galwas_calosc

1. Wymień i scharakteryzuj najważniejsze parametry prowadnicy falowej Prowadnica falowa jest strukturą, której zadaniem jest przesyłanie fali z możliwie małymi stratami, więc w jej konstrukcji stosowane są dielektryki o małych stratach. Dla małostratnych m ałostratnych linii transmisyjnych czę! urojona impedancji charakterystycznej jest na tyle mała, że często się ją zanied"uje. Prowadnicę falową charakteryzują dwa parametry# współczynnik propagacji  jest wielkocią polową, której o"liczenie wiąże się w o$ólnoci z rozwiązaniem równa% &a'wella. (spółczynnik ten jest jest funkcją parametrów orodka orodka i pulsacji  y =   jωµ + *σ  + jωε ) impedancja charakterystyczna  jest wielkocią o"wodową, wyznaczaną z zastosowaniem jednej z podanych definicji,  przydatną przy analizie o"wodów mikrofalowych. mikrofalowych. mpedancja charakterystyczna prowadnicy prowadnicy falowej *- c), w której rozchodzi się fala w jednym kierunku, może "y! zdefiniowana jedną z zależnoci# 



 Z cUI 

=

U   I 

.

 Z cPU 

U  =

. P 

 Z cPI 

=

. P   I 

.

w których# /,  0 amplitudy napięcia i prądu *w o$ólnoci wielkoci zespolone)1 P 0 rednia w czasie moc przenoszona przez falę elektroma$netyczną w linii *wielko! rzeczywista). 2. rzeanalizuj przyczyny powstawania strat przy transmisj i mocy prowadnicami falowymi 2zeczywiste przewodniki, o dużej ale sko%czonej konduktywnoci, są 3ródłem strat mocy. (iemy już, że w wyniku istnienia strat dielektrycznych następuje tłumienie fali elektroma$netycznej prowadzonej w linii transmisyjnej. 4olejnym 3ródłem strat mocy fali  jest zjawisko promieniowania. promieniowania. (ystępuje ono w strukturach otwartych, otwartych, którymi są wród omawianych prowadnic linia mikropaskowa i falowód koplanarny. ntensywno! promieniowania ronie ze wzrostem częstotliwoci. 5traty wywołane  promieniowaniem są trudne do oszacowania. oszacowania. 6łumienie fali w prowadnicy wywołują# • straty w przewodnikach linii • straty w dielektryku • wypromieniowanie ener$ii pola z linii 5traty występujące w przewodnikach i dielektryku sumują się i współczynnik tłumienia fali w prowadnicy możemy wyrazi! jako superpozycję współczynników tłumienia wynikających z o"ydwu 3ródeł strat. !. "inia współosiowa jest prowadnic# $%&' co to znaczy ( )pisz jej wła*ciwo*ci 7ala typu 68& *poprzeczna elektryczna9ma$netyczna, elektryczna9ma$netyczna, z an$. 6rans:erse 8lectric9&a$netic)#  0 pole elektryczne leży w płaszczy3nie płaszczy3nie prostopadłej do kierunku propa$acji propa$acji fali *wektor natężenia pola elektryczne$o elektryczne$o ma co najwyżej dwie składowe),  0 pole ma$netyczne leży w płaszczy3nie płaszczy3nie prostopadłej do kierunku propa$acji propa$acji fali*wektor natężenia pola ma$netyczne$o ma$netyczne$o ma co najwyżej dwie składowe)1 Prowadnice falowe, w których mo$ą rozchodzi! się rodzaje 68& nazywamy liniami 68& lu" prowadnicami 68&. 5truktura  prowadnicy 68& musi zawiera! co najmniej najmniej dwa przewody. Przykładem linii 68& jest linia współosiowa, współosiowa, tzw. ka"el koncentryczny. ;inia współosiowa jest strukturą osiowo symetryczną i do$odnie jest zastosowa! cylindryczny układ współrzędnych, w którym pola fali zależą tylko od dwóch zmiennych ρ, z. Poszukiwanie pola elektroma$netyczne$o w linii rozpoczynamy od znalezienia potencjału elektryczne$o w przekroju poprzecznym  prowadnicy, który spełnia jednowymiarowe jednowymiarowe równanie ;aplacewiatłowód z"udowany jest ze specjalne$o rodzaju szkła kwarcowe$o. ?łówną je$o częcią jest rdze%, który okrywa płaszcz i warstwa ochronna. @zasami rdze% składa się z wielu włókien.-asada działania wiatłowodu pole$a na użyciu dwóch materiałów  przewodzących wiatło o różnych różnych współczynnikach załamania. (spółczynnik (spółczynnik załamania w rdzeniu jest nieco nieco wyższy niż w płaszczu.

Promie% wietlny przemieszcza się cały czas w rdzeniu, ponieważ następuje całkowite wewnętrzne od"icie promie% od"ija się od  płaszczyzny przejcia rdzenia do płaszcza. (okół płaszcza płaszcza znajduje się izolacja ochronna ochronna 6ransmisja wiatłowodowa pole$a na przekazaniu wiązki wiatła, które$o 3ródłem może "y! laser lu" dioda ;8D. Po dru$iej stronie wiatłowodu jest ona od"ierana przez element wiatłoczuły np. fotodiodę. fot odiodę. A"y zapewni! prawidłową i szy"ką transmisję, wiązka wiatła jest modulowana. -apo"ie$a to mo$ącym pojawia! się zniekształceniom sy$nału. >wiatłowody dzieli się na jedno i wielo modowe oraz na wewnętrzne i zewnętrzne. Pierwszy podział wynika z iloci przesyłanych modów *fal). ( wiatłowodzie jednomodowym, przenosi się tylko jeden mod. Bznacza to, że wszystkie promienie od"ijane są pod tym samym kątem do powierzchni płaszcza. ( wielomodowym wiatłowodzie, jest możliwo! występowania różnych kątów od"icia i w związku z tym następuje rozmycie krawędzi przesyłane$o sy$nału, czyli dyspersja

Pasmo transmisji wiatłowodem kwarcowym jest stosunkowo wąskie, odpowiadające dłu$ociom fali C...C. µm. /. 0aszkicuj charakterystyk tłumienia falowodu i wymień charakterystyczne zakresy okna3 wykorzystywane do transmisji sygnałów

6łumienie powoduje zmniejszenie mocy sy$nału nie wpływa natomiast na je$o kształt impulsów. 6łumienie wiatłowodów w $łównej mierze zależy od dłu$oci fali wietlnej, jak i od rodzaju i czystoci szkła. - wykresu przedstawionym na rysunku a) wida!, że w pamie E++9CF++ nm tłumienie osią$a wartoci minimalne. ( tym też o"szarze wyróżnia się następujące użyteczne pasma wiatłowodu# =  − JdB I km α  Bkno C, historyczne w "liskiej podczerwieni, wokół GH+ nm dB . α  = +.HdB I km Bkno , "ardzo popularne, wokół CJ++ nm dB . α  = +.dB I km Bkno J, wokół CHH+ nm, o najmniejszym tłumieniu dB . 4. 0apisz rozwi#zanie równania telegrafistów i opisz wystpuj#ce w nim wielko*ci 2ozwiązania równa% tele$rafistów mają posta!#

