Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Proszę, dodaj wyjątek www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Wzmacniacz sygnału radiowego - retransmiter

papael 30 Lis 2015 12:50 981 17
  • #1 30 Lis 2015 12:50
    papael
    Poziom 14  

    Witam wszystkich,

    Jakiś czas temu zaintrygował mnie problem wzmacniania sygnału radiowego. Chodzi mianowicie o to, aby stworzyć układ do wzmocnienia odebranego sygnału radiowego i ponownego jego wysłania w przestrzeń. Układ miałby przetwarzać fale o długości 10 - 1000 m niemodulowane.
    Oczywiście aby fala odebrana i nadawana nie pokryły się, to ta nadawana powtórnie musiała by być opóźniona o jakąś stałą czasową τ.
    Wydaje mi się, że zwykły wzór na stałą czasową dla obwodów RLC (τ = RC = L/R) to może być trochę za mało.

    Jeżeli ktoś miałby jakiś pomysł to proszę o poradę.

    0 17
  • Pomocny post
    #2 30 Lis 2015 13:59
    Rzuuf
    Poziom 43  

    Witam!
    Jest takie urządzenie, nazywa się RETRANSMITER.
    https://www.google.pl/search?client=opera&q=retransmiter&sourceid=opera&ie=UTF-8&oe=UTF-8
    Odbiera falę o jednej długości, demoduluje ją (odczytuje jej "treść") i nadaje falę o innej długości, przenosząc na nią odebraną modulację.

    W zasadzie fale radiowe wykorzystuje się głównie dla przekazywania informacji "nałożonych" na falę w postaci modulacji. Wysyłanie fali niemodulowanej ma sens w niewielu przypadkach, np. w kuchence mikrofalowej, lub w diatermii - tu przekazywana jest tylko energia, a jej odbiorcą jest np. kotlet.
    Przetwarzanie fal w tak wielkim zakresie (10 ... 1000 m) jest bez sensu, gdyż w tym zakresie pracuje wielu (uprawnionych!) nadawców, co automatycznie wyklucza możliwość "bezkarnego" buszowania po pasmach, za których wyłączność ktoś sporo zapłacił (licencja nadawcy) i ma prawo do ochrony tej wyłączności.
    Opóźnienie i wysłanie odebranej fali spowoduje, że ta nowa fala będzie interferować ze "starą" powodując zakłócenia.

    0
  • #3 30 Lis 2015 21:00
    papael
    Poziom 14  

    Wszystko to co piszesz jest słuszne, ale nie w tym jest rzecz.
    Ja muszę wykorzystywać falę niezmodulowaną, gdyż dla mnie nie jest istotna informacja jaką ona przenosi a jedynie strata energii związana z odległością i przesunięcie fazowe względem fali oryginalnej.
    Dzięki za tą nazwę retransmiter.
    Jak by ktoś miał schemat takiego retramsitera, nawet uproszczony, to będę bardzo wdzięczny.

    0
  • #4 30 Lis 2015 21:38
    wieswas
    Poziom 33  

    Nie napisałeś jasno czy ma być odbierana fala radiowa, niemodulowana o określonej długości i po wzmocnieniu wysłana też niemodulowana o tej samej długości ?
    Fala nadana zostanie wychwycona przez własną antenę odbiorczą i znów zostanie wzmocniona i obieg się zamknie aż do pełnego samowzbudzenia. W otwartej przestrzeni nie zapanujesz nad przesunięciem fazowym.
    Jeżeli zaś chcesz nadawać na innej częstotliwości to trudno mówić o przesunięciu fazowym. Nastąpi też wzajemna modulacja (suma i różnica)

    0
  • #5 30 Lis 2015 21:39
    Rzuuf
    Poziom 43  

    papael napisał:
    ... strata energii związana z odległością ...
    - w dużym uproszczeniu, w przestrzeni izotropowej siła sygnału maleje z kwadratem odległości.
    papael napisał:
    ... przesunięcie fazowe względem fali oryginalnej ...
    ???
    Przesunięcie fazowe jest wprost funkcją odległości i długości fali.
    Dla odległości d równej λ/2 wynosi Π radianów.

