frekvenser og radiobølger

Multipath – godt og dårligt
Multipath betyder at det afsendte signal fra sendere har to eller flere veje til modtageren. Dette kan skabe
destruktiv interferens hvor det direkte og det indirekte signal annullerer hinanden. Den sædvanlige metode til
at undgå multipath på er ved at anvende flere antenner, også kaldet diversity. Indenfor trådløs audio har
man længe anvendt diversity og indenfor mobiltelefoni anvender man antenne arrays på 2x2 eller 4x4.
Påvirkningen af deep fades af det sendte signal er tydelig. FM har den fordel i forhold til andre
modulationsformer, at det varierer i frekvens frem for amplitude og signalstyrken kan dermed holde sig mere
konstant.
Det dårlige ved multipath er at signalet kan forringes ganske kraftigt på grund af interferens i modtageren.
Det gode ved multipath er at signalet via disse omveje kan give et stærkere signal end via den ”direkte”
transmission. Hvis man i den ”direkte” signalvej har nogle dæmpende forhindringer, vil man kunne opleve at
det indirekte signal er kraftigere.
På grund af dette, må man udvise omtanke når man placerer modtagerantenner til f.eks. film og TVoptagelser og ved koncerter på åbne pladser / steder uden refleksive overflader.
© Anders Christensen – AC Systems – April 2011
Må gerne distribueres med kildeangivelse
AC Systems – Tlf. 44 64 01 44 – www.acsystems.dk
ANTENNER
Antenner anvendes både til at afsende og modtage transmission. Det er derfor vigtigt at forstå hvordan
radiobølger bevæger sig og hvad der kan stoppe dem.
Som man kan se på figuren til venstre, har
forhindringer i signalvejen en stor betydning.
Den stiplede linje viser den ideelle
laboratorium måling, og selv en mindre
tildækning af antennen giver en mærkbar
dæmpning.
Hvis vi antager at modtager antennen er
placeret foran talentet og der er en refleksiv
flade bag, kan man komme ud for at det
reflekterede signal er stærkere end det
”direkte” der går igennem talentet.
Hvis talentet er iklædt en refleksiv
beklædning er udfordringerne for signalet
endnu større.
Forhindringer er ikke den eneste udfordring
for antenner og transmission. Sædvanligvis
vinkler man modtager antennerne i 45
graders vinkel. Forklaring følger.
En belt-pack antenne har sædvanligvis antenne i lodret position, mens en håndholdt kan gå fra vandret til
lodret på kort tid. Hvis sender-antenne er i vandret position og modtager-antenne er i lodret position, kan
man få det der kaldes en ”annullering” eller drop-out.
Ovenfor ser vi en di-pol antenne, som Lectrosonics SNA 600. Belt pack antennen sender signalet således at
det bliver modtaget med maksimal styrke. Den håndholdte antenne er i vandret position, og signalet vil her
blive sendt op og ned ad denne side, og vil have svært ved at nå modtager antennen. Vi har et ”drop-out”.
Løsningen på problemet kan være at vinkle di-pol antennen i 45 grader, og håbe på lidt refleksioner. Nu
virker det måske lidt håbløst med alt det trådløse, men det virker jo oftest, og når det virker er der ingen
grund til at fikse det. Men når det ikke virker er det godt at man har lidt viden om hvad man kan ændre for at
få problemerne til at gå væk igen.
Indenfor in-ear / IFB har man samme problemstilling omkring antenner. En af de mulige løsninger er at
anvende en helical antenne der udsender radiobølgerne i en cirkulær bølge således at ”annullering” og dropouts minimeres eller helt undgås. På Lectrosonics IFB system er antennen tilsluttet stel på
hovedtelefonudgangen, og man kan rulle kablet op for at få en cirkulær modtage antenne.
© Anders Christensen – AC Systems – April 2011
Må gerne distribueres med kildeangivelse
AC Systems – Tlf. 44 64 01 44 – www.acsystems.dk
MODTAGERE
Ovenfor er vist et skematisk diagram af en transciever (sender og modtager) som anvendes til f.eks.
mobiltelefoni. Det kunne også være et digitalt moduleret mikrofon system. Kernen i hele systemet er en
RF/IF oscillator der skaber den frekvens der ligger som fundament for videre bearbejdning.
Den fundamentale frekvens bliver op-konverteret til en højere frekvens og blandes / mixes med det ønskede
signal som forinden er blevet filtreret. Hvis denne op-konvertering ikke sker linært bliver signalet forvrænget.
Typisk sker op- og ned-konvertering via et eller flere midlertidige stadier (IF – Intermediate Frequencies).
Den fremgangsmåde er med til at reducere forvrængning, men giver også flere mulige intermodulations
problemer, som må filtreres væk.
