Teoría electromagnética y sistemas de radiofrecuencia y ópticos

Juan Carlos Collado Gómez

Departamento Teoría de la Señal y ComunicacionesEscuela Politécnica Superior de Castelldefels

Universidad Politécnica de Cataluña

Contexto BLOQUE TEMÁTICO I: CIRCUITOS DE MICROONDAS

Tema I.1. Adaptación de impedancias Tema I.2. Líneas de transmisión I. Conceptos y definiciones. Tema I.3. Líneas de transmisión II. Aplicación Tema I.4. Análisis de circuitos de microondas. Parámetros S Tema I.5. Circuitos pasivos de microondas I Tema I.6. Circuitos pasivos de microondas II

BLOQUE TEMÁTICO II: ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS Tema II.1. Introducción al bloque y revisión de conceptos generales Tema II.2. Ondas esféricas Tema II.3. Ondas planas Tema II.4. Propagación de ondas en dieléctricos con pérdidas y conductores Tema II.5. Incidencia de ondas en conductores Tema II.6. Incidencia de ondas en dieléctricos Tema II.7. Dispersión y velocidad de grupo

BLOQUE TEMÁTICO III: ÓPTICA Y FOTÓNICA Tema III.1. Óptica geométrica. Principios básicos y componentes ópticos Tema III.2. Fotones: Conceptos básicos e interacción con la materia Tema III.3. Enlace de comunicaciones óptico: emisor, fibra, detector

BLOQUE TEMÁTICO IV: ASPECTOS MEDIOAMBIENTALES Tema IV.1. Efectos biológicos de la radiación EM

BLOQUE TEMÁTICO V: LABORATORIO Tema V.1. Bloque de radiofrecuencia Tema V.2. Bloque de óptica

BLOQUE V. Tema 1

DuraciónBLOQUE V. Tema 1

Sesión de presentación: 1 Sesiones de laboratorio: 4

ObjetivosBLOQUE IV. Tema 1

xx

Aprender con la práctica

Al terminar este tema el estudiante debe de ser capaz de:

Con este tema se pretende:

Analizador de espectros

Contenido. Lo que hay que hacerBLOQUE IV. Tema 1

Banda asignada al servicio: entre 1400 y 1420 MHz4 operadores con un canal cada uno.

Canales centrados a 1401 MHz, 1404 MHz , 1407 MHz , 1410 MHz con anchos de banda de 1 MHz. (bandas de guarda de 2 MHz)

La potencia transmitida medida en la antena debe de ser mayor de 10 dBm La emisión de espúreos en bandas adyacentes no debe de superar:

f0±3MHz: -20 dBmf0±100MHz:-30 dBmf0±200MHz:-40 dBm

Objetivo: Enlace radiado

Emisor Receptor

Contenido. Lo que hay que hacerBLOQUE IV. Tema 1

VCO

Oscilador local

Amplif.

Mezclador

FiltroData in

Antena

demodulador FM (Analiz. Espect.)

oscilador local

Antena

Data out

Emisor

Receptor

Amplif.LNA

Filtro

Frecuencia imagen

Contenido. Lo que hay que hacerBLOQUE IV. Tema 1

Montar emisorMedir características de dispositivos y comparar con valor teórico

Realizar diseño si necesario

Justificar circuitos diseñados

Verificar que se cumplen especificaciones

Montar receptorMedir características de dispositivos y comparar con valor teórico

Mezclador

Filtro

Amplif.

Contenido. El analizador de espectrosBLOQUE IV. Tema 1

Introducción al analizador de espectros

Contenido. El analizador de espectros (I)BLOQUE IV. Tema 1

Interpretación como banco de filtros

Resolución

¿Banco de filtros sintonizables?

Frecuencia central

Span

Contenido. El analizador de espectros (II)BLOQUE IV. Tema 1

Receptor superheterodinoUn único filtro (filtro de resolución)

Contenido. El analizador de espectros (III)BLOQUE IV. Tema 1

Medida de frecuencia y potencia de un tono

0 4 GHz

1.300 GHz

Tiempo de barrido: número de puntos de medida

1 2 GHz

¿están viendo el espectro de la señal?

Disminuir filtro de resolución: cambia medida

Potencia y frecuencia medida correctamente

Contenido. El analizador de espectros (IV)BLOQUE IV. Tema 1

Visualizar espectro

1.299 1.301 GHz

RuidoAtenuador a la entradaRBW

Contenido. El analizador de espectros (V)BLOQUE IV. Tema 1

Medir P vs P

Normalizar

Contenido. El analizador de espectros (VI)BLOQUE IV. Tema 1

Medir P vs P

GT

AE

DUT Z0

¿S11?

L

L

Pinc

Pref

Pref-L

Pinc+L

cc

(Pref-L)-(Pinc-L)

Normalizar

Contenido. OrganizaciónBLOQUE IV. Tema 1

4 sesiones

Hojas de laboratorioObjetivo de la medida:

Procedimiento experimental: Montaje y comentarios útiles

Resultados obtenidos:

Valor teórico o según fabricante:

Conclusiones:

Evaluación: 30%+20%+20%

Examen 30%

Contenido. Guía de laboratorioBLOQUE IV. Tema 1

VCO POS200

1.-Espectro de la señal a la salida Discutir si la siguiente afirmación es cierta: “el analizador de espectros proporciona suficiente

resolución para visualizar el espectro de la señal generada por el VCO”2.-Potencia del tono principal y del segundo harmónico.