    Retransmiter działający na częstotliwości odbieranej jest możliwy do zrealizowania tylko dla fal, które da się nadawać i odbierać antenami o ostrej kierunkowości, czyli praktycznie UHF - VHF.

    Przy okazji poczytaj: http://cirm.am.szczecin.pl/download/Wyklad%20...elektromagnetyczna%20i%20jej%20propagacja.pdf .

    0
  • #6 30 Lis 2015 22:02
    papael
    Poziom 14  

    Rzuuf napisał:
    Retransmiter działający na częstotliwości odbieranej jest możliwy do zrealizowania tylko dla fal, które da się nadawać i odbierać antenami o ostrej kierunkowości

    Czyli, że nie da się do tego zastosować anteny dookólnej? Dlaczego? Czy mógłbyś rozwinąć myśl?


    wieswas napisał:
    Nie napisałeś jasno czy ma być odbierana fala radiowa, niemodulowana o określonej długości i po wzmocnieniu wysłana też niemodulowana o tej samej długości ?
    Fala nadana zostanie wychwycona przez własną antenę odbiorczą i znów zostanie wzmocniona i obieg się zamknie aż do pełnego samowzbudzenia. W otwartej przestrzeni nie zapanujesz nad przesunięciem fazowym.
    Jeżeli zaś chcesz nadawać na innej częstotliwości to trudno mówić o przesunięciu fazowym. Nastąpi też wzajemna modulacja (suma i różnica)

    Jeżeli chodzi o falę, to i fala pierwotna i wzmocniona mają być tej samej częstotliwości i niemodulowane. Aby nie nastąpiło nakładanie się fal, to fala wzmocniona przez retransmiter musi być oczywiście opóźnione o pewien czas, który już na etapie projektowania powinien być znany aby odpowiednio dobrać czas emisji fali głównej.
    Inaczej rzecz ujmując:
    Wysyłamy falę sinusoidalną o długości 1000m (ok f = 300 kHz). Czas okresu ok 3,3(3) µs. Wysyłam ją przez 10 µs (3 okresy). Odbiera ją retransmiter, wzmacnia i po np. 20 - 30 µs wysyła ponownie w eter za pomocą tej samej anteny, którą sygnał odebrałem. I koniec.

    Wydaje się, że w ten sposób nie powinny wystąpić zjawiska nakładania się fal. Jeżeli coś w tym rozumowaniu pominąłem, to z góry przepraszam :)

    0
  • #7 30 Lis 2015 22:16
    Rzuuf
    Poziom 43  

    Odbierasz modulacyjną "kropkę", i po opóźnieniu nadajesz też "kropkę".
    Tu przywołuję telegrafię z modulacją "kropka - kreska".
    Taka "telegrafia" jest możliwa również z anteną dookólną, którą przełączasz: nadawanie - odbiór.
    Antena dookólna na częstotliwość 300kHz ma wysokość masztu ok. 250m (λ/4), ale ma niekorzystny kąt promieniowania. Lepsza jest 5/8λ, ale ta ma wysokość 625m.

    0
  • #8 30 Lis 2015 22:20
    rafal_rx
    Poziom 25  

    papael napisał:
    Jeżeli coś w tym rozumowaniu pominąłem, to z góry przepraszam :)
    Tak, jedną zasadniczą rzecz. Jeżeli emisja "pierwotna" nie niesie żadnej informacji, jest tylko falą nośną ciągłą przez pewien przedział czasu, to bez sensu jest budowanie jakiegokolwiek retransmitera. Po prostu używasz drugiego nadajnika, emitującego identyczną falę elektromagnetyczną przez zadany przedział czasu.
    Jeżeli jest to za proste, bo ja nie wiem, co chcesz osiągnąć, to budujesz odbiornik fali pierwotnej, który po zadanym przez Ciebie czasie uruchomi nadajnik na zadany czas - takie urządzenie można już nazwać retransmiterem.

