1.1            Stručný přehled dějin radiotechniky

1865 - James Clerk Maxwell sestavil své rovnice, popisující vlastnosti elektromagnetického pole. Z nich byla teoreticky odvozena možnost existence elektromagnetického vlnění.

1887 - Hertz pokusně prokázal existenci radiových vln a zkonstruoval první vysílací anténu - dipól s parabolickým reflektorem. Určil rychlost šíření radiových vln, objevil odraz elmg. vln. Prokázal, že světlo jsou také elektromagnetické vlny

1897 – Marconi vynalezl bezdrátový telegraf

1904 – Christian Hulsmeyer v Německu vynalezl princip radaru jako zařízení na zjišťování vodivých předmětů odrazem radiových vln

1904 – J. A. Fleming vynalezl vakuovou diodu

1907 – Lee de Forest vynalezl triodu. Trioda se začala používat nejdříve jako nf zesilovač za krystalkou. Přijímač s krystalovým detektorem a vícestupňovým triodovým nf zesilovačem se používal až do konce 1. sv. války

1912-1913 - Vynález kladné zpětné vazby, konstrukce audionu a přímosměšujícího přijímače na telegrafii

1913 - Vynález tetrody

1913-1914 - Gróf v. Arco objevil princip superhetu, ale praktického rozšíření došel superhet až ve 30. letech

1922 - První rozhlasový vysílač v Evropě, zřízený ve Velké Británii

29.březen 1923 - Začátek vysílání prvního čs. rozhlasového vysílače Radiožurnál

1927 - začala výroba výkonových koncových triod, které umožnily poslech na reproduktor

1928 - Vynález nepřímo žhavené elektronky, která umožňovala snadné napájení přístroje ze střídavé sítě, ne z baterií

1930 - Začala sériová výroba vysokofrekvenčních a výkonových pentod

1930 - Začaly se vyrábět elektronky se žhavicím vláknem na větší napětí a jednotný proud do univerzálních přijímačů bez síťového transformátoru

1931 - První praktické využití radaru v lodní dopravě

1933 - Začala výroba mnoho mřížkových elektronek hexod, heptod a oktod. Také se začaly vyrábět selektody - exponenciální pentody a indikátory vyladění - magická oka.V této době se začaly ve velkém vyrábět rozhlasové přijímače – superhety

1934 – je vyvíjen radar na sledování pohybu lodí, pracující v pásmu metrových vln

1935 - V Evropě zavedeno jednotné značení elektronek. Začínají lampy řady A, kryté "zlatým" lakem. Používá se lamelová patice

1939 - Kvůli nutnosti přechodu na vyšší kmitočty nastává miniaturizace lamp, hlavně zkrácení přívodů od systému k patici. Sloupková patka končí. V civilních zařízeních se používají v Němci ovládané oblasti lampy řady Ex11, v německých vojenských přístrojích kompaktní vojenské typy řady RV..., LD... aj

1940–1945 - Během 2. světové války nastává bouřlivý rozvoj elektroniky. Vývoj a nasazení celoskleněných lamp. V Anglii za války vzniká řada Rimlock Ex40, v dalších Evropských zemích oktalové lampy Ex21, v USA miniaturní lampy heptalové.6AK5 ( = 6F32) je elektronka, která vyhrála válku

1940 - vznik lamp řady D pro bateriové žhavení napětím 1,4 V

1940 - Vynález magnetronu v Anglii na Birminghamské universitě. Výroba radaru, pracujícího na cm vlnách délky 9,7 cm. Přístroj, který Angličanům pomohl vyhrát bitvu o Anglii

1947 - Vynalezen tranzistor

 

1.2  Vznik elektromagnetického vlnění

Pohybem elektrického náboje se vytváří kolem každého vodiče elektromagnetické pole. Vedením ze dvou paralelních vodičů, jejichž vzájemná vzdálenost je velmi malá v porovnání s vlnovou délkou protékajícího proudu, vzniká  mezi vodiči elektromagnetické pole, které umožňuje přenos vysokofrekvenční (dále jen vf) energie.

Pro bezdrátový přenos je nutné aby rozměr antény byl srovnatelný s vlnovou délkou přenášeného vlnění. Příkladem může být jednoduchá smyčka vodiče (tzv. magnetický dipól) s průřezem a materiálem voleným tak, aby stejnosměrný odpor byl zanedbatelný a indukčnost smyčky byla nenulová. Smyčku rozřízneme a připojíme ke zdroji střídavého proudu (50 Hz). Při tomto nízkém kmitočtu bude vlnová délka mnohem větší než rozměry smyčky. Napětí předbíhá proud o p/2 a ztracený výkon na smyčce bude nulový. Bude-li kmitočet proudu, kterým smyčku budíme tak vysoký, že vlnová délka bude kratší než smyčka, bude proud podél smyčky měnit svoji fázi.  Poté bude v určitém místě smyčky proud s napětím ve fázi a zdroj bude muset dodávat do  smyčky reálný výkon – původně nulový odpor smyčky se znění na nenulový. Tomuto odporu se říká radiační odpor a reálný elektrický výkon na něm ztracený vyzařuje smyčka do prostoru okolo sebe. Smyčce nebo vodiči, který vyzařuje elektromagnetickou energii říkáme anténa. Její obvyklý rozměr je ½ nebo ¼ vlnové délky – těm se říká rezonanční antény.

