electrónica de comunicaciones

Electrónica de Comunicaciones

ATE-UO EC mez 00

CONTENIDO RESUMIDO:

1- Introducción.

2- Osciladores.

3- Mezcladores y su uso en modulación y demodulación.

4- Filtros pasa-banda basados en resonadores piezoeléctricos.

5- Amplificadores de pequeña señal para RF.

6-Amplificadores de potencia para RF.

7- Moduladores.

8- Demoduladores.

9- Tipos y estructuras de receptores de RF.

10- Tipos y estructuras de transmisores de RF.

11- Transceptores para radiocomunicaciones.

3- Mezcladores y su uso en modulación y demodulación

ATE-UO EC mez 01

Idea fundamental:

Obtener una señal cuya frecuencia sea la suma o la diferencia de la frecuencia de otras dos

Mezclador

Señal de frecuencia f2

Señal de frecuencia f1

Señal de frecuencias (f1+ f2) y f1 - f2

O señal de frecuencia (f1 + f2)

O señal de frecuencia f1 - f2

Teoría del mezclador con un diodo

+

v1 = V1cos1t

v2 = V2cos2t

vs

Idea general

Ecuaciones: vs + vD = v1 + v2

vs = R·iD

iD ≈ kA·vD + kB·vD2

vs ≈ R[0,5kBV12 + 0,5kBV2

2 + kAV1cos1t + kAV2cos2t + 0,5kBV12cos(21t)

+ 0,5kBV22cos(22t) + kBV1V2cos(1+2)t + kBV1V2cos(1-2)t]

vs << vD, v1, v2

vD ≈ v1 + v2

Nos sobran las componentes de continua y de frecuencias f1, f2 2f1 y 2f2

ATE-UO EC mez 02

++

-

vsR

v1

v2

+

+ -vD

Realización práctica sin terminal común en las fuentes

iD

Mezclador con un diodo. Realización práctica

++

-

vsR

v1

v2

+

ATE-UO EC mez 03

+

-vs

R

+v1

v2

+

+ -vD

Realización práctica con terminal común en las fuentes y la carga

+

-vs

R+v1 v2 +

+ -vD

R1 R1

Realización práctica sin transformador y con terminal común en las fuentes y la carga

Teoría del mezclador equilibrado con dos diodos

ATE-UO EC mez 04

+ +

-

vsR

v1

v2

+

+ -vD

iD

v2

+R

+v1 +

-

vs1

+ -vD1 iD1

+

-

vs2

+v1

iD2+ -vD2

R

+

-

vs

vs1 ≈ R[0,5kBV12 + 0,5kBV2

2 + kAV1cos1t + kAV2cos2t + 0,5kBV12cos(21t)

+ 0,5kBV22cos(22t) + kBV1V2cos(1+2)t + kBV1V2cos(1-2)t]

vs2 ≈ R[0,5kBV12 + 0,5kBV2

2 - kAV1cos1t + kAV2cos2t + 0,5kBV12cos(21t) +

0,5kBV22cos(22t) - kBV1V2cos(1+2)t - kBV1V2cos(1-2)t]

vs = vs1 - vs2 = 2R[kAV1cos1t + kBV1V2cos(1+2)t + kBV1V2cos(1-2)t]

Sólo nos sobra la componente de frecuencia f1

Mezclador equilibrado con dos diodos. Realización práctica.

ATE-UO EC mez 05

v2

+R

+v1 +

-

vs1

+ -vD1 iD1

+

-

vs2

+v1

iD2+ -vD2

R

+

-

vs vs = R·(iD1 - iD2) = vs1 - vs2

+ -vD1

+ -vD2

+

-

vsR

v2

++v1

iD1

iD2

iD1 - iD2

1:1:1 1:1:1

Teoría del mezclador doblemente equilibrado con cuatro diodos (I)

ATE-UO EC mez 06

R+v1

+ -vD1 iD1

+v1

iD2vD2

R

+ -

v2

+

+

-

v13

+

-v24

+

-

vs

i13

i24

vD3

-

+iD3

vD4- +iD4

Ecuaciones:

iD = f(vD) ≈ kA·vD + kB·vD2

iD1 ≈ f(v1 + v2)

iD2 ≈ f(-v1 + v2)

iD3 ≈ f(v1 - v2)

iD4 ≈ f(-v1 - v2)

vs = v13 - v24 = i13R - i24R =

R[iD1 - iD3 - iD2 + iD4]

vs ≈ 4RkB[V1V2cos(1+2)t + V1V2cos(1-2)t]