    0
  • #9 01 Gru 2015 13:36
    papael
    Poziom 14  

    Rzuuf napisał:
    Antena dookólna na częstotliwość 300kHz ma wysokość masztu ok. 250m (λ/4), ale ma niekorzystny kąt promieniowania. Lepsza jest 5/8λ, ale ta ma wysokość 625m.

    oczywiście, że nie mam zamiaru budować masztu o wysokości 1 km i montować na nim anteny :)
    To był tylko przykład ;)

    Rzuuf napisał:
    Odbierasz modulacyjną "kropkę", i po opóźnieniu nadajesz też "kropkę".
    Tu przywołuję telegrafię z modulacją "kropka - kreska".

    Tak w zasadzie masz rację. Myśląc o modulacji miałem namyśli modulacje amplitudy, fazy bądź częstotliwości.
    W zasadzie wypuszczenie fali sinusoidalnej w przestrzeń to też jest modulacja nazywana sinusoidalną. Czy ona byłą wykorzystywana w telegrafii jako "kropka - kreska", to akurat nie wiedziałem :) , ale możesz mieć rację.

    rafal_rx napisał:
    Jeżeli jest to za proste, bo ja nie wiem, co chcesz osiągnąć, to budujesz odbiornik fali pierwotnej, który po zadanym przez Ciebie czasie uruchomi nadajnik na zadany czas - takie urządzenie można już nazwać retransmiterem.

    Nie mogę tak zrobić, gdyż utracę możliwość sprawdzenia fazy fali wzmocnionej w stosunku do pierwotnej, a informacja to jest mi potrzebna.
    Poza tym nawet gdybym tak zrobił, to pomiędzy emiterem fali pierwotnej i retransmiterem musiała by być zrobiona niezwykle precyzyjnie synchronizacja.
    Wydaje się więc, że o wiele łatwiej jest fale odebrać, wzmocnić i ponownie wysłać przez retransmiter.
    Pytanie tylko, czy można taki układ zbudować i tak dobrać opóźnienia, aby fale się nie nałożyły.

    0
  • #10 01 Gru 2015 15:46
    rafal_rx
    Poziom 25  

    papael napisał:
    Wydaje się więc, że o wiele łatwiej jest fale odebrać, wzmocnić i ponownie wysłać przez retransmiter.
    To ma być w czasie rzeczywistym?
    Jeśli to ma być w tym samym przedziale czasu "na żywo" to WYDAJE Ci się.

    0
  • Pomocny post
    #11 01 Gru 2015 21:11
    wieswas
    Poziom 33  

    Przesunięcia fazowego nie masz szans zmierzyć. Zauważ, że im wyższa częstotliwość, tym trudniej to zrobić. Przy konstrukcjach wzmacniaczy akustycznych, gdzie częstotliwość jest jeszcze mniejsza, każdy stopień wzmocnienia wymaga specjalnych zabiegów kompensacyjnych, aby pasożytnicze przesunięcie fazowe nie spowodowało dodatniego sprzężenia zwrotnego. W układach o wyższych częstotliwościach nawet długość i pojemność montażowa ścieżek wpływa na dodatkowe przesuwanie fazy. W przestrzeni zaś w każdym miejscu fala ma inną fazę. Oczywiście można wszystko zsynchronizować, ale to nie jest żaden pomiar. Każda zmiana częstotliwości zmienia też fazę.
    Faza to jest pojęcie umowne. Jest to przesunięcie czasowe między np. narastającym zboczem sygnału mierzonego z takim samym zboczem innego sygnału. Każdy element toru wzmacniacz, kabel, antena oraz każdy przestrzeni wprowadza własne, NIEZNANE i ZMIENNE dodatkowe przesunięcie. Możesz je oczywiście zmierzyć, ale nie daje to żadnej informacji. Jaką też stabilność nadajnika musiałbyś zapewnić ? Takie precyzje są możliwe w sieci GPS, ale tam są przesyłane zsynchronizowane równocześnie wzorce zegarowe.
    Gdybyś przedstawił cel eksperymentu, to może dałoby się wymyśleć jakąś realną metodę pomiarową.