Anténou prochází vysokofrekvenční proud, který ji napájí. Ten je nejvyšší v místě připojení antény k napáječi a nulový na konci antény. Průchodem vf proudu anténou se vytváří v jejím okolí střídavé magnetické a elektrické pole.  Vyzařování je buď rovnoměrně do všech směrů (prutová anténa kolmá k zemi) a pak intenzita elektrického a magnetického pole ubývá se čtvercem vzdálenosti nebo upřednostňuje určitý směr (směrové, parabolické antény) a intenzita ubývá mnohem pomaleji.

Pro nízké frekvence dlouhých vln (vlnová délka asi 3 km) se délka antény nemůže rovnat ani ¼ l tudíž je radiace neefektivní.

1.2.1    Elektromagnetický oscilátor

Jedná se o nejdůležitější obvod v radiotechnice. Využívají se ke generování střídavých proudů a napětí, které nazýváme elektromagnetické kmitání. Modelem oscilátoru může být mechanický oscilátor, což je například závaží zavěšené na pružině. Kmitání tohoto oscilátoru charakterizují periodické přeměny energie: potenciální energie natažené nebo stlačené pružiny se mění na kinetickou energii závaží a naopak. Tento děj probíhá pravidelně s určitou periodou, která závisí na parametrech oscilátoru: hmotnost m závaží a tuhost k pružiny. Pro periodu T kmitání harmonického oscilátoru potom platí vztah: T = 2pÖ(m/k) . 

K periodickým změnám energie elektrického pole v energii magnetického pole a naopak, probíhá v elektromagnetickém oscilátoru. K nejjednodušším elektromagnetickým oscilátorům patří obvod LC tvořený cívkou a kondenzátorem. Parametry oscilačního obvodu jsou určeny indukčností L a kapacitou C.

Průběh dějů na oscilačním obvodu:

Při nabití kondenzátoru se mezi jeho deskami vytvoří elektrické pole a jeho energie představuje enrgii oscilátoru v počátečním okamžiku. Když kondenzátor připojíme k cívce, začíná oscilačním obvodem procházet proud, kondenzátor se vybíjí a energie elektrického pole se zmenšuje. Současně se zvětšuje proud procházející cívkou a kolem ní se vytváří magnetické pole.Energie magnetického pole kondenzátoru se mění na energii magnetického pole cívky.

Kondenzátor se vybije za jednu čtvrtinu kmitání obvodu LC . V tomto okamžiku dosahuje proud (i) největší hodnoty a veškerá energie je proměněna na energii magnetického pole cívky. V další čtvrtině periody prochází obvodem indukovaný proud v důsledku zmenšování proudu při vybití kondenzátoru (obr.b). Indukovaný proud opět nabije kondenzátor, ovšem s opačnou polaritou (obr.c). Celý děj se opakuje ještě jednou v druhé polovině periody s obráceným směrem toku proudu (obr.d,e).

V praxi však výše popsaný případ nenastává. Zejména v důsledku odporu vinutí cívky se část energie oscilačního obvodu přeměňuje ve vnitřní energii vodiče obvodu (vodič se zahřívá) a po určité době oscilace ustává. Elektromagnetické kmitání oscilačního obvodu je tlumené.

obr: a)oscilogram napětí	b)oscilogram proudu	c) fázový rozdíl napětí a proudu

To se řeší připojením tranzistoru, který tvoří oscilátor a v obvodu vzniká nucené kmitání. Vlastnosti oscilačního obvodu pak ovlivňují amplitudu nuceného kmitání. Na LC obvod je přiveden modulační signál, kterým je oscilátor mírně rozlaďován a tím vzniká modulace (viz 1.6.3, 1.6.4).

         Význam oscilátoru spočívá v tvorbě nosného kmitočtu, který slouží pro přenos informací. Do něho se modulují přenášené informace. Příklad jednoduchého vysílače s oscilačním obvodem je v kapitole 4.2.

1.3     Základní poznatky o šíření elektromagnetického vlnění prostředím

Elektromagnetické vlnění se šíří od vysílače přímočaře a ve formě kulových vln. To znamená, že energie vyzářená zdrojem v jednom okamžiku je po určité době rozprostřena na kulové ploše s poloměrem vzdálenosti, kterou urazí světlo za tuto dobu. Plocha koule je úměrná druhé mocnině poloměru, takže plošná hustota energie ubývá s druhou mocninou vzdálenosti. Televizní a radiový signál v něm obsažený je přenášený pomocí elektromagnetického pole, které je charakterizováno dvěma veličinami: intenzitou elektrického pole a intenzitou magnetického pole, které jsou na sebe navzájem kolmé a šíří se všemi směry rychlostí světla.