2ównania tele$rafistów są równaniami różniczkowymi. 6a posta! równa% różniczkowych ma znaną i prostą posta! rozwiąza%. 2ozwiązanie jest dwuczłonowe, składniki z indeksem KCL reprezentują falę rozchodzącą się wzdłuż osi z, składniki z indeksem KL reprezentują falę rozchodzącą się w przeciwną stronę, niż kierunek osi z. nterpretacja rozwiąza%# 9 stałe całkowania 0 zespolone amplitudy napięcia i prądu fali rozchodzącej się w kierunku z, jest to fala • postpuj#ca. 9 stałe całkowania 9 zespolone amplitudy napięcia i prądu fali rozchodzącej się w kierunku przeciwnym do z, • nazywamy ją fal# od-it#, al"o wtórną. 5. 6definiuj współczynnik fali stoj#cej i zdefiniuj współczynnik od-icia i opisz sposó- jego transformacji wzdłuż linii długiej (ażnym parametrem opisującym rozkład napięcia na linii i tym samym stan dopasowania o"ciążenia do impedancji charakterystycznej jest współczynnik fali stojącej. -$odnie z definicją współczynnik fali stoj#cej  jest stosunkiem maksymalnej maksymalnej i minimalnej wartoci modułu napięcia na linii. (spółczynnik fali stojącej, często oznaczany jako (75, jest licz"ą rzeczywistą, co oznacza, iż daje nam tylko jedną informację o  jednowrotnikuIo"ciążeniu. Współczynnik od-icia  9 okrela związek między falą padającą i od"itą. Mest to stosunek zespolonych amplitud fali od"itej do  padającej. (spółczynnik od"icia Γ  jest  jest miarą stosunku zespolonych amplitud fali od"itej do padającej. Definiujemy $o następująco# (spółczynnik od"icia Γ ;9 podo"nie jak - ; lu" N; 9 jest parametrem charakteryzującym jednowrotnik I o"ciążenie umieszczone na ko%cu linii, inaczej mówiąc, jest on zespoloną miarą niedopasowania o"ciążenia do impedancji charakterystycznej - +. (spółczynnik od"icia Γ *l) *l) zależy od wartoci Γ ; na ko%cu linii oraz od odle$łoci l od ko%ca linii. -ależno! ta ma przedstawioną  posta!, nazywaną równaniem równaniem transformacji współczynnika od"icia. lustracja procesu transformacji współczynnika Γ  pokazana  pokazana jest na rysunku. (skaz Γ  wiruje  wiruje z$odnie ze wskazówkami ze$ara. Dla Γ  = const  Γ  linii ze stratami dłu$o! wskazu  maleje wykładniczo z odle$łocią, dla linii "ezstratnej .

7. ,akie warto*ci impedancji możesz zrealizowa za pomoc# odcinka linii długiej zwartej na końcu( Przypadek C# &ówimy, że umieszczony na ko%cu prowadnicy jednowrotnik, nazywany też o"ciążeniem, jest dopasowany do impedancji charakterystycznej tej prowadnicy jeżeli Γ ;O+. 5tan dopasowania powstanie, $dy - ;O-+. Γ  = C  Przypadek # 5tan pełne$o od"icia mocy powstaje wtedy, $dy  i amplitudy o"u fal# padającej i od"itej są so"ie równe. Pełne od"icie mocy ma miejsce, $dy o"ciążenie jest czystą reaktancją - ; O j;. (arto! reaktancji  ; ma wpływ na ar$ument współczynnika od"icia, je$o moduł równy jest C. Przypadek J# =ajczęciej impedancja o"ciążenia o"ok częci urojonej ma czę! rzeczywistą, przy czym 2 ;Q+. (tedy czę! mocy *   R  L  I  L  ) fali padającej zostaje pochłonięta przez o"ciążenie i amplituda fali od"itej jest zawsze mniejsza od amplitudy fali Γ  < C  padającej, a moduł współczynnika współczynnika od"icia  L . Przypadek R# ?dy amplituda fali od"itej jest większa od amplitudy fali padającej, mamy do czynienia ze wzmocnieniem mocy, z o"ciążeniem aktywnym. ( modelu impedancyjnym o"ciążenie takie reprezentowane jest przez impedancję z ujemną rezystancją. Γ  > C ?dy  L , wtedy 2 ;S+.

8. 6definiuj macierz rozproszenia 9:; dwuwrotnika 6ypową dla techniki mikrofalowej formą opisu własnoci wielowrotników są macierze rozproszenia. (ynika to z następujących  przyczyn# • współczynniki macierzy rozproszenia mają prostą interpretację fizyczną, są "ezporednio związane z takimi parametrami,  jak rozkłady napię! i prądów czy też moce moce fal rozchodzących się w prowadnicach prowadnicach dołączonych do dwuwrotnika, • współczynniki macierzy rozproszenia można łatwo i "ezporednio *w przeciwie%stwie np. do impedancji) zmierzy!. &acierz rozproszenia  zostanie zdefiniowana dla dwuwrotnika, analo$icznie definiowana jest dla

 =owe wielkoci

,

,

i

wielowrotnika.

nazywane są znormalizowanymi amplitudami fal

Definiujemy macierz rozproszenia T5U#

Amplitudy i związane są z amplitudami zapisa! w postaci macierzowej

i

równaniami definicyjnymi, opisującymi macierz rozproszenia. 2ównania można

@ztery współczynniki tworzą macierz rozproszenia T5U. (spółczynniki macierzy T5U nazywane są współczynnikami rozproszenia. i nazywane są reflektancjami, "o opisują efekty od"i!, • i nazywane są transmitancje, "o opisują transmisję sy$nału przez dwuwrotnik. • 1< 6definiuj unilateralne wzmocnienie mocy wzmacniacza w zmacniacza tranzystorowego Wzmocnienie mocy  dwuwrotnikaIwzmacniacza ? definiowane jest jako stosunek mocy

wydzielonej w o"ciążeniu do mocy

dostarczonej z $eneratora do o"wodu#

Po uwz$lędnieniu Votoczenia< wzmacniacza#

Wzmocnienie unilateralne  *jednostronne) ?u 0 wzmocnienie o"liczone w warunkach 5C O + (yrażenie na wzmocnienie unilateralne ?u można zapisa! jako iloczyn J czynników#

$dzie# • •

reprezentuje wpływ dopasowania wrót wejciowych, reprezentuje wpływ dopasowania wrót wyjciowych.

?C i ? osią$aja maksymalne wartoci $dy#

osią$a warto! maksymalną dla osią$a warto! maksymalną dla

, .

11. 0arysuj podstawow# struktur jednostopniowego wzmacniacza tranzystorowego i opisz rol wej*ciowego i wyj*ciowego o-wodów wzmacniacza

-asadniczymi elementami układu są# • wejciowy o"wód dopasowujący DC ma za zadanie uzyska! "ezod"iciową pracę wzmacniacza, "ez nie$o o od"iciu decyduje 5CC tranzystora, • tranzystor wzmacniający w konfi$uracji wspólne$o emiteraI3ródła, w podstawowej dla wzmacniacza konfi$uracji, • wyjciowy o"wód dopasowujący D, ma za zadanie uzyska! "ezod"iciową pracę wzmacniacza od strony wrót wyjciowych,  "ez nie$o o od"iciu decyduje 5 tranzystora. tranzystora. Analizując proces wzmocnienia w takim układzie przyjmujemy następujące założenia# • $enerator jest "ędący 3ródłem wzmacniane$o sy$nału jest "ezod"iciowy • o"ciążenie dołączone do o"wodu wyjciowe$o jest dopasowane • o"wody DC D są "ezstratne, . • tranzystor jest "ezwarunkowo sta"ilny i unilateralny, czyli