    0
  • Pomocny post
    #12 01 Gru 2015 21:45
    jarek_lnx
    Poziom 43  

    Cytat:
    Układ miałby przetwarzać fale o długości 10 - 1000 m niemodulowane.
    Zbudowanie tak szerokopasmowego układu i tak szerokopasmowej anteny nie jest możliwe, jak dobrze pójdzie to do obsłużenia takiego pasma będzie potrzeba z dziesięć takich retransmiterów z własnymi antenami.
    Cytat:

    Oczywiście aby fala odebrana i nadawana nie pokryły się, to ta nadawana powtórnie musiała by być opóźniona o jakąś stałą czasową τ.
    Można to zrobić linią opóźniającą popularne były l. o. 64us stosowane w telewizorach.
    Cytat:

    Wysyłamy falę sinusoidalną o długości 1000m (ok f = 300 kHz). Czas okresu ok 3,3(3) µs. Wysyłam ją przez 10 µs (3 okresy).
    Układy radiowe zazwyczaj wyposażone są w wąskopasmowe filtry, żeby ograniczyć odbiór zakłóceń na innych częstotliwościach, przez taki wąskopasmowy filtr po trzech okresach moze prawie nic nie przejść, po filtracji będziesz miał łagodnie narastającą obwiednię, może być trudno określić gdzie jest początek, stąd popularne są sygnały typu chirp lub ciągi Barkera
    ponadto trzy okresy zawierają względnie szerokie pasmo częstotliwości, jeden prążek w widnmie ma tylko fala ciągła.

    Cytat:
    Wydaje się, że w ten sposób nie powinny wystąpić zjawiska nakładania się fal. Jeżeli coś w tym rozumowaniu pominąłem, to z góry przepraszam :)

    Pominąłeś odbicia fali w terenie (budynki itp)
    Cytat:

    Ja muszę wykorzystywać falę niezmodulowaną, gdyż dla mnie nie jest istotna informacja jaką ona przenosi a jedynie strata energii związana z odległością i przesunięcie fazowe względem fali oryginalnej.
    Jak określisz przesunięcie fazy pomiędzy dwoma zjawiskami które nie występują jednocześnie.

    Cytat:
    Przesunięcia fazowego nie masz szans zmierzyć.
    Z bezwzględnym przesunięciem fazy może być trudno, ale jego względne zmiany dadzą sie mierrzyć, przynajmniej jeśli oba sygnały są obecne w tym samym czasie.

    Cytat:
    Jak by ktoś miał schemat takiego retramsitera, nawet uproszczony, to będę bardzo wdzięczny.
    Obawiam sie że masz tak nietypowe wymagania że trzeba będzie indywidulanie projektować.

    0
  • #13 02 Gru 2015 13:30
    papael
    Poziom 14  

    jarek_lnx napisał:
    Jak określisz przesunięcie fazy pomiędzy dwoma zjawiskami które nie występują jednocześnie.
    Przesunięcia fazowego nie masz szans zmierzyć.
    Z bezwzględnym przesunięciem fazy może być trudno, ale jego względne zmiany dadzą sie mierzyć, przynajmniej jeśli oba sygnały są obecne w tym samym czasie.

    wieswas napisał:
    Gdybyś przedstawił cel eksperymentu, to może dałoby się wymyśleć jakąś realną metodę pomiarową.

