Transpondér – Komplexní slovníček a technický přehled

Úvod & definice

Transpondér je automatické elektronické zařízení, které přijímá specifický signál a okamžitě vysílá předdefinovanou odpověď. Termín vznikl spojením slov „transmitter” (vysílač) a „responder” (odpovídač) a vystihuje jeho hlavní funkci – umožnit bezproblémovou, automatizovanou výměnu kritických informací. Transpondéry jsou základním prvkem systémů pro bezpečnost letectví, námořní navigaci, satelitní komunikaci, sledování pomocí RFID a mnoho dalšího. Jejich automatizace eliminuje ruční zásahy, snižuje prodlevy a zvyšuje spolehlivost – což je zásadní pro bezpečnostní a vysoce efektivní provozy.

Transpondéry mohou být aktivní (s vlastním zdrojem energie) nebo pasivní (napájené přijatým signálem). Jejich konstrukce sahají od jednoduchých RFID štítků až po pokročilé letecké a satelitní moduly s šifrováním a komplexní logikou. Díky této variabilitě poskytují transpondéry jedinečnou identifikaci, stav v reálném čase, zabezpečenou komunikaci a interoperabilitu v propojených sítích.

Princip fungování

Transpondéry pracují na principu zpracování příchozích signálů a generování okamžité, deterministické odpovědi. Tento cyklus zahrnuje:

1. Přijímací anténa/rozhraní: Zachytí dotazovací signál v určeném pásmu.
2. Nízkofrekvenční zesilovač (LNA): Zesiluje slabé signály při minimalizaci šumu.
3. Frekvenční konvertor: Posune signál na frekvenci vhodnou pro zpracování.
4. Pásmová propust: Odstraňuje šum mimo pásmo, izoluje relevantní signál.
5. Zpracování/enkódování dat: Získá nebo zakóduje data (ID, výšku, stav atd.) pro odpověď.
6. Výkonný zesilovač (HPA): Zesiluje odchozí odpovědní signál.
7. Vysílací anténa/rozhraní: Vysílá odpověď nebo ji předává dalšímu systému.

V pokročilých systémech (například satelity) transpondéry také demodulují, regenerují a znovu modulují signály, čímž zlepšují kvalitu a podporují sofistikované protokoly.

Provozní logika

Transpondéry reagují okamžitě na platnou dotazovací výzvu, často používají různé frekvence pro příjem a vysílání (např. 1030 MHz/1090 MHz v letectví), aby zabránily rušení. Pasivní typy využívají energii z přijímaného signálu, což omezuje dosah, ale umožňuje bezúdržbový provoz. Aktivní typy využívají vlastní napájení pro odpovědi na delší vzdálenost a vyšší integritu.

Typy & klasifikace

Podle zdroje energie

• Aktivní transpondéry: Napájené baterií, umožňují silnější signály, delší dosah a pokročilé funkce. Používají se v letectví, satelitech, námořním AIS a některých RFID.
• Pasivní transpondéry: Nemají vlastní zdroj napájení; využívají energii z dotazovacího signálu. Jsou malé, levné a ideální pro RFID štítky a krátkodobý přístup vozidel.

Podle aplikace

Satelitní transpondéry

Převádí signály přijaté ze země, mění frekvenci, zesilují a znovu vysílají zpět na Zemi. Typy:

• Bent-pipe (konvenční): Zesilují a mění frekvenci.
• Regenerativní: Demodulují, vyčistí a opět modulují pro vyšší kvalitu.

Používají se v TV, internetové páteři a globální telekomunikaci. Podléhají standardům ITU a ICAO.

Letecké transpondéry

Instalované v letadlech pro identifikaci v reálném čase, výměnu výšky a dat s řízením letového provozu pomocí sekundárního radarového sledování (SSR):

• Režim A: Jen identifikace.
• Režim C: Identifikace + výška.
• Režim S: Jedinečná adresa, selektivní dotazování, TCAS/ADS-B.

Zásadní pro bezpečnost v letovém prostoru a prevenci kolizí. Odpovídají ICAO Annex 10, RTCA DO-181.

Radarové transpondéry (Racons)

Zvyšují radarovou viditelnost letadel, plavidel nebo záchranných bójí. Vysílají silné, charakteristické odpovědní pulzy na dotaz radaru, pomáhají při pátrání a záchraně nebo bezpečné vojenské identifikaci (IFF).

RFID transpondéry

Štítky pro automatickou identifikaci a sledování – aktivní pro větší dosah, pasivní pro inventarizaci a kontrolu přístupu. Pracují v LF (125–134 kHz), HF (13,56 MHz), UHF (860–960 MHz). Podléhají standardům ISO/IEC 18000.