 Šíření tohoto vlnění prostorem není ideální jako ve vakuu, ale je ovlivňováno řadou okolností. Nejvýznamnější vliv na toto šíření má atmosféra, která se skládá z vrstev: D, E, F₁ a F₂, které ovlivňují šíření zejména dlouhých, středních a krátkých vln ve výjimečných případech i TV signálů. Ionosféra tvoří nejvyšší část atmosféry, kde se kvůli nízkému tlaku a ozáření slunečními paprsky uvolňují elektrony, které způsobují vodivost vrstvy a odrazy elektromagnetického vlnění zpět. Stupeň ionizace závisí nejvíce na sluneční aktivitě a roste s výškou vrstvy. Odrazivost od jednotlivých vrstev záleží  na délce vlny – dlouhé vlnění se odráží od nižších vrstev a se zkracující se délkou od vyšších. Velmi vysoké kmitočty se neodráží a pronikají do volného prostoru. Odražené elektromagnetické vlnění dopadá na zem s velkou intenzitou, že často přehluší i silné místní vysílače. Intenzita ionizace má podle sluneční aktivity pravidelné jedenáctileté a stodesetileté období, které trvají delší dobu a je při nich možno dosahovat příjmu velmi vzdálených stanic.

Vlnění se šíří z vysílací antény do prostoru dvěma cestami.

• Přízemní cestou (kolem zemského povrchu). Šíří se v blízkosti zemského povrchu, který svým tvarem a vodivostí ovlivňuje šíření. Vlnění je tlumeno tím více, čím je vyšší jeho kmitočet. Dlouhé a střední vlny se ohýbají podél zemského povrchu. Krátké vlny se ohýbají hůře a VKV se šíří přímočaře jako světlo – pro kvalitní příjem je nutná přímá viditelnost. Vlna se skládá z vlny přímé a odražené. Odrazy jsou způsobeny vyvýšenými překážkami a ohybem kolem horských hřebenů.
• Prostorovou cestou se vlny šíří šikmo vzhůru do prostoru. Ve výšce 100-400 km narazí na vrstvy ionosféry, kde se odráží (záleží na stupni ionizace) zpět k zemi.

- Ionosférický vlnovod je v podstatě jakýsi kanál, v němž se radiová vlna opakovaně odráží od vnitřních vrstev ionosféry. Může nastat i jev, kdy vlna přejde do jiného tunelu. Tyto vlnovody se uplatňují nejvíce při spojeních na krátkých vlnách. Největší význam mají vlnovody mezi vrstvami E a F.

- Troposférická vlna – při tomto způsobu je příjem v 1.TV pásmu (49-65MHz) možný i bez přímé viditelnosti vysílače a s vyloučením možného odrazu vlnění. To je způsobeno tím, že v troposféře (do 10 km) je nižší tlak a při průchodu vlnění z opticky hustšího prostředí do řidšího (nižší tlak) se vlnění lomí směrem od kolmice, takže elektromagnetická vlna vyzařovaná šikmo od zemského povrchu se ohýbá a vzdaluje se od povrchu pomaleji. K tomuto jevu dochází především při náhlých změnách teploty a vlhkosti. Tyto podmínky, které nastávají v jarních a letních měsících, umožňují příjem evropských stanic, které přebijí i místní stanice. Nejvhodnější podmínky nastávají od 11 do 14 hod a od 19 do 20 hod. Plocha na kterou odraz dopadá má kruhový průměr asi 250 km a po zemském povrchu se pohybuje okolo 300km/h. Při výpočtu s VKV se zavádí ekvivalentní poloměr Země (poloměr jaký by musela Země mít, aby paprsek šířící se po přímce měl stejný dosah jako nad skutečnou Zemí). R_e = 4/3 R_z (obr a).

Vlivem mimořádných podmínek – při teplotní inverzi a rychlém ubývání vlhkosti vzduchu s výškou – může nastat:

kritický lom	superrefrakce – paprsek se od povrchu nevzdálí a vznikají mimořádné příjmové podmínky

Šíření vln v jednotlivých R a TV pásmech

Pro šíření LW,AM,SW a zvuku u televizního signálu se používá amplitudová modulace (viz 1.5.1)

Pro šíření FM a obrazu se používá kmitočtová modulace (viz1.5.2)

1.3.1    Příjem v rozhlasovém pásmu dlouhých vln (DV, LW)– 0,1 – 0,3 MHz

Dlouhé vlny se šíří převážně povrchovou cestou na velké vzdálenosti,  protože jsou málo tlumeny a ohýbají se podle povrchu země. Dosah je závislý hlavně na výkonu vysílače a může být několik tisíc km.

