Híradástechnika I. 5. Dr.Wührl Tibor

Távvezeték elmélet

Távvezeték elmélet A vezetéken elektromágneses hullám halad Az elektromos és mágneses energia egyenletesen oszlik el a vezető teljes hosszában, de az áram-erősség a vezeték hossza mentén is változik egy időpillanatban

Távvezeték elmélet A vezetők anyaga döntő többségében réz vagy alumínium vagy ezek ötvözetei. Használatosak még kisebb mennyiségben vas és bronz vezetők is. A távvezeték két egymással párhuzamos vezetőből áll: két azonos átmérőjű hengeres vezetőkből álló vezető pár vagy koaxiális kábel

Távvezeték elmélet Minden kettős vezetéknek két „bemenő” és két „kimenő” pontja van, tehát mint négypólusú fogható fel.

Távvezeték elmélet A távvezeték dx darabjának helyettesítő képe:

Fázistényező és hullámhossz kapcsolata Távvezeték elmélet Pozitív x irányban haladó hullám Fázistényező és hullámhossz kapcsolata

Elsődleges paraméterek Távvezeték elmélet Egy távvezeték jellemezhető az elsődleges és a másodlagos paramétereivel. Elsődleges paraméterek

Elsődleges paraméterek Hurokellenállás Ahol: L: az áramkör (vezeték) hossza(m) A: a vezető keresztmetszete (m2) ρ: fajlagos ellenállás, amelyet 20°C-ra adnak meg (Ωm) 𝑹= 𝝆𝑳 𝑨

A skin effektus A frekvencia növekedésével (pl. f > 10 kHz) a skin hatás (bőrhatás) egyre jobban érvényesül és egyre inkább csak a vezeték külső felülete vesz részt a vezetésben.

A skin effektus A szinuszos gerjesztés esetén bemutatható hogy a behatolási mélység (δ): ρ: az anyag fajlagos ellenállása, (réz esetén 17⋅10−9 Ωm) f: frekvencia(Hz) μr: az anyag relatív permeabilitása, réznek 1, μ: levegő mágneses permeabilitása ( 4π⋅10−7 H/m ).

Másodlagos paraméterek Karakterisztikus impedancia Ilyen esetekben a forráskészülék kimeneti és a vevőkészülék bemeneti impedanciája megegyezik ezzel a karakterisztikus impedanciával, ekkor az átvitel reflexiómentes. Terjedési tényező A terjedési tényező valós része a vezeték hosszegységre eső csillapítását, képzetes része pedig a fázistolását adja.

Távvezeték elmélet Ideális vezeték: Ideális esetben nemcsak a sebesség, de a hullámimpedancia is független a frekvenciától. Ha a sebesség függene a frekvenciától, nem lenne torzításmentes az átvitel, nem lenne szinuszos jelekre sem (pl. négyszögjel), mert a spektruma: 0, 30, 50, … stb. és más lenne a fázistolás a különböző frekvencián.

Antennák

Antennák kicsitől a nagyig WLAN antenna Arecibo Telescope

7/24/2018 Mi az antenna Az antenna elektromágneses hullámok egy tartományának, a rádióhullámoknak a sugárzására vagy vételére alkalmas elektrotechnikai eszköze. Elvileg bármelyik antenna lehet adó vagy vevő.

Adó és vevő Adó: adatot, hangot, képet átalakítja elektromos jellé és ezekkel változtatják az összeköttetést létesítő hullám jellemzőit, amplitúdóját, frekvenciáját, fázisát. Vevő: jeleket leválasztják a rádióhullámról felerősítik és visszaalakítják az eredeti jellé, adattá, hanggá, képpé.

Az elektromágneses hullámok terjedése 7/24/2018 Az elektromágneses hullámok terjedése Az elektromágneses hullámok terjedésében jelentős szerepe van a föld légkörének, az atmoszférának. Az atmoszféra mintegy 2.000-3.000 km magasságig terjed, nitrogénből, oxigénből, szén-dioxidból és vízgőzből áll. Három fő részére szokás osztani: troposzféra, sztratoszféra, ionoszféra.