Finalmente sólo habrá componentes de (f1+f2) y de f1-f2

Teoría del mezclador doblemente equilibrado con cuatro diodos (II)

ATE-UO EC mez 07

R

+v1

+v1

v2

+

-+ vsv2

+

Otra forma de realizar el conexionado de las fuentes y la carga

Analizando las ecuaciones se obtiene lo mismo que en el caso anterior, por lo que sólo habrá componentes de (f1+f2) y de f1-f2

Anterior

R+v1

+v1

R

v2

+

+

-

vs

Nueva

Mezclador doblemente equilibrado con cuatro diodos. Realización práctica (I)

ATE-UO EC mez 08

+

-

vsR

v2

+

+

v1

1:1:1

1:1:1

Anillo de diodos (normalmente diodos Schottky)

Primera implementación

+

-

vs R

v2

+

+

v1

1:1:1

1:1:1

Mezclador doblemente equilibrado con cuatro diodos. Realización práctica (II)

ATE-UO EC mez 09

Anillo de diodos (normalmente diodos Schottky)

Segunda implementación

Módulos comerciales de mezcladores doblemente equilibrados (I)

ATE-UO EC mez 10

Mezclador

Oscilador Local(terminal L)

Señal de RF(terminal R)

Salida de IF(terminal I)

Circuito interno del módulo

Módulos comerciales de mezcladores doblemente equilibrados (II)

ATE-UO EC mez 11

Carga de salida de un mezclador con diodos (I)

++

-

vsR

v1

v2

+

+ -vD

En todos los casos se ha supuesto que la carga era resistiva

Mezclador

ve2 de frecuencia f2

ve1 de frecuencia f1

vs de frecuencias (f1+ f2) y f1 - f2

Frecuencia f1 - f2

Lo normal es conectar un filtro a la salida

Ze filtro

La Ze filtro no va a ser resistiva, sino que va a depender de

la frecuencia

Hay que buscar un tipo de filtro con Ze filtro independiente

de la frecuencia. Se puede usar un diplexor ATE-UO EC mez 12

R

L

C

R

L

C

Ecuaciones:

Ze1 = Ls + R/(RCs + 1) =

(RLCs2 + Ls + R)/(RCs + 1)

Ze2 = 1/Cs + RLs/(Ls + R) =

(RLCs2 + Ls + R)/[(Ls + R)Cs]

Ze, Ye

Ze1, Ye1

Ze2, Ye2

Ye1 = (RCs + 1)/(RLCs2 + Ls + R)

Ye2 = (Ls + R)Cs/(RLCs2 + Ls + R)

Ye = (LCs2 + 2RCs + 1)/(RLCs2 + Ls + R)

Ze = R·(LCs2 + Ls/R + 1)/(LCs2 + 2RCs + 1)

Por tanto, para que Ze = R hace falta:

Carga de salida de un mezclador con diodos (II)

Diplexor

L/C = 2R2

ATE-UO EC mez 13

vs1/ve = 1/(LCs2 + Ls/R + 1)

vs2/ve = LCs2 /(LCs2 + Ls/R + 1)

Sustituimos R = (L/2C)1/2:

vs1/ve = 1/(LCs2 + (2LC)1/2s + 1)

vs2/ve = LCs2 /(LCs2 + (2LC)1/2s + 1)

Carga de salida de un mezclador con diodos (III)

Calculamos las funciones de transferencia

ATE-UO EC mez 14

R

L

C

R

L

C

+

-vs2

+

-vs1

+

-ve

0,1fC fC 10fC

-40

-30

-20

-10

0

10

[dB]

vs2/vevs1/ve

vs1(j) /ve(j)= 1/(1 - LC2 + j·(2LC)1/2

vs2(j) /ve(j)= -LC2/(1 - LC2 + j·(2LC)1/2

Llamamos C a la tal que vs1(j)/ve(jC)= vs2(j)/ve(jC)

Entonces: C= 1/(LC)1/2, fC = C/2 y vs1/ve(jC)= -3dB

Carga de salida de un mezclador con diodos (IV)