Přenos v tomto pásmu je rovnoměrný s dalekým dosahem a bez větších výkyvů, ale je značně rušen atmosférickou elektřinou a průmyslovými poruchami. Z těchto důvodů se od vysílání v tomto pásmu upouští a je využíváno pro komunikaci v dopravě (lodě, letadla)

1.3.2    Příjem v rozhlasovém pásmu středních vln (SV, AM) 500 kHz - 1,6 MHz

Střední vlny se šíří přes den převážně povrchovou cestou a jejich dosah je asi 450 km. Nižší dosah oproti dlouhým vlnám je způsoben vyšším kmitočtem. Při šíření prostorovou cestou přes den musí dvakrát projít nejnižší vrstvou ionosféry (vrstva D) a jsou tedy značně tlumeny. Vrstva D však během večera až do rána zaniká a vlnění se může odrážet od vrstvy E. Při soumraku a svítání se tvoří vrstva E, která je velmi rovnoměrná a k odrazům dochází v různých výškách, což mění délku dráhy odražené vlny. V místě příjmu  se povrchová a prostorová složka sečte a podle toho jestli jsou obě složky ve stejné nebo opačné fázi se jejich výkon sčítá nebo ruší. Poté dochází ke střídavému zesilování (zvýší se hlasitost přijímače) a zanikání příjmu – nastává tzv. únik (fading). Tento jev může mít interval od 1s do 20min. Toto se odstraňuje pomocí AVC (automatické vyrovnávání citlivosti), které řídí zesílení vstupního a mezifrekvenčního zesilovače.

Nevýhody:

• Vzájemným působením povrchové a odražené složky dochází ke zkreslení přenášeného zvuku.
• Zdrojem rušení jsou: poruchy v atmosféře, počítače, špatně odrušené elektrické přístroje, špatně instalované vypínače, žárovky

Z těchto důvodů se od vysílání v tomto pásmu v poslední době upouští

1.3.3    Příjem v rozhlasovém pásmu krátkých vln (KV, SV) 1,6 MHz - 30 MHz

Přízemní vlna dosahuje pouze okolo 30 km, ale zato je velmi intenzívní vícekrát odražená prostorová vlna. Podmínky šíření v tomto pásmu jsou velmi závislé na stavu ionosféry – která mění svoji vodivost poměrně často a záleží na počasí. Navíc v tomto pásmu je nutné přivést na vstup přijímače dostatečně silný signál a proto se toto pásmo pro vysílání příliš nepoužívá a je využíváno hlavně radioamatéry.

1.3.4    Příjem v rozhlasovém pásmu velmi krátkých vln (VKV, FM) 68 – 108 MHz a TV pásmu I a II

Dosah vysílače je závislí na jeho výkonu a výšce nad terénem a je maximálně 200 km. Ve velkých vzdálenostech ovlivňuje počasí – příjem se zlepšuje je-li mlhavo a vlhko. Intenzita signálu od vzdáleného vysílače ovlivňuje i roční doba – špatné podmínky nastávají v únoru, březnu a hlavně ke konci roku.

1.3.5    Příjem v televizním pásmu III

V blízkosti vysílače dochází k intenzivním odrazům i mnohacestnému šíření. Ve větších vzdálenostech závisí kvalita příjmu na počasí, na roční a denní době a na výkonu vysílače. Tyto vlivy rostou se vzdáleností a frekvencí. Ve velkých vzdálenostech dochází ke krátkým únikům od 1s do několika minut, které jsou způsobeny skládáním vlny přímé a šířící se odrazem při tom vzniká stojaté vlnění.     

1.3.6    Příjem v televizním pásmu IV a V

V těchto pásmech převládá přímočaré šíření. Ohyb na překážkách a odrazy od ionosféry jsou zanedbatelné. To způsobuje podstatně nižší dosah vysílače a nutnost přímé viditelnosti pro kvalitní příjem neb odražené signály jsou značně tlumeny. Velice komplikovaný je i příjem v blízkosti vysílače, kde kvůli skládání přímého šíření a odrazům od země vzniká výrazné stojaté vlnění, nazývané oscilační pole. V oscilačním poli se intenzita pole sčítá nebo odečítá – vznikají maxima a minima, které můžou být od sebe vzdáleny pouze několik metrů. Pro kvalitní příjem je nutno nejprve zjistit místo s maximálním signálem. Toto pole není v TV pásmu 1 – 3 tak výrazné a projevuje se do vzdálenosti nejvýše 5 km, zato ve 4. a 5. pásmu má vliv asi 12 km.

Vzdálenost do které se oscilační pole vyskytuje lze spočítat ze vztahu: d = 4h₁*h₂ / l.

Při umístění vysílače poblíž města je vliv oscilačního pole zvýrazněn ostrými stíny budov a výsledný signál je často nedostačující.

1.4     Vlastnosti vlnění

Elektromagnetické vlnění je ve své podstatě velmi podobné mechanickému vlnění. Jeho

průběh lze demonstrovat na kyvadle, vodní hladině nebo přenosem zvukových vln.

 

Základní pojmy:

Amplituda (rozkmit) – vzdálenost krajní polohy od polohy klidové. Pokud není rozkmit na obě strany stejný jedná se o nesouměrné kmity

Kmit – průběh, který se pravidelně a periodicky opakuje. Jedná se o pohyb z jedné krajní polohy do druhé a zpět do prvé nebo pohyb z klidové polohy do obou krajních a zpět do klidové.

Doba kmitu – doba, která je zapotřebí na jeden kmit.

