носећи талас?
Електромагнетни таласи ниских (звучних) фреквенција изузетно брзо слабе у простору и за њихово емитовање биле би потребне антене огромних димензија (дужине од више десетина или стотина километара).
Високофреквентни носећи таласи поседују већу енергију, лако се зраче помоћу антена практичних димензија и могу да се простиру на велике даљине без значајног губитка сигнала.
Задатак 3 (средњи): Зашто је за одређивање тродимензионалне позиције пријемника (ширина, дужина, надморска висина) у GPS систему неопходан сигнал са најмање 4 сателита, а не само са 3?
Сигнали са 3 сателита дају пресек три сфере у простору, што теоретски дефинише координате положаја (\(x, y, z\)). Међутим, пошто сатови у пријемницима нису прецизни као атомски сатови на сателитима, постоји грешка у мерењу времена.
Четврти сателит је неопходан за уклањање временског одступања (синхронизацију сата пријемника са сателитским временом), чиме се обезбеђује тачан прорачун све три просторне координате.
Задатак 4 (тежак): Наведите редослед трансформације звука од тренутка изговарања речи испред микрофона у радио-станици до тренутка репродукције на звучнику радио-пријемника.
1. Предајна страна:
- Микрофон претвара звучне таласе (механичке) у нискофреквентни електрични сигнал.
- Електронски осцилатор ствара високофреквентне носеће осцилације.
- У модулатору се врши спајање корисног и носећег сигнала (модулација).
- Појачани модулисани сигнал преноси се на емисиону антену, одакле се зрачи у простор као електромагнетни радио-талас.
- Радио-талас у пријемној антени индукује наизменичну струју мале снаге.
- Тјунер бира тачно одређену фреквенцију жељене станице.
- Демодулатор одваја корисни нискофреквентни сигнал од носећег таласа.
- Појачавач појачава корисни електрични сигнал и шаље га на звучник, који електричне осцилације поново претвара у механичке звучне таласе.