Rádióhullám terjedés a mikrohullámú sugarak levegőben közel egyenesen haladnak a pontszerű sugárzó jele fokozatosan gyengül az adótól távolodva iránya megváltozik különböző tereptárgyak miatt visszaverődés (reflexió): λ-nál jóval nagyobb felület visszaverheti a hullámot elhajlás (diffrakció): λ-hoz hasonló nagyságú élek mögé „bekanyarodik” a hullám törés (refrakció): közeghatárokon a terjedés iránya megváltozik, ha a két közegben más a terjedési sebesség

Rádióhullám terjedés elnyelődés (abszorpció) néhány km adó-vevő távolság felett a Föld görbülete is jelentős (9,7 km felett) D0 – optikai látóhatár r0 – földsugár

Antenna jellemzők izotropikus antenna: hipotetikus ideális gömbsugárzó karakterisztika: sugárzás, érzékenység irányonként más – irányított vagy omni nyereség: adott irányba sugárzott teljesítmény (vagy vételi érzékenység) aránya az izotropikus antennához képest dBi: nyereség dB-ben az izotropikus antennához képest dBd: nyereség dB-ben a dipólus antennához képest (0 dBd = 2.14 dBi)

Antenna jellemzők polarizáció: az elektromos tér rezgésének módja lineáris függőleges vagy vízszintes síkban elliptikus, cirkuláris az adó és a vevő polarizációjának egyeznie kell

Antenna jellemzők polarizáció

A szabad tér és jellemzői Szabad téri csillapítás számítása PA A V PV d izotrop antenna által előállított teljesítménysűrűség antenna nyereség S0 – G – A – hatásos felület Teljesítménysűrűség:

A szabad tér és jellemzői Szabad téri csillapítás számítása (folyt.) vagy Különösen fontos URH és mikrohullámú pont-pont összeköttetéseknél. Ha G=1 (izotrop ant.): szabad téri csillapítás Az antennanyereség által csökkentett csillapítást szakaszcsillapításnak nevezzük.

Pont-pont antennák

Elektromágneses hullámok 7/24/2018 Elektromágneses hullámok VLF- Very Low Frequency VHF – Very High Frequency LF – Low Frequency UHF – Ultra High Frequency MF- Medium Frequency SHF – Super High Frequency HF – High Frequency EHF – Extra High Frequency λ = c /f c = 3*108 m/s

Az elektromágneses spektrum felosztása Frekvenciasáv Alkalmazási terület 300…3000 kHz Navigáció, szonár, irányadók 3…30 MHz AM-műsorszórás, tengeri rádiózás, iránymérés 3…30 kHz Rövidhullámú műsorszórás, amatőr rádiózás 30…300 MHz Televíziós és FM-műsorszórás,   légiközlekedés-irányítás, mobil rádió 300…3000 MHz TV-műsorszórás, műholdas összeköttetések 3…30 GHz Légi radar, mikrohullámú összeköttetések, mobil rádió, műholdas összeköttetések 30…300 GHz Radar, kísérleti célok

Fresnel zóna ellipszoid, fókuszai az antennák Fresnel zóna rmax = 0.5 *√( λ * D) 0.6 * rmax maximális sugarú üres ellipszoid szükséges a jó mikrohullámú átvitelhez AC

Antenna típusok

Antenna karakterisztika a valós antennák sugárzása/érzékenysége irányonként változik, ezt írja le az antenna karakterisztika oldalnézet / függőleges minta felülnézet / vízszintes minta

Antenna típusok Omni Dipólus co-linear

Antenna típusok Irányított Panel, patch Helix Yagi Parabola

Antenna típusok Panel, patch Helix

Antenna típusok Yagi Parabola

WLAN hőtérkép

WLAN hőtérkép

DIY antennák

Reflektor

Cantenna

Rekordok 124 mile 201 km

Hazai WLAN mérések 21 kilométeres távot 54 Mbps

Mobil telefon antennák

A félév során lehetőség van megajánlott vizsgajegy megszerzésére is (jeles, jó), melynek alapfeltétele az, hogy a két normál időpontban megírt ZH átlaga legalább 4,0.

Forrás Lukács-Mágel-Wührl: Híradástechnika I. (prezentáció) Lukács-Wührl: Híradástechnika I. (könyv) Jóvér Balázs: Rádióhullámok és antennák