Frekvence (kmitočet) – počet kmitů vykonaných za 1 vteřinu. Jednotkou je 1 kmit za vteřinu (1 Hz).

Vztah mezi dobou kmitu a frekvencí je dán převrácenou hodnotou:

f = 1 / T ;  T = 1 / f

Fáze – je jí udáván rozdíl dvou kmitů. Nejčastěji jde o rozdíl  napětí a proudu. Vyjadřuje se buď ve zlomcích periody (doby kmitu) nebo úhlem, kdy jedna perioda je 360° (2p)

Pro jednoznačné určené kmitu je nutné znát ještě hodnotu okamžité výchylky y₁ v libovolném čase t₁ na sinusovce, kterou vlnění vytváří.

Určí se ze vztahu:    

v = V * sin (2p f t + j)

v = V * sin (w t + j)

 

v – okamžitá hodnota

V – amplituda

f – kmitočet

t – čas

j - fáze

 

1.4.1    Polarizace vlnění

Elektromagnetické vlnění je složeno ze složek intenzity elektrického pole- E a intenzity magnetického pole – H. Magnetické silové čáry leží v rovině kolmé k ose vysílacího dipólu a elektrické silové čáry leží ve směru vysílacího dipólu. 

Pro šíření signálu je používáno tří polarizací podle umístění vysílacího dipólu:

• vodorovná (horizontální)
• svislá (vertikální)
• kruhová (cirkulární)

Podle typu polarizace na vysílacím dipólu musí být natočena i přijímací anténa. Ve většině případů se volí polarizace horizontální, protože na rozdíl od vertikální, je méně rušena sloupy, stožáry a stromy (svislými objekty).

V poslední době se prosazuje kruhová polarizace u které je elektrická složka šířena v kuželových plochách. Výhradně jí je používáno při šíření družicového signálu i několika rozhlasových stanic z pozemních vysílačů. Její výhodou je, že přijímací anténa nemusí být natáčena kolem své osy, pro dosažení maximálního příjmu.

Význam těchto polarizací spočívá v tom, že umožňuje omezit rušení dvou signálů na blízkých  si kmitočtech, což umožnilo vybudovat více vysílačů aniž by se vzájemně rušily. Ve větší vzdálenosti se signál vlivem odrazů depolarizuje a účinek není již tak výrazný, ale i tak lze potlačit vzájemné rušení dvou vysílačů o 8-12 dB.

 

 

1.4.2     Intenzita elektromagnetického pole na svorkách antény

Intenzita elektromagnetického pole je dána maximálním spádem (rozdílem) napětí v prostoru. Směr maximálního spádu určují elektrické silokřivky a lze vyjádřit ve voltech (mili,mikro) na metr [mV/m]. Je-li mezi dvěma místy stejnorodého pole vzdálených od sebe 1 m napěťový rozdíl 10mV je zde intenzita 10mV/m. S rostoucí vzdáleností od vysílače tato je vzdálenost se stejným rozdílem větší a intenzita klesá. Umístíme-li v polarizační rovině elektromagnetického vlnění jednoduchý dipól (vodič o délce l/2), vznikne na něm stojatá vlna napětí. Na středu dipólu se objeví střídavé napětí dané součinem intenzity a efektivní délky antény. U = E.l_ef = E * (l/p)

Napětí dodávané anténou úměrně závisí na délce vlny. Proto je ve IV. a V. TV pásmu nutná mnohem větší intenzita než v I. a III. TV pásmu.

 Intenzitu (velikost signálu) lze měřit a vypočítat takže můžeme navrhnout potřebnou anténní soustavu podle požadavků a citlivosti tuneru. U přijímačů je většinou udávána intenzita v mV/m nebo dBmV/m, potřebná k dosažení ideálního obrazu (zvuku).

1.5     Počítání s decibely

Výpočty zisku nebo útlumu v anténní technice je výhodné vyjadřovat v decibelech. Jednotka Bell vyznačuje desetinásobný nebo dvacetinásobný logaritmus poměru dvou výkonů nebo napětí.

A_p = 10 log P₁/P₂      ;        A_u = 20 log U₁/U₂

Jak je vidět decibely vyjadřující poměr napětí nejsou shodné s poměry výkonů. Z Ohmova zákona plyne, že poměr výkonů odpovídá čtverci poměru napětí ® P₁/P₂ = (U₁/U₂)² ® A = 10 log (U₁/U₂)² = 20 log U₁/U₂

Je tedy nutné uvádět o jaký poměr jde, protože například hodnota 6 dB značí poměr výkonů P₁/P₂=4, ale poměr napětí U₁/U₂=2.

Při vyjadřování vstupních a výstupních napětí musí být oba údaje vztaženy ke stejným odporům (impedancím). Například při vyjádření zisku zesilovače se vstupní impedance musí rovnat výstupní. Pokud tomu tak není, musí se zisk vyjadřovat poměrem výkonů.

Pokud se jedná o zisk (viz 2.3.1) je poměr výstupního k vstupnímu napětí (proudu) >1. O útlum se jedná je li tato hodnota <1.