    Wzmacniacz sygnału radiowego - retransmiter

    Nie wiem, czy ten obrazek tłumaczy wszystko, ale pokazuje mniej więcej to co chcę zrobić.
    Wysyłam z Radia A falę o jakiejś długości, która w postaci osłabionej odbiera radio B. W nim następuje jej wzmocnienie i po czasie τ jest ponownie wysyłana w przestrzeń. Odbiera ją radio A i może porównać z tą którą sam wcześniej wysyłał.
    W ten sposób mam informację o obu zjawiskach i można wyznaczy przesunięcie fazowe Φ.
    Oczywistym jest, że τ ≠ Φ bo dochodzi jeszcze czas propagacji, ale to w tej chwili nie jest istotne.
    Zjawiska odbijania fal i wielodrogowości na razie nie biorę pod uwagę, choć oczywiście mam świadomość ich występowania :)

    0
  • #14 06 Gru 2015 10:23
    wieswas
    Poziom 33  

    Prędkość fali radiowej jest zbliżona do prędkości światła wynoszącej 300000km/s.
    Musisz więc najpierw obliczyć teoretyczne warunki matematyczne, czy masz szansę dokonać sensownych pomiarów.
    Odpowiedz więc sobie na pytania:
    1-Jaka odległość ma być między punktem A i B
    2-Po jakim czasie wróciłaby odpowiedź, gdyby opóźnienie wprowadzone przez transmiter wynosiło zero ?
    V=300000km/s. Realna odległość to max. 3km. t= 3km/300000km/s=10us
    Przy większych odległościach musiałbyś wysyłać ogromną moc, aby mieć dobry
    stosunek sygnał szum w odbiorniku.
    3-Czy zdążysz w tym czasie przełączyć nadajnik na odbiornik ? (przełączanie dużej mocy nadajnika i krótkie, pionowe zbocza podczas przełączania.)
    4.Jak zsynchronizować przełączanie retransmitera ? Jeżeli odbiornik retransmitera nie zostanie zamknięty, to z chwilą odbioru sygnału natychmiast się wzbudzi.
    Lepiej byłoby wykorzystać falę odbitą zamiast retransmitera, tak jak to się dzieje w radarze (tylko jedno urządzenie zamiast dwóch, więc taniej i mniej błędów pomiarowych) , ale przy tak długich falach trudno wysyłać falę kierunkowo.
    Przeanalizuj też działanie anten nadawczych i odbiorczych jakie wprowadzają przesunięcia falowe i czy będziesz w stanie to uwzględniać w analizowaniu wyników. Skąd będziesz wiedział czy przesunięcie był 20 stopni czy 380 stopni czy 740 stopni ? Różnica względem jakiegoś wzorca będzie taka sama.
    Oczywiście nie znając szczegółów zagadnienia trudno mi się autorytatywnie wypowiadać. Moje uwagi są bardziej ogólne.

    0
  • #15 06 Gru 2015 18:34
    rafal_rx
    Poziom 25  

    papael napisał:
    Odbiera ją radio A i może porównać z tą którą sam wcześniej wysyłał.
    I tutaj kłania się znajomość teorii i matematyki :-) Co odbierze radio? Jeden sygnał będący sumą obu. Aby taki sygnał przeanalizować będziesz potrzebował przetwornik, komputer i software.
    Pomijam już inne aspekty związane z emisją obu sygnałów.

    0
  • #16 07 Gru 2015 11:35
    papael
    Poziom 14  

    wieswas napisał:
    Odpowiedz więc sobie na pytania:

    A więc po kolei
    wieswas napisał:
    1-Jaka odległość ma być między punktem A i B

    Odległości to od cm do km, max 3 km
    wieswas napisał:
    2-Po jakim czasie wróciłaby odpowiedź, gdyby opóźnienie wprowadzone przez transmiter wynosiło zero ?
    V=300000km/s. Realna odległość to max. 3km. t= 3km/300000km/s=10us
    Przy większych odległościach musiałbyś wysyłać ogromną moc, aby mieć dobry
    stosunek sygnał szum w odbiorniku.

