Radio VHF ed HF. Telecomunicazioni per l Aerospazio. P. Lombardo DIET, Univ. di Roma La Sapienza Radio VHF ed HF- 1

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1 Radio VHF ed HF P. Lombardo DIET, Univ. di Roma La Sapienza Radio VHF ed HF- 1

2 Alcune delle bande aeronautiche P. Lombardo DIET, Univ. di Roma La Sapienza Radio VHF ed HF- 2

3 Disposizione antenne su aeromobile P. Lombardo DIET, Univ. di Roma La Sapienza Radio VHF ed HF- 3

4 Basics of Radio: Propagation The path radio waves take dependent on frequency VHF Very High Frequency is only capable of line-of-site communications Buildings, mountains, leaves may interfere Higher an aircraft, the wider coverage 2500 AGL has an effective radius of 50 Miles HF - High Frequency is capable of world wide communication Strongly dependent on frequency, antenna, time of day P. Lombardo DIET, Univ. di Roma La Sapienza Radio VHF ed HF- 4

5 La propagazione e.m. alle diverse frequenze HF radio VHF radio radio UHF SATCOM NDB VOR Radar primari DME/SSR VHF marker P. Lombardo DIET, Univ. di Roma La Sapienza Radio VHF ed HF- 5

6 Propagazione in linea di vista L orizzonte limita la visibilità massima R ( Re ht ) Re ( Re hr ) Re R 2Rh 2Rh 2R e T e R e h T h R Raggio della terra: 6,371 km P. Lombardo DIET, Univ. di Roma La Sapienza Radio VHF ed HF- 6

7 Propagazione in linea di vista Si tiene in conto in condizioni di propagazione normali usando un Raggio terrestre equivalente R e = 4/3 x Raggio della terra: R e = 4/3 x 6,371 km R ( Km) 4,122 h ( m) h ( m) T R R e = 8,495 km 1 nautical mile = km 1ft = m P. Lombardo DIET, Univ. di Roma La Sapienza Radio VHF ed HF- 7

8 Basics of Radio: Modes The type of modulation To send a signal via radio, you modulate or superimpose voice on a carrier of radio frequency energy. AM, FM and SSB are just ways of sending voice information. CAP uses AM amplitude modulation FM - frequency modulation, and SSB single sideband along with some digital modes. Normally, we use: AM on Aircraft Bands SSB on HF FM on VHF and UHF P. Lombardo DIET, Univ. di Roma La Sapienza Radio VHF ed HF- 8

9 Modulazione ampiezza (I) Segnale modulato m(t) k a + x(t) s AM (t) = A c [1 + k a m(t)]cos(2f c t+) Segnale modulante = m(t); Segnale portante = A c cos(2f c t); Demodulazione semplice se 1> k a m(t) ; 1 A c cos(2f c t+) s(t)=a c [1+k a m(t)]cos2f c t Spettro del segnale modulato S AM (f) = ½ A c [(f-f c )e j + k a M(f-f c ) e j + (f+f c ) e -j + k a M(f+f c ) e -j ] M(f) X(f) -B B Ac 2 k a e j M f f c Ac e 2 j + - f -f c -B -f c -f c +B f f c 0 Ac 2 k a e j M f f - f c -B c Ac e 2 f c j f f c + f c +B f Banda laterale inferiore Banda laterale superiore P. Lombardo DIET, Univ. di Roma La Sapienza Radio VHF ed HF- 9

10 Modulazione ampiezza (II) Larghezza di banda B AM = 2B con B banda del segnale modulante; Potenza trasmessa P AM = ½ A c2 [1 + 2k a <m(t)> + k a2 <m 2 (t)>] <> operatore di valore medio Se m(t) = cos(2f m t) allora P AM = ½ A c2 [1 + k a2 P m ] = P c [1+k a 2 /2] P c = ½ A c 2 = potenza trasmessa sul segnale portante; P c k a2 P m = P c k a2 /2 = potenza trasmessa sul segnale modulante; OSSERVAZIONI Banda del segnale modulato doppia rispetto alla banda del segnale modulante; Parte consistente della potenza trasmessa sul segnale portante e non sul segnale modulante; Possibili schemi alternativi: portante soppressa & banda laterale unica P. Lombardo DIET, Univ. di Roma La Sapienza Radio VHF ed HF- 10