Výhodou tohoto způsobu je, že při malém rozdílu porovnávaných hodnot je dosaženo velké přesnosti a míso násobení a dělení postačí sčítaní a odčítání.

 

 

Příklad: Anténa dodává na svorkách napětí 20 mV. Symetrizace k napáječi způsobí útlum 1 dB a 50m napáječe (souosý kabel) další 4 dB. Symetrizace k příjmači opět vezme 1 dB.

         Řešení:

a)              20 mV : 0,89 * 0,628 *0,89 = 9,95 mV

b)              s použitím decibelů: 1+4+1 = 6 dB

6 dB odpovídá poměru 0,5 ® 20 * 0,5 = 10 mV

1.6    Rozmístění hlavních vysílačů v ČR

Výkony a kmitočty hlavních vysílačů byly rozděleny podle Stockholmské  dohody v roce 1961 a to tak, aby vzájemné rušení našich i vysílačů v sousedních zemích bylo pokud možno minimální. Pro Evropu bylo naplánováno 2100 vysílačů s kmitočtovou modulací pro VKV a 360 hlavních televizních vysílačů. Aby nedocházelo k vzájemnému rušení jsou kmitočtová pásma rozdělena na jednotlivé kanály. Při velkém počtu vysílačů je patrné, že některé musí pracovat na stejném kanálu. Proto byly doporučeny tyty vzdálenosti jednotlivých vysílačů: 

 Díky poměrně malému dosahu vysílačů v pásmech IV a V se mohou kanály opakovat s malým posunem nosného kmitočtu obrazu – offset. U nás jsou to například vysílače Praha – Domažlice – Svitavy na 24 kanálu.

         V posledních deseti letech vznikly dvě nové TV stanice a zvláště pak velké množství malých soukromých rádií, což přineslo problémy s nedostatkem volných kmitočtů a s rušením příjmu. U rozhlasových stanic se na počátku devadesátých let přešlo z normy OIRT (57-65 MHz) na CCIR (87,5 – 108 Mhz), která se používá ve státech západní Evropy. Díky tomu se značně rozšířila šířka pásma pro FM rozhlas a také odpadl problém s překrýváním II. TV pásma. I širší pásmo pro FM (20 MHz) je v dnešní době naprosto přeplněné (viz příloha – přehled FM vysílačů) a nové kmitočty se přidělují velmi obtížně, často se směrovým omezením. Kvůli této skutečnosti je téměř znemožněn dálkový příjem zahraničních stanic za běžných podmínek.

 V 1. polovině 90. let bylo potřeba vybudovat síť vysílačů pro ČT2 a také pro další soukromou stanici TV Premiéra (dnes TV Prima). I přes nutnost schválení každého vysílače Radou pro rozhlasové a televizní vysílání byly přiděleny kmitočty, které se na mnoha místech vzájemně ruší, takže není použitelný ani jeden. Tyto problémy jsou často způsobeny velkým počtem místních dokrývačů u kterých nebyl správně odhadnut vliv na okolní kanály.

Příklady vzájemného rušení v našem kraji:

1.6.1    Vlastnosti vysílacích antén a jejich vliv na vyzařovací diagram vysílače

Aby vysílač pokryl co největší území, jsou jeho stožáry umístěny na vyvýšeném místě. Síť vysílačů je zásobena  nízkofrekvenčním signálem ze studia, který je přenášen pomocí radioreléových spojů pracujících na frekvencích 4000 – 7000 MHz se zesilovacími stanicemi po 50 km. Ojediněle je přenos realizován pomocí kabelového spoje. Přijatý nf signál není možné vysílat jako elektromagnetické vlnění a je nutné ho namodulovat (zapsat) do vysokofrekvenčního signálu, který vzniká v oscilátoru vysílače. Výsledný signál projde koncovým stupněm vysílače, kde může být upraven a zesílen. Koncový stupeň má na vyzářený výkon vysílače velký vliv – ten je dán výkonem koncového stupně násobeného ziskem antény.          Základem vysílací antény je většinou čtveřice dipólů, která zajišťuje všesměrové šíření ve vodorovné rovině (mimo pohraničních vysílačů). Zvýšení zisku antény lze zajistit zvětšováním směrovosti ve svislém směru – soustřeďování vlnění do menšího vyzařovaného úhlu. Směrovost se ovlivní konstrukční úpravou prvků, která je založena na skládání skupin dipólových zářičů do pater. Například ve IV. a V. pásmu lze touto úpravou, díky menším dipólům, dosáhnout až padesáti násobného zesílení signálu jdoucího z koncového stupně vysílače. Toto řešení vhodné kvůli nižšímu dosahu vysílače především ve IV. a V. pásmu. Nevýhodou tohoto řešení je zúžení vyzařovacího diagramu ve svislém směru, což může způsobit problémy příjmu poblíž vysílače – je proto nutné aby měl vyzařovací diagram i vedlejší laloky a aby nebyla vytvořena rozlehlá místa, která spadají do oblasti nulového vyzařování.