,

( o$ólnym sensie $eneratorem jest o"wód znajdujący się przed tranzystorem, a o"ciążeniem o"wód umieszczony za tranzystorem. B"wód DC transformuje współczynnik od"icia właciwe$o $eneratora od wartoci + do wartoci . B"wód wyjciowy D transformuje współczynnik od"icia właciwe$o o"ciążenia równy + do wartoci . ( ten sposó" właciwoci "ezstratnych dwuwrotników dopasowujących zostały opisane dwiema licz"ami zespolonymi i .

naczej mówiąc o"wód DC transformuje reflektancję tranzystora do wartoci transformuje reflektancję do wartoci na wyjciu wzmacniacza.

na wejciu wzmacniacza, a o"wód D

( wąskopasmowych wzmacniaczach tranzystorowych tranzystorowych należy tak zaprojektowa! o"wody DC i D, a"y dla wy"ranej częstotliwoci spełnione "yły o"a warunki równoczenie. 12 Wymień i zdefiniuj podstawowe parametry w zmacniacza tranzystorowego  =ajważniejsze parametry parametry wzmacniaczy.# wzmacniacza1 typowa warto! to  9 G dWIstopie%, "udowane są wzmacniacze wielostopniowe. -wykle wyma$a się, a"y wzmocnienie "yło stałe w pasmie pracy, lu" zmieniało się w niewielkich $ranicach. asmo pracy wzmacniacza1 dla wzmacniaczy wąskopasmowych , dla szerokopasmowych . ( pasmie pracy wyma$ane jest do"re, o"ustronne dopasowanie. 1 powinien "y! w całym pasmie częstotliwoci częstotliwoci większy od . Wezwarunkowo sta"ilny sta"ilny wzmacniacz Współczynnik sta-ilno*ci zapo"ie$a wz"udzeniu układuIsystemu. Współczynnik szumów wzmacniacza definiowany jest zależnocią *F9RC). Procesowi wzmocnienia towarzyszy zmniejszanie stosunku mocy sy$nału do mocy szumu . Wzmocnienie

( ła%cuchu wzmacniaczy o wzmocnieniach ?C, ?i współczynnikach szumów 7C, 7, pierwszy stopie% decyduje o zachowaniu się całoci i on powinien wnosi! jak najmniejsze szumy.

1!. =o to znaczy' że wzmacniacz tranzystorowy jest przyrz#dem nieliniowym i co z tego wynika( (zmacniacz tranzystorowy jest przyrządem nieliniowym, ponieważ tranzystory są elementami nieliniowymi. nieliniowymi. @o oznacza, że prąd >  I a> tylko do pewnej $ranicy jest proporcjonalny do >U a>. ( rezultacie moc  P   >P a> jest proporcjonalna do U 2 jedynie dla małych amplitud i  przechodzi ze wzrostem >U > przez swoje maksimum. - te$o faktu wynika, że tranz tranzystory ystory wprowadzają do wzmacnianych sy$nałów zniekształcenia. (zmacniacz staje się 9 przy dużym poziomie mocy wejciowej 9 dwuwrotnikiem nieliniowym0 rysunek. Powoduje P owoduje to "ardzo niepożądane efekty, zniekształcania prze"ie$u sinusoidalne$o i $enerację harmonicznych. ( przypadku, $dy wzmacniane są sy$nały złożone z kilku prze"ie$ów sinusoidalnych  f 1 , , f 2, $enerowane są sy$nały o częstotliwociach mf 1±nf 2

1+. Warunek admitancyjny generacji' jak do niego dochodzimy' jak go graficznie interpretujemy( &iędzy rezonatorem a elementem aktywnym wy"rano parę zacisków. ( stanie ustalonym sinusoidalnych oscylacji między zaciskami  panuje napięcie o amplitudzie zespolonej zespolonej U , oraz płyną prądy o zespolonych amplitudach  I a 0 w stronę o"wodu aktywne$o 9 i  I c w stronę rezonatora. (ymienione prądy łączy oczywisty związek  I a+I c=0. =a je$o podstawie można zdefiniowa! dwie admitancje# o"wodu aktywne$o Y a=I a /U   /U  i o"wodu strojenia z rezonatorem Y c=I  /U  c /U . Prowadzi to do admitancyjnego warunku generacji Y a+Y c=0.

lustracja admitancyjne$o warunku $eneracji# Y a 0 admiracja o"wodu aktywne$o, Y c 0 suma admitacji o"wodów stratnych.  =a rysunku pokazano $raficzną interpretację admitancyjne$o warunku $eneracji. ;inia nie"ieska to admitancja o"wodowa, silnie zależna zale żna od częs częstotliw totliwoci. oci. ;inia czerw czerwona ona opisu opisuje je zacho zachowanie wanie admitancji admitancji o"wod o"woduu akty aktywne$o. wne$o. -e wzros wzrostem tem ampli amplitudy tudy warto! Y a zmienia się od Y a0 wartoci ci odpow odpowiadaj iadającej ącej punktowi przec przecięcia ięcia.. 6ak więc położenie punktu przec przecięcia ięcia na linii Y a  okrela a0 do warto amplitudę oscylacji, a na linii Y c częstotliwo! oscylacji.

lustracja do admitancyjne$o warunku $eneracji# podstawowe elementy $eneratora oraz j e$o układ zastępczy

1/. Warunek reflektancyjny generacji' jak do niego dochodzimy' jak go graficznie interpretujemy( Bscylator można przedstawi! w o$ólnej postaci o"wodu zastępcze$o z rysunku. r ysunku. (y"ieramy wrota w prowadnicy łączącej o"wód strojenia z o"wodem aktywnym. ( ustalonym stanie $eneracji rozchodzą się fale o amplitudach U i i i   i U r r.  ( tej wy"ranej płaszczy3nie okrelane są ?a współczynnik od"icia o"wodu aktywne$o i ?c współczynnik od"icia o"wodu strojenia. @eflektancyjny warunek generacji  jest zapisem oczywiste$o faktu, że jeden współczynnik jest odwrotnocią dru$ie$o# ?aA?cB1.

?raficzna ilustracja reflektancyjne$o warunku $eneracji# ?aBCiDCr 0 współczynnik od"icia o"wodu aktywne$o, aktywne$o, ?cBCrDCi 0 współczynnik od"icia o"wodu strojenia. (spółczynnik od"icia o"wodu aktywne$o ?aB ?a<C<' E<' F3:>Cr>3 jest funkcją kilku zmiennych, podo"nie jak admitancja Y a. =atomiast współczynnik od"icia o"wodu strojenia  ?sF3 jest funkcją funkcją częstotliwoci. częstotliwoci. lustracja warunku $eneracji na płaszczy3nie zespolonej wyma$a wykrelenia zależnoci ?sF3 i odwrotnoci 1D?a3, co pokazano na rysunku. Punkt przecięcia wskazuje stan ustalony $eneracji. Położenie te$o punktu na linii ?sF3 wyznacza częstotliwo! częstotliwo! oscylacji, oscylacji, a na linii 1D?a3 wyznacza moc oscylacji.