Optické transpondéry

Převádí optické signály mezi formáty/vlnovými délkami (OEO konverze), klíčové v WDM sítích a dálkových optických spojích. Podporují vysoké datové rychlosti (10 Gbps+), pokročilou diagnostiku a tvoří páteř datacenter a telekomunikací.

Námořní AIS transpondéry

Vysílají ID plavidla, polohu, kurz a rychlost prostřednictvím VHF (161,975/162,025 MHz), podporují bezpečnost navigace, prevenci kolizí a soulad s mezinárodními normami (ITU-R M.1371, IMO SOLAS).

Transpondéry pro výběr mýtného & vjezd vozidel

Automatizují výběr mýtného a vjezd vozidel, používají RF komunikaci pro bezpečnou a rychlou identifikaci. Převládají pasivní typy kvůli nízké ceně, aktivní se používají pro delší dosah.

Podvodní akustické transpondéry

Používají se pro sonarovou navigaci a polohování podvodních vozidel a přístrojů. Reagují na specifické pingly jedinečným akustickým signálem, jsou robustní ve složitých podvodních podmínkách.

Souhrnná tabulka

Technické detaily & kódy

Letecké: Squawk kódy & režimy

• 4místné oktalové squawk kódy (0000–7777) přiděluje řízení letového provozu.
• Speciální kódy: 7500 (únos), 7600 (výpadek radiového spojení), 7700 (nouze), 1200 (výchozí pro VFR, USA).
• Režimy:
  • A: Pouze identifikace.
  • C: Identifikace + výška.
  • S: Jedinečná adresa, rozšířená data (ADS-B, TCAS).

Vojenské přidávají šifrované, mise-specifické režimy (např. režimy 4/5 pro IFF).

Satelitní frekvenční pásma

• C-pásmo: 4–8 GHz (uplink: 5,925–6,425 GHz, downlink: 3,7–4,2 GHz)
• Ku-pásmo: 12–18 GHz (uplink: 14 GHz, downlink: 12 GHz)
• Ka-pásmo: 26,5–40 GHz

Přiděluje a reguluje ITU a ICAO.

RFID protokoly

• LF: 125–134 kHz (sledování zvířat, kontrola přístupu)
• HF: 13,56 MHz (chytré karty, aplikace na krátkou vzdálenost)
• UHF: 860–960 MHz (dodavatelský řetězec, dlouhý dosah)

Definováno v ISO/IEC 18000.

Námořní AIS standardy

• VHF: 161,975/162,025 MHz
• Časově dělený multiplex (TDMA)
• Soulad s ITU-R M.1371, IMO SOLAS.

Využití

Transpondéry jsou nepostradatelné v:

• Letecký provoz: Identifikace letadel v reálném čase, výška, prevence kolizí (TCAS, ADS-B), efektivita a bezpečnost letového prostoru.
• Satelitní komunikace: Relace TV, rádia, internetu s převodem frekvence a regenerací signálu pro spolehlivé globální propojení.
• Námořní navigace: Sledování plavidel v reálném čase, prevence kolizí, pátrání a záchrana přes AIS. Podvodní akustické transpondéry umožňují přesné polohování pro výzkum a podmořská vozidla.
• Telekomunikace & datová centra: Optické transpondéry umožňují multiplexování vlnových délek, regeneraci signálu a velmi rychlý přenos dat.
• Automobilová doprava & transport: Elektronický výběr mýtného, bezpečný vjezd vozidel, ochrana proti krádeži a správa vozového parku.
• RFID/logistika: Rychlá, bezkontaktní inventarizace, sledování majetku, automatizace dodavatelského řetězce.
• Armáda & bezpečnost: Zabezpečená identifikace přítel-nepřítel, šifrované radarové a letecké režimy, kritické operace.
• Zdravotnictví: Identifikace pacientů, sledování vybavení, ověření medikace pomocí RFID.

Další zdroje & normy

• ICAO Annex 10 – Letecké telekomunikace
• ITU Radiokomunikační předpisy
• ISO/IEC 18000 RFID standardy
• IMO SOLAS – Bezpečnost života na moři
• RTCA DO-181 – MOPS pro ATC transpondéry

Transpondéry jsou neviditelní hybatelé moderní konektivity, bezpečnosti a automatizace – od letadel a lodí až po sklady, dálnice a datová centra. Jejich spolehlivé, automatické odpovědi udržují svět propojený, bezpečný a efektivně v pohybu.