	2xdipól-vert.polarizace (1kW, 103.6 Radio Profil)

1.6.2    Typy vysílačů a jejich vlastnosti

• dlouhovlné

Vzhledem ke kilometrovým vlnovým délkám vychází výška antény tak velká, že je obtížné ji realizovat. Zde je vhodné nahradit nejvyšší část antény kapacitou ® kapacitně zatížená anténa. Kapacita je provedena tak, že se anténní  vodič zakončí kovovou sítí (kruhového nebo mnohoúhelníkového tvaru) nebo vodorovnými tyči. Vzhledem ke kapacitní zátěži je nutné, aby země pod anténou byla dobře vodivá – to se zajistí soustavou vodičů či desek, položených pod zem.

středovlné Používá se podstatně kratších vlnových délek a tak je možné provést vodič v potřebné délce nebo použít malou kapacitní zátěž. Anténu lze realizovat jako: -          stožár, který má nastavitelnou délku antény -          jednoduchou anténu s kapacitní zátěží – anténa deštníková, T, L

• krátkovlné

Na rozdíl od předchozích, které vyzařovaly všemi směry, jsou konstruovány tak, aby vyzařovaly prostorovou vlnu – šikmo vzhůru. Toho lze dosáhnout vhodnou délkou dipólu: 4/3l nebo 1/2l  

pro velmi krátké vlny V pásmu metrových vln – dipól vysílače má nejčastěji rozměr ½ l. Typy antén: se čtvercovou smyčkou, čtyřlístková, s rozříznutým válcem. Vysílací antény vyrábí např. Tesla (www.tesla-as.cz), pro vyzářený výkon od 1 kW po 100 kW. Anténní soustava tvořená  třemi patry dipólů umístěných do čtyř stran (pro všesměrovou charakteristiku) je na vedlejším schématu.

1.6.3    Rozdělení rozhlasových a televizních pásem

1.7    Princip R a TV vysílání

1.7.1    Princip rádiového vysílání

Pro dobrou kvalitu rádiového vysílání je nutné vyrobit co nejlepší modulační signál. Ten vzniká  v rozhlasovém studiu a jeho zdrojem může být řeč nebo nf signál ze záznamového zařízení. Zvukové vlny o frekvenci 16Hz až 16 kHz jsou zachyceny mikrofonem a převedeny na nf (tónový) signál o stejné frekvenci. Mikrofony můžou být elektrodynamické, piezoelektrické (krystalové) a kondenzátorové. Čím menší výkon dává na výstupu (mW), tím je jakostnější. Signál je zesílen nf zesilovačem a podle potřeby upraven a smíchán se signály z ostatních vstupů. Poté je opět zesílen na napětí (výkon), které je nutné k dálkovému přenosu na vysílač pomocí radioreléových tras. Na vysílač dorazí nf signál, který má stejný kmitočet a průběh jako nf signál ve studiu. Pro vznik elektromagnetického vlnění je nutné na vysílací anténu přivést vf signál (viz 1.2). Nf signál se tedy zesílí a je „zapsán“ do vf signálu. Tomuto zápisu se říká modulace. Nf kmitočet je modulačním kmitočtem (obsahuje přenášené informace) a vf kmitočet je nosným (slouží pro distribuci nf kmitočtu). Nosný (vf) kmitočet vzniká v oscilátoru budiče vysílače a spolu s modulačním (nf) signálem přechází do modulátoru, kde dochází k modulaci. Tento signál je zesílen v koncovém stupni a odtud přechází na půlvlný dipól, ze kterého je vyzařován do okolí formou elektromagnetického záření.  

1.7.2    Princip TV vysílání je kvůli vyšší odbornosti přiložen pouze jako příloha (viz 5.3)

 

1.7.3    Amplitudová modulace

 

U amplitudové modulace se mění rozkmit (amplituda) nosného kmitočtu v závislosti na nf modulačním kmitočtu. Amplituda nosných (vysokofrekvenčních) kmitů se mění v rytmu modulujícího kmitu (nízkofrekvenčního, tónového). Amplitudově modulovaný signál vytvoříme vynásobením signálu představujícího amplitudu proměnou podle přenášené informace a signálu nosné vlny. Toto vynásobení se provádí v analogových obvodech – násobičkách. Takovou násobičkou může být tranzistorový zesilovač (viz obr)

Kmity lze rozložit na tři sinusové kmity:

·         kmitočet nosných kmitů

·         součet kmitočtů nosných a modulujících kmitů

·         rozdíl kmitočtů nosných a modulujících kmitů

Součtové a rozdílové kmitočty nazýváme postraními kmitočty. Označíme-li kmitočet nosných kmitů f_n a kmitů modulujících f_m jsou kmity určeny vztahem : f_n, f_n + f_m, f_n - f_m

Bude–li  například nosný kmitočet 638 kHz a modulační kmit bude 3 kHz lze modulovaný kmit rozložit na tři jednoduché nemodulované kmity: 638, 641 a 635 kHz.