14. 0arysuj podstawow# struktur oscylatora tranzystorowego i wyja*nij rol i działanie jego elementów( ( układzie oddzielono cz* aktywn#  umożliwiającą spełnienie warunku amplitudy, od częci okrelającej częstotliwo! $eneracji, zwaną o-wodem strojenia . @zę! mocy wyprowadzana na zewnątrz oscylatora reprezentowana jest przez impedancję o"ciążenia. Dla układu dwójnikowe$o najwy$odniej oprze! analizę warunków pracy oscylatora tranzystorowe$o o reflektancyjny warunek $eneracji. Bkrelmy przez ?a< 9 współczynnik od"icia dla małych sy$nałów, a"y napisa! warunek samodzielne$o startu oscylacji. @ol# o-wodu aktywnego  jest uczyni! odpowiednio dużym moduł współczynnika od"icia  >?a<> w żądanym pamie częstotliwoci, a"y mimo strat o"wodu strojenia, spełni! warunek amplitudy. Decydująca rolę $ra o-wód sprzżenia, zwykle indukcyjno! lu" odcinek linii zwartej. )-wód strojenia zapewnia spełnienie warunku fazy, ewentualnie umożliwia przestrajanie, przy możliwie dużej do"roci, a"y sy$nał "ył KczystyL. )-wód wyj*ciowy nie $ra zwykle istotnej roli, czasami potrze"ny jest do spełnienia warunku szerokopasmowych szerokopasmowych oscylacji.

15. Wymień podstawowe rodzaje modulacji i opisz ich składniki widma nformację zapisaną w postaci sy$nału elektryczne$o przesyłamy używając falę noną, którą modulujemy sy$nałem zawierającym informację. 7ala nona jest sy$nałem elektrycznym, najczęciej sinusoidalnym, poddawanym procesowi modulacji. 7ala modulująca jest sy$nałem zawierającym informację, użytym do kontroliImodulacji fali nonej. 7ala zmodulowana to ko%cowy efekt procesu modulacji fali nonej przez falę modulującą. 7ala zmodulowana przesyłana jest następnie od nadajnika do od"iornika. Podstawowe rodzaje modulacji stosowane przy KzapisywaniuL informacji na falę noną to# • modulacja amplitudy, • modulacja kąta, • modulacja częstotliwoci, • modulacja fazy, • modulacja impulsowa -e wz$lędu na sposó" zapisu informacji mówimy ponadto o# • modulacji analo$owej • modulacji cyfrowej. 8fektem modulacji jest fala o amplitudzie zmieniającej się z częstotliwocią , współczynnik wska3nikiem modulacji. Btrzymana zależno! jest sumą trzech składników, które rozpoznajemy jako# •

fal no*n#9

jest nazywany

•

wstg górn#'

•

wstg doln#'

, .

 =a rysunku pokazano charakterystykę charakterystykę widmową sy$nału o zmodulowanej zmodulowanej amplitudzie. (ysoko! wstę$ "ocznych, "ocznych, dolnej i $órnej zależy od $łę"okoci modulacji . 17. )pisz charakterystyk i o-wód zastpczy diody :chottkyGego dioda półprzewodnikowa, w której zastosowano złącze zastosowano  złącze metal9półprzewodnik. &etale metal9półprzewodnik.  &etale półprzewodniki pokryte Hioda :chottkyIego  9 dioda półprzewodnikowa, są metalem płytki z półprzewodnika i posiadają dwie charakterystyki prądowo 0 napięciowe. 5tosowana w przypadku diody 5chottkye$o nieliniowa ma charakter prostujący. Dioda 5chottky
diody 5chottky<$o jest silnie nieliniowa.

( zależnoci ,  jest prądem nasycenia nasycenia diody zależnym od wysokoci "ariery złącza metal9półprzewodnik, metal9półprzewodnik,  jest rezystancją szere$ową szere$ową diody, a współczynnik jest zależny od temperatury, temperatury, w pokojowej temperaturze . (arto!  prądu zmienia wraz z wysokocią wysokocią "ariery złącza w $ranicach kilku rzędów wielkoci. wielkoci. -akres częstotliwoci, w którym stosowane są diody 5chottky
B"wód zastępczy diody 5chotky
-łącze jest reprezentowane przez rezystancję szere$ową , rezystancję "ariery i pojemno! "ariery . Pojemno! jest funkcją napięcia , ale fakt fakt ten nie od$rywa istotnej roli w procesach procesach detekcji i przemiany częstotliwoci. częstotliwoci. 8lementy doprowadze% i oprawki reprezentowane są w sposó" typowy, przez indukcyjno! i pojemno! .

18. ,ak powstaj# produkty przemiany czstotliwo*ci ( rzemiana czstotliwo*ci  9 proces, w

którym w rezultacie doprowadzenia dwóch sy$nałów o różnych częstotliwociach pojawia się w o"wodzie wiele składników o częstotliwociach kom"inowanych. Produkty przemiany częstotliwoci dla dwóch sy$nałów sinusoidalnych#

Produkty przemiany częstotliwoci powstają w różnych procesach# • Proces przemiany nazywany jest detekcj#, $dy użytecznym jest przyrost składowej stałej w rezultacie pojawienia się sy$nału zmienne$o. • Proces przemiany nazywany jest powielaniem czstotliwo*ci , $dy użytecznymi w procesie przemiany są składniki , .... . • Proces przemiany nazywamy mieszaniem czstotliwo*ci , $dy wykorzystujemy składnik o częstotliwoci różnicowej lu" sumacyjnej . i • Proces przemiany nazywamy modulacj#, $dy wykorzystujemy dwa składniki o częstotliwociach

2<. rzedstaw uproszczony schemat ł#cza radiowego r adiowego 4ażdy systemu radiokomunikacyjny składa się z nadajnika i od"iornika informacji oraz układu dwóch anten przedzielonych  przestrzenią. -a pomocą fal radiowych radiowych przesyłane są informacje na odle$łoci odle$łoci od pojedynczych centymetrów do wielu milionów kilometrów * łączno! z sondami kosmicznymi).

deowy chemat "lokowy łącza radiowe$o#

J podstawowe procesy realizowane w łączu radiowym# • ?eneracja sy$nału • (zmacnianie sy$nału • Przetwarzanie częstotliwoci

,

21. Wymień podstawowe parametry anten

Antena to urządzenie do wypromieniowania lub odbioru fali elektromagnetycznej. N ajważniejszymi parametrami anten są: Charakterystyka promieniowania szeroko!" ch#ki promieniowania zysk kierunkowy i energetyczny zakres cz$stotliwo!ci impedancja. %godnie z zasada odwracalno!ci parametry te są identyczne zar&wno dla procesu nadawania jak i odbioru. • Charakterystyka promieniowania okre!la promieniowania okre!la zdolno!" promieniowania energii przez anten$ w r&żnych kierunkach i jest zdefiniowana jako wzgl$dny rozk'ad warto!ci pola elektrycznego fali na powierzchni kuli kt&rej !rodek pokrywa si$ ze !rodkiem anteny. Charakterystyka anteny jest tr&jwymiarowa lecz zwykle przedstawia si$ ją w odpowiednio dobranych p'aszczyznach w uk'adzie wsp&'rz$dnych biegunowych lub prostokątnych. Charakterystyki prostokątne mogą by" prezentowane w mierze liniowej lub logarytmicznej. Na ch arakterystyce promieniowania wyr&żniamy wiązk$ (wst$g$) g'&wną oraz wst$gi (listki) boczne i wsteczne.

• •

•

Szerokość wiązki okre!la wiązki okre!la kąt dla kt®o g$sto!" g $sto!" promieniowanej mocy zmniejszy si$ do po'owy (o * d+) . ,latego też mocy. kąt ten nazywany jest cz$sto kątem połowy mocy. Tłumienie listków bocznych i wstecznych wstecznych - okre!la stosunek g$sto!ci mocy promieniowanej przez wiązk$ g'&wną do g$sto!ci mocy promieniowanej przez listki boczne lub wsteczne.  mierze decebelowej b$dzie to r&żnica odpowiednich g$sto!ci mocy wyrażonych w d+ . Kierunkowość D (ysk kierunkowy! kierunkowy! - okre!la kierunkowe w'a!ciwo!ci anteny w stosunku do anteny odniesienia. /ą antena odniesienia może by" dipol p&'falowy lub hipotetyczna antena izotropowa (promieniująca jednakowo we wszystkich kierunkach). %ysk anteny podajemy w mier ze liniowej w watach na wat 012 lub w mierze logarytmicznej 0d+2. 3&żnica kierunkowo!ci (w d+) odniesionej do anteny dipolowej i odniesionej do anteny izotropowej jest r&wna kierunkowo!ci anteny dipolowej odniesionej do anteny izotropowej (456 d+).