11 Basics of Radio: AM Amplitude Modulation Used in aircraft radios to communicate with ATC, tower, other aircraft, airport operations, etc. Worldwide standard for aircraft communication Very old type of modulation first used in early development of radio Tends to be noisy, easily interfered with. Allows lots of static and ignition noise. Bad feature. Allows two stations to be heard over one another i.e. no capture effect as with FM. Good feature. Both AM and FM are used on VHF P. Lombardo DIET, Univ. di Roma La Sapienza Radio VHF ed HF- 11

12 Copertura delle radio VHF P. Lombardo DIET, Univ. di Roma La Sapienza Radio VHF ed HF- 12

13 Utilizzazione delle radio in volo P. Lombardo DIET, Univ. di Roma La Sapienza Radio VHF ed HF- 13

14 HF: Propagazione ionosferica P. Lombardo DIET, Univ. di Roma La Sapienza Radio VHF ed HF- 14

15 HF: Propagazione ionosferica P. Lombardo DIET, Univ. di Roma La Sapienza Radio VHF ed HF- 15

16 HF: Propagazione ionosferica P. Lombardo DIET, Univ. di Roma La Sapienza Radio VHF ed HF- 16

17 Basics of Radio: SSB Single Sideband CAP uses SSB on HF SSB uses a very small bandwidth, compared to AM and FM modes Used for L O N G Distance Comms HF Operation is specialized, but very useful because it is very efficient P. Lombardo DIET, Univ. di Roma La Sapienza Radio VHF ed HF- 17

18 Modulazione di ampiezza BLD / DSB Trasformata di Fourier, per segnali impulsivi: Segnale di banda base Segnale modulato P. Lombardo DIET, Univ. di Roma La Sapienza Radio VHF ed HF- 18

19 AM con banda laterale unica (SSB) Per segnali reali le bande laterali contengono la stessa informazione (proprietà di simmetria della trasformata di Fourier); E necessario trasmettere una sola banda laterale superiore o inferiore per poter ricostruire il segnale dal lato ricezione; m(t) k a + BPF 1 A c cos(2f c t+) M(f) x(t) Filtro passa-banda per eliminare una banda laterale X(f) Ac k e 2 j a f f c Ac j k e f a 2 f c -B B f + -f c -B -f c 0 f c + f c +B f Vantaggi SSB Richiesta solo metà banda; Svantaggi SSB Demodulazione più complessa; OSSERVAZIONI Possibile soluzione intermedia tra doppia banda laterale (DSB) e banda laterale unica (SSB) banda vestigiale; Portante intera o soppressa e banda laterale doppia o unica possono dare luogo a diverse combinazioni AM possibili; P. Lombardo DIET, Univ. di Roma La Sapienza Radio VHF ed HF- 19

20 AM vantaggi/svantaggi Vantaggi Larghezza di banda richiesta bassa; Modulazione e demodulazione del segnale semplici; Svantaggi Mantiene una relazione lineare tra il segnale modulante e modulato impossibilità di utilizzare dispositivi operanti in regime non-lineare (i.e. in prossimità della saturazione); Segnali interferenti sono ricevuti additivamente e devono essere discriminati durante la demodulazione scarsa robustezza a disturbi; Il rumore influenza in modo sostanziale l ampiezza del segnale ricevuto; Schemi di demodulazione coerente difficili da implementare (aggancio portante di ricezione a portante di trasmissione sia in frequenza che in fase) soprattutto per il caso SC. P. Lombardo DIET, Univ. di Roma La Sapienza Radio VHF ed HF- 20

21 Simplex vs. Duplex Simplex Transmit and receive on the same frequency Buildings, terrain, altitude Duplex Transmit on one frequency and receive on another Repeaters Duplex mode Used to extend coverage and get over obstacles Single Frequency - One Station at a Time R T Two Frequencies - One Station at a Time Repeater increases the range of mobile stations due to its high profile location P. Lombardo DIET, Univ. di Roma La Sapienza Radio VHF ed HF- 21