Důležitou vlastností amplitudové modulace je hloubka modulace (modulační index). Nemodulovaný signál značíme A₀, změnu amplitudy o kterou se A₀ zvětšuje a zmenšuje pak DA. Hloubka modulace je dána vztahem: m =  DA / A₀

Hloubka modulace je přímo úměrná velikosti modulujícího signálu – hlasitosti

a) nosný kmitočet; b) modulující; c) výsledný

 

1.7.4     Kmitočtová modulace

 

Při tomto systému modulace se informace, kterou chceme přenášet kóduje nikoliv do amplitudy, ale do okamžitého kmitočtu nosné vlny. Kmitočet se mění v rytmu modulujících kmitů. To je zajištěno ovlivňováním kmitočtu tranzistoru v oscilačním obvodu v závislosti na modulačním signálu. Rozdíl mezi maximálním a minimálním kmitočtem nosné vlny, nazýváme frekvenčním zdvihem (frequency swing), polovinu této hodnoty frekvenční odchylkou (frequency deviation).

Pro rozhlasové vysílání na FM je předepsaná maximální frekvenční odchylka ± 75kHz, tedy frekvenční zdvih 150 kHz, pro vysílání zvukového doprovodu k televiznímu vysílání je předepsaná maximální frekvenční odchylka ± 25kHz. U občanských radiostanic, které pracují rovněž s frekvenční modulací, je tak velká frekvenční odchylka zbytečná (pracujeme pouze se signálem řeči, který lze bez újmy na srozumitelnosti frekvenčně omezit shora kmitočtem 3kHz) a je tedy stanovena na ± 5kHz (tzv. úzkopásmová FM).

 

Výhody oproti modulaci AM:

amplituda se nemění ® vyšší odolnost proti atmosférickým poruchám

vyšší odstup signálu od šumu

lepší využití výkonu vysílače

možnost namodulovat signál do 15 kHz ® věrné zachycení slyšitelného zvuku (AM pouze do 4,5 kHz)

 

 

1.7.5    Soustava NTSC

Vznikla v USA a používá se v USA, Kanadě, Japonsku, Mexiku.

Princip vychází z toho, že ostrost barevného vidění je podstatně nižší, než ostrost černobílého vidění. To znamená, že pro informaci o barvě stačí užší frekvenční pásmo než pro informaci o jasu.   Základem této soustavy je současný přenos všech tří složek obrazového signálu (E_Y, E_R-Y, E_B-Y). Pro přenos dvou rozdílových barev se používá tzv. kvadraturní modulace.

Princip této modulace: první signál se namoduluje amplitudově na barvonosnou vlnu o frekvenci wB = 2pf_B a na druhou vlnu se namoduluje na vlnu o jiném kmitočtu ale fázově posunutou o 90°.

Frekvence barvonosné vlny fBN je u NTSC (evropská) 4,429MHz.

Aby EBN nevybočil z frekvenčního pásma E_Y , zavádí se do pomocného modulátoru E_R-Y a E_B-Y pouze frekvence od 0-1,6MHz. Tím se zhorší rozlišovací schopnost, ale stále je vyšší než rozlišovací schopnost oka.

Uspořádání frekvenčního kanálu viz obr.

 

 

1.7.6     Soustava SECAM

Vysílání v soustavě SECAM se používalo ve východní a střední Evropě, Francii, Lucembursku, Řecku, Egyptě, atd. Je založena na stejném principu jako NTSC. Rozdíl je v postupně současném přenosu rozdílových barevných signálů pomocí frekvenční modulace. Signály E_R-Y a E_B-Y se přenáší postupně s řádkovým sledem a současně se přenáší jasový signál. Kmitočet barvonosné vlny je u E_R-Y = 4,406MHz a u E_B-Y = 4,250MHz.

Výhoda: zabránění vzájemného ovlivnění barvonosných složek.

Nevýhoda: složitější řešení přijímače, protože chybějící rozdílový signál musíme získat opakováním předchozího řádku pomocí zpožďovacího vedení. Zpoždění trvá 64 mikrosekund.

V soustavě SECAM se používá střídání fáze barvonosné vlny, která se mění o 180^o v každém 1/2 snímku.

 

1.7.7     Soustava PAL

Používá se ve střední Evropě, Německu, Anglii, Beneluxu, Švýcarsku, Rakousku, Skandinávii, Itálii, ad. Vychází ze soustavy NTSC a ze SECAM. Z NTSC bylo převzato zpožďovací vedení. Novou věcí je princip střídání fáze pouze v kanálu E_R-Y o 180^o a to v řádcích následujících po sobě. Tím se odstraní citlivost na zkreslení barevného signálu a druhým novým prvkem je kvadraturní modulace pomocí zpožďovacího vedení bez použití synchronizační detekce.

Výhoda: Kvalitní mag. záznam, nejlepší přenosové vlastnosti ze všech soustav - projeví se hlavně u obrazů s geometrickým seskupením. Vysílače PAL mají o 1/3 větší dosah než SECAM při stejném výkonu.

Nevýhoda: Složitější konstrukce přijímače a větší náročnost na zpožďovací linku.