• •

•

• •

Sprawność anteny jest anteny jest miarą wzgl$dnych strat mocy w jej odwodach. 7prawno!" anteny wyrażana jest w procentach 082. ysk ener"etyczny anteny to anteny to zysk kierunkowy z uwzgl$dnieniem sprawno!ci s prawno!ci . Analogicznie jak kierunkowo!" zysk energetyczny może si$ odnosi" do anteny izotropowej 9 : :  lub dipola 9 ,  ,.  ;eżeli zysk 9 :  :  wynosi 5< 1 (56 d+. #owierzchnia skuteczna anteny $SK # jest parametrem anteny odbiorczej opisującym relacje mi$d zy g$sto!cią mocy 0.2 . ?owierzchni$ skuteczną można wyliczy" mając warto!" fali 0.1m 4 2  a mocą odbierana przez anten$ odbiorczą ? @  @ 0.2  zysku energetycznego i d'ugo!ci fali. Cz%stotliwość pracy anteny jest anteny jest parametrem okre!lającym zakres cz$stotliwo!ci w kt&rym parametry anteny spe'niają okre!lone wymagania. mpedancja anteny &est anteny &est impe'anc&ą wi'zianą na wrotach (zaciskach! anteny

22. ,ak propagowana jest fala %& w wolnej przest rzeni

,o przesy'ania informacji wykorzystywane są fale radiowe o bardzo szerokim spektrum cz$stotliwo!ci :od kilku kz do kilkudziesi$ciu 9z. Bale bardzo d'ugie wykorzystywane są do 'ączno!ci na bardzo duże odleg'o!ci (r&wnież w wodzie). Bale d'ugie !rednie i kr&tkie wykorzystywane są do radiofonii oraz komunikacji na duże odleg'o!ci. B ale bardzo kr&tkie

wykorzystywane są w radiofonii B i telewizji. ?asma D B to domena telewizji radionawigacji telefonii kom&rkowej radar&w dalekiego zasi$gu i wielu system&w przesy'ania danych (pasmo 4E i 6> 9z). ?asma mikrofalowe centymetrowe i milimetrowe wykorzystywane są w radioliniach telewizji satelitarnej radarach i nawigacji s atelitarnej.

 wolnej przestrzeni fale radiowe rozchodzą si$ po liniach prostych podobnie jak fale !wietlne. raz z odleg'o!cią nat$żenie pola elektrycznego fali zmniejsza si$ proporcjonalnie do odleg'o!ci a g$s to!" mocy do jej kwadratu. oc odebrana przez odbiornik jest funkcja mocy nadajnika odleg'o!ci i d'ugo!ci fali oraz zysku energetycznego anteny nadawczej i odbiorczej.

%asady propagacji fali w wolnej przestrzeni dotyczą transmisji sygna'u mi$dzy satelitami oraz mi$dzy satelitami a ziemią (przypadek5).  otoczeniu %iemi warunki propagacji zależą silnie od cz$stotliwo!ci. ,la fal d'ugich osiągamy duże i stabilne zasi$gi transmisji dzi$ki ugi$ciu fali ( przyp E). ,uże zasi$gi osiągane są r&wnież na falach kr&tkich dzi$ki odbiciu fali od  jonosfery (przyp *). ;ednak warunki propagacji propagacji na falach kr&tkich są niestabilne i zmieniają si$ z porą dnia. ,la fal ultrakr&tkich i mikrofalowych zasi$g transmisji pokrywa si$ w przybliżeniu z zasi$giem optycznym (antena nadawcza i odbiorcza muszą si$

wzajemnie widzie"). i$ksze zasi$gi od zasi$gu optycznego można uzyska" dla tych cz$stotliwo!ci wykorzystując odbicia fal od

turbulencji (zaburzeF troposfery) (przyp 4).  warunkach transmisji fal DB nad powierzchnia %iemi obliczanie zasi$g&w transmisji musi uwzgl$dnia" odbicie fal od powierzchni %iemi.  tych warunkach warto!" nat$żenia pola maleje z kwadratem odleg'o!ci a warto!" g$sto!ci mocy maleje z odleg'o!cią do czwartej pot$gi.  warunkach miejskich sygna' może dochodzi" do anteny odbiorczej z wielu dr&g. &wimy o zjawisku i problemie wielodrożno!ci. %jawisko to powoduje zmniejszenie poziomu sygna'u wzrost szum&w fazowych a nawet zaniki transmisji. ożna przeciwdzia'a" temu zjawisku zwi$kszając moc nadajnika stosując odbi&r zbiorczy (wiele anten) oraz odpowiednie systemy modulacji (modulacje szerokopasmowe).

2!. Wymień dwa znane =i systemy radiokomunikacji satelitarnej

Najstarsze systemy radiokomunikacyjne to systemy radiowe i telewizyjne (systemy radiodyfuzji). ,Gwi$ki i obrazy transmitowane są w tych systemach z wykorzystaniem modulacji analogowych. ?ierwsze radiolinie zbudowano w latach pi$"dziesiątych ubieg'ego wieku i s'uży'y do przesy'ania wielkiej liczby kana'&w telefonicznych (stosując zwielokrotnienie B,). @d lat osiemdziesiątych rozwijane są systemy telefonii kom&rkowej naziemnej (obecnie rozwijana jest już trzecia generacja

telefonii kom&rkowej # D/7). 3ozwijane są także systemy satelitarnych komunikacji oraz satelitarnej telewi zji.

?owszechna globalizacja wymusza globalne rozwiązania przekazywania informacji. /akie rozwiązania może zapewni" jedynie radiokomunikacja satelitarna. ?odstawowym problemem przy projektowaniu satelitarnych system&w jest wyb&r orbity. Niskie orbity maja takie zalety jak niewielkie op&Gnienie propagacyjne korzystny bilans energetyczny a przede wszystkim możliwo!" zapewnienia zasi$gu dla ca'ego globu 'ącznie z obszarami podbiegunowymi. ?odstawowe wady niskich orbit to potrzeba dużej liczby satelit&w do zapewnienia 'ączno!ci globalnej. Najwi$cej zalet posiada orbita g eostacjonarna w kt&rej satelita okrąża %iemi$ w odleg'o!ci *6=>H km. dzi$ki czemu pr$dko!" kątowa satelity jest taka sama jak pr$dko!" kątowa %iemi i w efekcie satelita jest pozornie nieruchomy dla obserwatora z %iemi. 7tanowi to najwi$ksza zalet$ tej orbity ponieważ eliminuje konieczno!" stosowania kosztownych i skomplikowanych urządzeF do jego !ledzenia. ady tej orbity wynikają z dużej odleg'o!ci satelity od %iemi co powoduje: duże op&Gnienie i t'umienie sygna'u. adą jest r&wnież niemożno!" komunikacji z obszarami podbiegunowymi (powyżej =
sp&'czesne system telewizji satelitarnej wykorzystuje satelity geostacjonarne. ,o satelity dosy'any jest sygna' z %iemi i po przemianie cz$stotliwo!ci i wzmocnieniu (oko'o 5<< d+) transmitowany jest na wybrany obszar. Nadawanie odbywa si$ w pa!mie 5<= do 54=6 9z ( w D7A i w 3osji w pa!mie E 9z). Nadajniki posiadają moc rz$du kilkudziesi$ciu at co zapewnia na %iemi g$sto!" mocy od 5< do ponad 5<< p.1m 4 . Jnergii do urządzeF satelity dostarczają baterie s'oneczne. @becnie stosowane są fotoogniwa krzemowe o napi$ciu <6K i sprawno!ci ponad 5< 8. Antena nadawcza satelity sk'ada si$ z reflektora parabolicznego o!wietlanego przez uk'ad Gr&de' znajdujących si$ w jego ognisku. ?odzia' mocy mi$dzy poszczeg&lnymi elementami uk'adu o!wietlającego umożliwia odpowiednie kszta'towanie wiązki fal na rozkaz z %iemi w zależno!ci od potrzeb.  systemie /K satelitarnej wykorzystuj$ si$ modulacj$ cz$stotliwo!ci B. ,o odbioru sygna'u na %iemi wykorzystuje si$ anteny reflektorowe pod!wietlane (anteny ofsetowe).  ognisku anteny znajduje si$ jeden lub wi$cej konwerter&w.  konwerterze nast$puje wzmocnienie i obniżenie cz$stotliwo!ci sygna'u do zakresu L6<#456< z. /uner wybiera sygna' z żądanego kana'u i demoduluje go tak aby by' możliwy jego odbi&r przez odbiornik /K.