    Dlatego też większych odległości nie biorę pod uwagę.
    wieswas napisał:
    3-Czy zdążysz w tym czasie przełączyć nadajnik na odbiornik ? (przełączanie dużej mocy nadajnika i krótkie, pionowe zbocza podczas przełączania.)

    Jeżeli potrafiłbym odpowiednio wydłużyć, bądź regulować czasem τ, to wówczas ten problem nie powinien wystąpić. Z mojej dotychczasowej wiedzy wynika, że przy zastosowaniu klasycznych elementów RLC + wzmacniacz (tranzystor) maksymalnie mógłbym sygnał opóźnić o pi/2, czyli mniej więcej o połowę długości fali, a tymczasem ja potrzebuje zdecydowanie więcej ( >10 długości fali). Niestety wówczas potrzebny był by jakiś układ bufora. I tu jest problem, że nic mi nie przychodzi do głowy w tym temacie.

    wieswas napisał:
    4.Jak zsynchronizować przełączanie retransmitera ? Jeżeli odbiornik retransmitera nie zostanie zamknięty, to z chwilą odbioru sygnału natychmiast się wzbudzi.

    To da się rozwiązać. Najprościej poprzez zastosowanie 2 oddzielnych układów, ale też są inne opcje :)

    wieswas napisał:
    Lepiej byłoby wykorzystać falę odbitą zamiast retransmitera, tak jak to się dzieje w radarze (tylko jedno urządzenie zamiast dwóch, więc taniej i mniej błędów pomiarowych) , ale przy tak długich falach trudno wysyłać falę kierunkowo.

    Cały szkopuł w tym, że mi nie zależy na fali kierunkowej ale właśnie dookólnej.
    wieswas napisał:
    Przeanalizuj też działanie anten nadawczych i odbiorczych jakie wprowadzają przesunięcia falowe i czy będziesz w stanie to uwzględniać w analizowaniu wyników. Skąd będziesz wiedział czy przesunięcie był 20 stopni czy 380 stopni czy 740 stopni ? Różnica względem jakiegoś wzorca będzie taka sama.
    Oczywiście nie znając szczegółów zagadnienia trudno mi się autorytatywnie wypowiadać. Moje uwagi są bardziej ogólne.

    Są na to metody, dzięki którym da się wywnioskować czy było to 20, 380, czy 740 stopni, tak więc ten temat nie jest problemem.

    Cały problem skupia się na etapie wzmocnienia i odpowiednio długiego przesunięcia fali w retransmiterze ale tak, aby był on znany i stały i pięknie by było jak by był niezależny od częstotliwości wzmacnianego sygnału.

    Dodano po 1 [minuty]:

    rafal_rx napisał:
    I tutaj kłania się znajomość teorii i matematyki :-) Co odbierze radio? Jeden sygnał będący sumą obu. Aby taki sygnał przeanalizować będziesz potrzebował przetwornik, komputer i software.

    To będzie suma tylko w przypadku, gdy oba sygnały znajdą się w tym samym czasie. Ja chciałbym to oddzielić.

    Trochę jeszcze poszperałem po necie i wydaje się, że takie same funkcje jak retransmiter może pełnić przemiennik radiowy nadający na tej samej częstotliwości. Jeżeli mógłby się ktoś na ten temat wypowiedzieć, to będę wdzięczny.

    -1
  • #18 07 Gru 2015 14:11
    papael
    Poziom 14  

    @jdubowski masz rację. Mój błąd polegał z błędnej interpretacji angielskiego słowa same band, same frequency.
    Jak mocniej wgryzłem się w temat to już wiem, że to nie oznacza tej samej częstotliwości do nadawania i odbierania :(

    0