Jo større båndbredde man opererer med, jo flere intermodulations problemer får man også i sine IF stadier
og de bliver vanskeligere at filtrere væk (filteret er bredt). En mulig løsning er at gøre som Lectrosonics og
anvende 2 IF stadier med filtre i deres modtagere så intermodulation filtreres væk effektivt.
PA with AGC og Power Detector er ikke særlig relevante indenfor trådløs audio. Det er forstærker kredsløbet
med automatisk gain kontrol, og en detektor til at kontrollere sendeeffekten. Indenfor mobiltelefoni kan man
sende med op til 2W, men sendeeffekten kan reguleres ned til 250mW hvis der ikke er behov for mere effekt
for ordentlig kommunikation. Denne regulering sker ganske automatisk i mobil netværket.
På modtage siden starter vi med at filtrere uønskede signaler væk. Herefter anvendes et støjsvagt
forstærkerkredsløb, inden der filtreres igen. Herefter nedkonverteres signalet og filtreres indtil vi kan begynde
at trække det sendte signal ud igen. Hos Lectrosonics anvendes en detektor med digital impuls tæller til at
demodulere FM signalet. Denne fremgangsmåde eliminerer termisk drift, er resistent overfor AM
forvrængning og giver lavere audio forvrængning.
Når man øger båndbredden, så øger man også intermodulation i sender og modtager. Man kan anvende
filtre der flytter sig (tracking filters), men disse filtre tager sig betalt ved at formindske signal / støjforhold.
© Anders Christensen – AC Systems – April 2011
Må gerne distribueres med kildeangivelse
AC Systems – Tlf. 44 64 01 44 – www.acsystems.dk
TV Tunere og 470-862 MHz
Nu ved vi lidt om hvordan sendere og modtagere fungerer, hvilke muligheder der er for transmission, hvilken
form for modulation der kan anvendes og hvordan signalet påvirkes af antenner og forhindringer.
Tiden er kommet til at kigge på hvorfor man ikke vælger at gå hele vejen fra 470 – 790 MHz i et trådløst
system. En TV Tuner kan gå fra 42 MHz til 1002 MHz. Der er to forhold der gør det muligt.
1) Vi har to stationære antenner (ingen bevægelser)
2) Vi har en kraftig sender (f.eks. 100.000 W / 80dBm)
Med stationære antenner slipper vi for at det modtagne signal utilsigtet varierer i styrke. Og med en kraftig
sender sikrer vi at signalet modtages i tilstrækkelig god kvalitet. En TV tuners følsomhed ligger typisk mellem
-60dBm og -68dBm, og kravet til signal / støj forhold er typisk 30dB.
Til sammenligning kan et trådløst audio system maksimalt sende med 17dBm (50mW), og modtageren har
typisk følsomhed omkring -110dBm med squelch sat omkring -95dBm. Kravet til signal / støj forhold er typisk
20dB. Forskellen er tydelig – TV tuner skal bruge -30dBm, et trådløst system -75dBm.
Når vi ved at en forhindring som f.eks. en person koster op til 25dB, en skæv vinkel på radiobølgen koster
10dB, afstand koster 20dB og vi har mistet 55dB inden signalet når frem til modtageren. Vi har nu -38dBm
signal hos modtageren. Bredbånds TV tuner kan ikke dekode signalet. Signalet er tabt.
En anden ting der gør anvendelsen af brede bånd vanskelig er ved senderen. En antenne der sender skal
have en impedans der er optimeret til forstærkeren. Hvis impedansen afviger for meget vil senderen forsøge
at øge spændingen over antennen, men da der er tale om en begrænset strøm ressource i en sender vil
resultatet blive en lavere sendeeffekt.
Lectrosonics har opdelt deres systemer i blokke over 25 MHz, og en antenne i blok 24 er ca. 11 cm lang, og i
blok 31 ca. 8,5 cm. Området fra 470 – 862 MHz har en ¼ bølgelængde fra ca. 16 cm og ned til ca. 8 cm. Der
er altså stor forskel på antenne størrelserne.
Et spørgsmål fra en læser omkring forstærkere
Kan man forstærke et RF signal og dermed forbedre signal / støj forholdet?
Nej, for man forstærker ikke kun signalet, man forstærker også støjen og i bonus får man den egenstøj
forstærkeren tilføjer. En ekstern RF forstærker bør kun anvendes til at kompensere for tab i splittere og
kabler.
***
Det tog lidt længere tid end forventet at færdiggøre dette kapitel, så det næste vil jeg forvente færdigt ca.
medio maj.
I næste kapitel vil jeg komme ind på ”true” diversity, og dét det egentlig handler om, nemlig audio kvalitet.
© Anders Christensen – AC Systems – April 2011
Må gerne distribueres med kildeangivelse
AC Systems – Tlf. 44 64 01 44 – www.acsystems.dk