2+. Judowa' zasada działania i chrakterystyki diody "%H

,ogodnym o!rodkiem kt&ry możemy wykorzysta" do budowy Gr&d'a !wiat'a jest materia' p&'przewodnika za! konstrukcją kt&ra to umożliwia jest z'ącze p#n.  p&'przewodniku no!niki: elektrony i dziury nie mogą przyjmowa" dowolnych energii. stnieje bowiem w nim zakres energii zabronionych dla no!nik&w nazywany przerwą zabronioną. zabronioną. Jnergie wi$ksze niż ni ż energie przerwy zabronionej nazywamy pasmem przewodnictwa a granic$ pomi$dzy przerwą zabronioną a pasmem przewodnictwa oznaczamy przez J C C . %akres energii leżący poniżej przerwy zabronionej a granic$ pomi$dzy tymi zakresami oznaczamy przez J K K.  Jlektrony i dziury w p&'przewodniku mogą przyjmowa" tylko energie z pasm: przewodnictwa i walencyjnego. ?o zetkni$ciu ze sobą dw&ch obszar&w p&'przewodnika o przeciwnych typach domieszkowania na ich styku powstaje bariera potencja'u kt&ra uniemożliwia swobodny przep'yw nadmiarowych no!nik&w pomi$dzy tymi obszarami.  obszarze typu Mn mamy wi$c niemal same elektrony w obszarze typu Mp niemal same dziury (rys.a). ?o przy'ożeniu do struktury napi$cia w kierunku przewodzenia nast$puje przep'yw no!nik&w pomi$dzy obszarami.  tak: elektrony z obszaru typu Mn w$drują do obszaru typu Mp a dziury z obszaru Mp do obszaru Mn (rys.b). tedy w tym samym miejscu pojawiają si$ oba typy no!nik&w mogą wi$c rekombinowa". 3ekombinacja pary elektron#dziura jest w zasadzie zaj$ciem przez elektron o energii z pasma przewodnictwa miejsca w pa!mie walencyjnym. iąże si$ to ze zmianą energii elektronu. /ej energii elektron musi si$ pozby". oże to zrobi" na dwa sposoby: oddając ją o!rodkowi w postaci ciep'a lub wypromieniowując foton. /e dwa sposoby oddania energii nadają nazw$ procesowi rekombinacji.  tak gdy rekombinacji towarzyszy generacja fotonu nazywamy ją rekombinacją promienistą za! w przeciwnym przypadku rekombinacją niepromienistą. Niestety nie we wszystkich p&'przewodnikach zachodzi wydajna rekombinacja promienista. ,o tego w p&'przewodnik musi si$ charakteryzowa" prostą przerwą energetyczną.  tak najbardziej rozpowszechniony najtaFszy i najlepiej poznany p&'przewodnik - krzem 7i posiada sko!ną przerw$ energetyczną - rekombinacja promienista zachodzi w nim niezmiernie rzadko nie nadaje si$ on wi$c do budowy Grode' promieniowania. @dpowiednim materia'em jest za to np. arsenek galu 9aAs. Jnergia (a wi$c i d'ugo!" fali) foton&w wypromieniowanych w trakcie rekombinacji zależy od r&żnicy energii elektronu i dziury przed rekombinacją czyli od szeroko!ci przerwy zabronionej. 3&żne p&'przewodniki posiadają r&żne szeroko!ci przerwy zabronionej. ?rzez dob&r materia'u możemy wi$c otrzyma" odpowiednią interesującą nas d'ugo!" fali produkowanego promieniowania.

%'ącza p#n produkujące !wiat'o nazwano diodami OJ, (od s'&w Oight Jmitting ,iode ). ).

 diodach no!niki kt&re rekombinują są zast$powane no!nikami dop'ywającymi z kontakt&w. ;ednocze!nie liczba produkowanych foton&w jest proporcjonalna do liczby rekombinujących no!nik&w. ynika stąd że moc optyczna promieniowana przez diod$ OJ,  jest proporcjonalna do prądu diody. /a zależno!" zależno!" przestaje by" s'uszna dla dużych prąd&w polaryzacji diody. ?onadto efektywno!" generacji promieniowania optycznego w diodzie spada wraz ze wzrostem temperatury. 7zeroko!ci pasm przewodnictwa i walencyjnego są niezerowe. 7koro tak to znajdziemy no!niki posiadające r&żne energie z zakresu tych pasm. /e no!niki mogą rekombinowa" w r&żnych konfiguracjach. ożliwa jest wi$c taka kombinacja w kt&rej r&żnica energii no!nik&w jest sporo wi$ksza od przeci$tnej jak też i taka w kt&rej jest ona od przeci$tnej znacznie mniejsza. 9enerowane przez diod$ OJ, promieniowanie b$dzie wi$c zawiera" fotony o r&żnych energiach a co za tym idzie r&żnych d'ugo!ciach fali. Pszta't widma promieniowania zależy od funkcji okre!lającej prawdopodobieFstwo napotkania pary elektron# dziura o danej r&żnicy energii. ?onieważ szeroko!ci pasm w p&'przewodniku są stosunkowo duże to widmo promieniowania diody OJ, jest szerokie. Polejnym problemem wymagającym om&wienia jest pasmo pracy diody.  przypadku w'ączania i wy'ączania diody OJ, istotnym ograniczeniem pasma pracy jest mechanizm wy'ączania diody. 9dy w'ączymy przyrząd czyli gdy Mnape'nimy go nadmiarowymi no!nikami kt&re mają rekombinowa" produkując fotony wtedy jedynym mechanizmem usuwającym te no!niki jest rekombinacja samoistna. Czas opr&żniania diody zależy wi$c od jej pr$dko!ci czyli od czasu życia no!nik&w. /en w'a!nie proces ogranicza szybko!" wy'ączania diody a wi$c i pasmo pracy. /ypowe warto!ci pasma pracy si$gają kilkuset z. @statnią w'a!ciwo!cią diody OJ, jest jej kątowa charakterystyka promieniowania.  przypadku tego przyrządu charakterystyka kątowa promieniowania jest bardzo szeroka. ynika to stąd że kierunek w jakim emitowany jest foton podczas rekombinacji nie jest niczym wymuszony. ,iody OJ, mają wi$c ma'ą sprawno!" wprowadzania !wiat'a do !wiat'owodu o ma'ej !rednicy. /o zwykle ogranicza ich stosowanie do !wiat'owod&w wielomodowych. ,iody OJ, pomimo ich silnych ograniczeF posiadają jednak nie zwykle istotną zalet$ jaką jest ich niska cena. /a dodatkowa ekonomiczna cecha w po'ączeniu z ich w'a!ciwo!ciami technicznymi sprawia że ich naturalnym polem zastosowa" są nadajniki kr&tkodystansowych 'ączy optycznych opartych o !wiat'owody wielomodowe o stosunkowo niewielkich przep'ywno!ciach. ?rzyk'adem takich 'ączy są 'ącza w sieciach komputerowych gdzie odleg'o!ci rz$du kilometra i przep'ywno!ci na poziomie 5<< +1s pozwalają na wykorzystanie wszystkich zalet tego rozwiązania.