Comparar con datos del fabricante teniendo en cuenta la tensión DC de alimentación del VCO.3.-Deriva de la señal.

Cuantificad como creais conveniente esta deriva.4.-Sensibilidad del VCO (MHz/V).

Comparar con datos del fabricante.5.-Espectro de la señal a la salida del VCO modulada por señal cuadrada de 1 MHz con diferentes valores de tensión pico-pico.

Interpretad el resultado.6.-Espectro de la señal a la salida del VCO modulada por señal cuadrada de 1 Hz.

Interpretad el resultado. 7.-Circuito de OFFSET. Cambio en frecuencia por cada “vuelta” del potenciómetro.8.-Modular con la salida audio de una emisora de FM o walkman y, observando el espectro de la señal, ajustar frecuencia central de la portadora y BW de la señal FI según recomendaciones.9.-Demodular con AE

Contenido. Guía de laboratorioBLOQUE IV. Tema 1

Mezclador LRMS-30J

10.-Comprobar si el nivel de potencia en la puerta de entrada OL del mezclador es similar a alguno de los valores especificado por el fabricante.

Indicad su valor11.-Conectar en la puerta de FI la señal del VCO sin modular, observar la señal a la salida del mezclador (puerta RF).

Identificar las componentes frecuenciales que aparecen. Entre ellas la frecuencia imagen.12.-Medir las pérdidas de conversión y el aislamiento OL-RF.

Comparar con datos del fabricante13.-Coeficiente de onda estacionaria (VSWR-Voltage standing wave ratio) en la puerta de RF y el VSWR en la puerta FI.

Comparar con los datos de fabricante.14.-Representar aproximadamente el parámetro S21 (en dB) indicando frecuencia central y ancho de banda que consideréis conveniente, de un posible filtro paso banda que fuese útil en toda la banda del servicio asignado (apartado 1.1) y que atenuase la frecuencia imagen lo necesario para cumplir las especificaciones.

POS200+LRMS-30J

15.-Visualizar el espectro a la salida del mezclador Comprobad si la señal cumple las recomendaciones

Contenido. Guía de laboratorioBLOQUE IV. Tema 1

Redes de adaptación de amplificador emisor

16.-Medir con AE, el |S21| del amplificador sin redes de adaptación.Anotad también la potencia que proporciona a su salida.

17.-Medir los parámetros S del TRT incluyendo líneas de acceso al TRTMedir [S] del TRT sin calibrar para identificar primero el margen de frecuencias a la que se realizará la medida.Calibrar el analizador de redes siguiendo las indicaciones del profesor.Medir [S] con calibración activada y comparar con medida sin calibrar

18.-Medir los parámetros S del TRT sin incluir las líneas de acceso al TRT deshaciendo el retardo introducido por conectores y líneas.

Cortocircuitar la línea de entrada y salida mediante los "via-holes" para obtener el retardo introducido por las líneas de entrada y salida y cambiar los planos de referencia de medida de parámetros S siguiendo las indicaciones del profesor.

19.- Diseñar las redes de adaptación a la entrada y a la salida del TRT. Indicad el incremento en el |S21| conseguido al adaptar la entrada y la salida del TRT.

Contenido. Guía de laboratorioBLOQUE IV. Tema 1

POS200+LRMS-30J+Amplificador

20.-Observar el espectro y comprobar si la amplificación de la señal RF es la esperada.

Filtro en emisor y receptor

21.-Simular el filtro con VIPEC

22.-Medir los parámetros S del filtro usando el analizador de espectros.Cuantificar las pérdidas de inserción, perdidas de retorno, frecuencia central y ancho de banda

relativo a -3dB.Comparar medidas con simulaciones

POS200+LRMS-30J+Amplificador+Filtro

23.-Observar el espectro.Comprobar si la atenuación de la frecuencia imagen es la esperada.Verificar si se cumplen las recomendaciones del apartado 1.1.

POS200+LRMS-30J+Filtro+Amplificador

24.-Observar el espectro.Verificar si se cumplen las recomendaciones del apartado 1.1.

Contenido. Guía de laboratorioBLOQUE IV. Tema 1

RECEPCIÓN

Antena

25.-Observar el espectro que se recibe directamente a la salida de la antena

Amplificador de bajo ruido (LNA)

26.-Medir los parámetros S del LNA con A.E. Comparar las medidas con la ganancia y el VSWR (sólo a la entrada) que da el fabricante.

Antena+LNA

27.-Observar el espectro a la salida del LNA y compararlo con el espectro a la salida de la antena.

Antena+LNA+Mezclador

28.-Observar el espectro a la salida de la puerta FI.

29.-Demodular la señal usando el analizador de espectros y comprobar el correcto funcionamiento de todo el enlace.