2/. Judowa' zasada działania i charakterystyki lasera półprzewodnikowego ;aser półprzewodnikowy zwany inaczej laserem diodowym lu" diodą laserową z"udowany jest z wielowarstwowej struktury  półprzewodników n *nadmiar elektronów w pamie pamie przewodzenia) i p *więcej dziur w pamie pamie walencyjnym). -ewnętrzne cianki falowodu tworzą rezonatory 7a"ryXe$o9Perota. ( celu zapo"ieżenia nadmiernym kątom roz"ieżnoci wiązki stosuje się dodatkowe układy optyczne *pryzmatyczne lu" cylindryczne). (ady laserów można wyeliminowa! w yeliminowa! układem zasilającym z ujemnym sprzężeniem zwrotnym. B"ecnie lasery te$o typu mają dodatkowo w"udowaną fotodiodę do pomiaru natężenia emitowane$o wiatła. Działanie # Przejcie elektronu do pasma przewodzenia na skutek zasilania prądem połączone jest z odwrotnym procesem spontanicznym, zwanym radiacyjnym procesem rekom"inacji. Proces ten prowadzi do uwolnienia fotonu. Przy dostatecznie dużym  prądzie może powsta! inwersja inwersja o"sadze%, pozwalająca pozwalająca wywoła! akcję laserową. ;asery półprzewodnikowe dzielimy na złączowe *diodowe) oraz "ezzłączowe *z"udowane z jednolite$o materiału). Podstawowe parametry lasera# Dłu$o! fali * ) 0 jest to dłu$o! fali fali wietlnej wietlnej $enerowane $enerowanejj przez laser. laser. • Dłu$o! 0 czyli prąd przy którym emisja wymuszona przeważa nad emisją spontaniczną. • Prąd pro$owy 0 maksymalna warto! mocy optycznej $enerowanej przez laser. Prąd wyma$any do • &aksymalna moc wyjciowa uzyskania większej mocy optycznej uszkadza laser. 0 przy modulacji "ezporedniej parametr ten okrela zakres częstotliwoci, w jakim efektywno! • J9dW pasmo pracy 0 modulacji okrelona przez współczynnik $łę"okoci modulacji, spada o J dW od wartoci maksymalnej. 24. )pisz zasad modulacji natżenia promieniowania diody laserowej &odulację dzielimy ze wz$lędu na typ kodowanej informacji i ze wz$lędu na sposó" realizacji. Pierwszy typ wyróżnia modulację analo$ową i cyfrową. &odulacja analo$owa służy do przesłania informacji w postaci sy$nału analo$owe$o. &odulacja cyfrowa jest naj"ardziej rozpowszechniona. ( przypadku cyfrowej modulacji intensywnoci zwykle wyma$amy jedynie te$o, a"y przy przesyłaniu lo$iczne$o K+L przesyłana "yła " yła jak najmniejsza moc optyczna *najlepiej + m() a przy przesyłaniu lo$icznej KCL przesyłana moc "yła jak największa. nnym podziałem modulacji jest podział na "ezporednią i zewnętrzną. &odulacja "ezporednia pole$a na zmianie mocy wyjciowej same$o 3ródła wiatła. (ykorzystuje się tu zależno! mocy wyjciowej lasera od prądu. -miana prądu płynące$o przez laser przekłada się niemal proporcjonalnie na zmianę mocy optycznej. ( przypadku modulacji zewnętrznej laser stanowi tylko i wyłącznie 3ródło wiatła o stałej mocy. &odulacja mocy od"ywa się poza laserem w elementach o re$ulowanym tłumieniu. 6akie elementy nazywamy modulatorami. =a dzie% dzisiejszy dwie naj"ardziej rozpowszechnione konstrukcje modulatorów to modulator elektrooptyczny &ach9-endera i modulator elektroa"sorpcyjny. elektroa"sorpcyjny.

25. )pisz -udow i zasad działania modulatora m odulatora &achK6enderIa Mednym ze sposo"ów realizacji procesu modulacji mocy optycznej jest modulacja zewnętrzna. ;aser staje się wtedy 3ródłem wiatła o stałej mocy. Proces modulacji od"ywa się poza laserem w zewnętrznym przyrządzie o re$ulowanej transmisji 0 modulatorze zewnętrznym. Działanie modulatora &ach9-enderXa opiera się o efekt elektrooptyczny, czyli o zależno! parametru optyczne$o, jakim jest współczynnik załamania wiatła KnL w materiale, od natężenia pola elektryczne$o 8 0 n*8). -ależno!, która znalazła zastosowanie w modulatorach to zależno! liniowa zwana efektem Pockels
8fekt Pockels
27. )pisz struktur' mechanizm fotodetekcji i charakterystyki fotodiody pKiKn ( fotodiodzie  p-i-n między o"szarem  p i n umieszczony jest o"szar i sła"o domieszkowany 0 rys.R.Ea. B"szar i jest przy polaryzacji zaporowej silnie zu"ożony. B"szar i wraz z o"szarami dyfuzji po o"u stronach zajmują znaczną dłu$o! (, znaczna czę! $enerowanych przez fotony noników "ierze "ierze udział udział w prądzie, ronie ronie .

7otodetektor dokonuje zamiany strumienia wietlne$o na prąd elektryczny. 6a zamiana, czyli proces fotodetekcji, pole$a na optycznej a"sorpcji fotonów w materiale półprzewodnikowym. @harakterystyki statyczne fotodiody p9i9n są typowymi charakterystykami diody półprzewodnikowej, przy czym kierunek  przewodzenia nie jest wykorzystywany. wykorzystywany. @harakterystyki w kierunku zaporowym, zaporowym, mierzone dla różnych poziomów owietlenia,  pokazano na rysunku. Prąd KciemnyL, KciemnyL, mierzony dla , powinien "y! jak najmniejszy.  =a podstawie charakterystyk charakterystyk statycznych można wyznaczy! wyznaczy! wartoci czułoci fotodetektora. Doprowadzając do fotodiody sy$nał zmodulowany można wyznaczy! wpływ częstotliwoci modulacji na warto! czułoci. @zuło!, jak można oczekiwa! 0 maleje ze wzrostem częstotliwoci modulacji. ?dy napięcie polaryzacji z"liża się do + pojawiają się efekty nieliniowe, warto! czułoci jest zależna od napięcia polaryzacji, a także  pojemno! diody staje się nieliniowa. nieliniowa. Dla napię! polaryzacji polaryzacji mniejszych od 0J Y proces fotodetekcji jest w szerokim szerokim zakresie mocy optycznych liniowy. 7otodiody p9i9n są w ostatnich latach powszechnie uznane za najlepsze rozwiązanie pro"lemu fotodetekcji sy$nałów telekomunikacji optycznej. ch atuty to# • duża wydajno! kwantowa, • od"iór sy$nałów optycznych o modulacji do +...C++ ?Zz, • niski poziom szumów rutowych,

•

sta"ilne parametry w szerokim pasmie częstotliwoci i łatwo! dopasowania do wzmacniaczy od"iornika optyczne$o.

28. )pisz układ ideowy swiatłowodowego ł#cza analogowego

5y$nał analo$owy dostarczony do nadajnika kierowany jest przez wzmacniacz do lasera. 4tóre$o moc optyczna modulowana  jest w takt te$o sy$nału. sy$nału. Po transmisji wiatłowodem sy$nał dociera do fotodetektora fotodetektora i po wzmocnieniu wzmacniaczem wzmacniaczem pojawia się na wyjciu od"iornika. 5y$nał wyjciowy powinien "y! możliwie wierną kopią wejciowe$o. [ącze wiatłowodowe z modulacją "ezporednią mocy optycznej $enerowanej przez laser#

Proces modulacji oparty na zamianie modulacji prądu diody laserowej na $enerowaną przez nią moc optyczną od"ywa się z pewną sprawnocią. Decydującym parametrem jest nachylenie charakterystyki diody laserowej . Proces konwersji mocy optycznej na prąd wyjciowy dokonujący się w od"iorniku optycznym dokonuje się także ze sprawnocią okreloną czułocią detektora . ( oparciu o te wielkoci można proces modulacji i demodulacji oceni! z ener$etyczne$o  punktu widzenia. [ącze wiatłowodowe z modulacją zewnętrzną mocy optycznej przez modulator elektrooptyczny#

5y$nał optyczny kierowany jest do modulatora elektrooptyczne$o typu &ach9-ehnder
!<. )pisz układ ideowy swiatłowodowego ł#cza cyfrowego

 =ajpopularniejszym typem łącza optyczne$o optyczne$o jest łącze cyfrowe. cyfrowe. @elem transmisji jest przesłanie 9 możliwie możliwie "ez"łędnie 9 od nadajnika do od"iornika cią$u licz".  =ajprostsze rozwiązanie łącza łącza cyfrowe$o wykorzystuje technikę &9DD &9DD *an$.  Intensity Modulation – irect etection etection). 6ak jak  pokazano to na rysunku, łącze optyczne optyczne składa się z nadajnika, nadajnika, wiatłowodu i od"iornika. Przy$otowany odpowiednio odpowiednio przez układy multipleksacji i kodowania sy$nał trafia do nadajnika optyczne$o. 5y$nał optyczny $enerowany przez nadajnik jest następnie transmitowany wiatłowodem kwarcowym do od"iornika. 5y$nał optyczny, osła"iony tłumieniem tł umieniem wiatłowodu, z impulsami zniekształconymi efektami dyspersji, dopływa do od"iornika. ( od"iorniku od"ywa się detekcja "ezporednia * irect etection), na diodzie P=. 5pecjalne układy re$enaracyjne przywracają kształt impulsom. =astepnie odpowiednie uklady elektroniczne rozprowadzają sy$nał do innych elementów sieci telekomunikacyjnej. @yfrowe łącze wiatłowodowe z modulacją "ezporednią mocy optycznej $enerowanej przez laser#

(ynikiem modulacji impulsy mocy optycznej, czyli $rupy, paczki fotonów, które rozpoczynają podróż swiatłowodem. Przy modulacji impulsami odpowiadajacymi prędkoci transmisji C+ ?"Is czas przepływu takie$o impulsu wynosi niecałe C++ ps, a KpaczkaL fotonów zajmuje dłu$o! około J cm. Bczywicie $ęsto! fotonów nie jest jednakowa na całej dłu$oci KpaczkiL i nie jest czystym prostokatem, a raczej impulsem o kształcie z"lżonym do krzywej ?aussa. @yfrowe łącze wiatłowodowe z modulacją zewnętrzną mocy optycznej przez modulator elektrooptyczny#

Dwustanowa modulacja amplitudy *modulacja mocy optycznej) typu Kon9off keyin$L BB4 jest także możliwa $dy zastosujemy modulator zenetrzny &ach9-ehndera. A"y wykorzysta! w pełni możliwoci modulatora powinnimy modulowa! je$o transmisję od stany maksymalnej transmisji do minimalnej. =iestety nie jest to transmisja równa zeru, w do"rych modulatorach moc minimalna spada do CIR+ mocy maksymalnej. !1. ,ak działa system transmisyjny z multipleksacj# w dziedzinie długo*ci fali &ultipleksacja w dziedzinie dłu$oci fali (D&, al"o w dziedzinie częstotliwoci pole$a na tym, że jednym wiatłowodem  propa$owane są sy$nały sy$nały pochodzące z kilku nadajników optycznych. optycznych. 4ażdy laser emituje inną dłu$o! fali, sy$nały sy$nały po połączeniu transmitowane są wiatłowodem. 4ażdy z laserów modulowany jest też oddzielnie, zwykle z. wykorzystaniem techniki B6D&. Po stronie od"iorczej sy$nały są kierowane do fotodetektorów. Przed detekcją sy$nały są filtrowane przez optyczne filtry. 5ie! optyczna (D& może zawiera! wzmacniacze optyczne, wzmacniające wszystkie lu" tylko niektóre dłu$oci fali. &ultipleksacja (D&1 podstawowa struktura układu z transmisją z punktu do punktu * point to point )

!2. Edea multipleksacji na podno*nych &odulacja na mikrofalowych częstotliwociach podnonych :=&9 !u"#arrier Multi$le%in&  jest  jest modulacją analo$ową. 5y$nał niosący informację moduluje podnoną o częstotliwoci radiowej 27. 5am transmitowany sy$nał może mie! charakter analo$owy i cyfrowy. 5y$nałem takim można zmodulowa! "ezporednio laser, lu" też wprowadzi! do modulatora zewnętrzne$o. &odulacja te$o typu wykorzystywana jest do transmisji analo$owych sy$nałów czujników i w sieciach @A6Y. 5chemat ideowy układu z multipleksacją na podnonych 5@&#

5y$nały z = kanałów, zawierające n zmodulowanych sy$nałów nonych, są sumowane przez multiplekser i kierowane do nadajnika laserowe$o. 5y$nał wyjciowy multipleksera ma "ardzo złożoną naturę i modulacja mocy optycznej lasera ma charakter analo$owy. 6alety systemów z multipleksacj# na podno*nych :=&L • B"ró"ka sy$nałów od"ywa się na drodze elektrycznej, zarówno po stronie nadawczej, jak i • •

od"iorczej1 techniki te są do"rze

rozwinięte i znane, a elementy tanie. (iele kanałów transmisji, co w połączeniu z małą tłumiennocią wiatłowodów umożliwia wykorzystanie w sieciach @A6Y. ( rozmaitych kanałach można stosowa! rozmaite techniki modulacji podnonych# analo$owe i cyfrowe, "inarne i wielostanowe.

Wady systemów z multipleksacj# na podno*nych :=&L • B$raniczone pasmo kanału o$ranicza szy"ko! transmisji w kanale. • 5tałe pro"lemy z przesłuchami między kanałami i zniekształceniami intermodulacyjnymi. • 4onieczno! o$raniczenia efektów intermodulacji zmusza do# o o

zmniejszenia indeksu modulacji1 zmniejszenia mocy wyjciowej nadajników laserowych. l aserowych.