ATE-UO EC mez 15 0,1fC fC 10fC

-40

-30

-20

-10

0

10

[dB]

vs2/vevs1/ve

R

L

C

R

L

C

+

-vs2

+

-vs1

+

-ve

R

L

C

R

L

C

R

L

C

R

L

C

+

-vs2

+

-

+

-vs2

+

-vs1

+

-

+

-vs1

+

-ve

+

-

+

-ve

Conocidas las frecuencias fsum = f1 + f2 y fdif = f1 - f2, fC debe colocarse centrado entre ellas en el diagrama de Bode (que es logarítmico):fC = (fsum·fdif)1/2

Resumen:

fC = (fsum·fdif)1/2

fC= 1/[2(LC)1/2]L/C = 2R2 fC

fdif fsum

Teoría del mezclador con un transistor bipolar

Ecuaciones: vBE = v1 + v2

vs = R·iC

iC ≈ ISC + kA·vBE + kB·vBE2

vs ≈ R[ISC + 0,5kBV12 + 0,5kBV2

2 + kAV1cos1t + kAV2cos2t +

0,5kBV12cos(21t) + 0,5kBV2

2cos(22t) + kBV1V2cos(1+2)t + kBV1V2cos(1-

2)t] Nos sobran las componentes de continua y de frecuencias f1, f2 2f1 y 2f2ATE-UO EC mez 16

+

v1 = V1cos1t

v2 = V2cos2t

vs

Idea general

Realización práctica sin

terminal común en las fuentes

R+

-

vs

+

-vBE

+v1

v2

+

+ VCC

iC

IC (VEB=0) = -ISC

RB

iB

Polarización, pero manteniendo la operación no lineal

Mezclador con un transistor bipolar. Realizaciones prácticas (I)

ATE-UO EC mez 17

R+

-

vs

+

-vBE

+v1

v2

+

+ VCC

iC

+v1

v2

+

vBE

R+

-

vs

+

-

+ VCC

iC

Realización práctica con transformador

RB

iB

Polarización, pero manteniendo la operación no lineal

Mezclador con un transistor bipolar. Realizaciones prácticas (II)

ATE-UO EC mez 18

R+

-

vs

+

-vBE

+v1

v2

+

+ VCC

iC

vBE

R+

-

vs

+

-+

v1v2

+

+ VCC

iC

Realización práctica sin transformador. Ahora vBE = v1 - v2, pero las componentes finales son las mismas

¡Ojo: circula continua por esta fuente de alterna!

Mezclador con un transistor bipolar. Realizaciones prácticas (III)

ATE-UO EC mez 19

Filtrado de la frecuencia deseada

RB

+v1

v2

+

+ VCC

RC

+ VCC

RB

+v1

v2

+ R

+

-vs

LR

CR

CB

Circuito resonante

Mezclador con varios transistores bipolares

ATE-UO EC mez 20

Se puede conseguir cancelación de componentes

indeseadas por simetrías

Montajes equilibrados y doblemente equilibrados

Sólo nos sobra la componente de frecuencia f1. Se cancelan las de f2 2f1 y 2f2

Ejemplo de mezclador equilibrado

vBE1

+vBE2

+

Q1

VCC

R

iC1

1:1:1 iC2

+

--

Q2

+

vS

+

-v1

v2

1:1:1

Teoría general del mezclador con un transistor de efecto de campo (JFET, MOSFET o MESFET) (I)

ATE-UO EC mez 21

Diapositiva de la asignatura “Dispositivos Electrónicos y Fotónicos”

ATE-UO EC mez 22

Otra diapositiva de la asignatura “Dispositivos

Electrónicos y Fotónicos”

Teoría general del mezclador con un transistor de efecto de campo (JFET, MOSFET o MESFET) (II)

Ecuaciones del transistor bipolar:

iC = ISC - FISE + FISEeVBE/VT ≈ ISC + kA·vBE + kB·vBE2 + kC·vBE

3 + kD·vBE4 + …

Ecuaciones del transistor de efecto de campo:

IDPO ID0PO·(1 + VGS/VPO)2 = ID0PO + 2ID0PO VGS/VPO + ID0PO·(VGS/VPO)2

Sólo hemos considerado estos términos, pero hay más

ATE-UO EC mez 23

Prácticamente sólo hay estos términos

Un transistor de efecto de campo tiene una respuesta “más cuadrática” Sirve mejor para hacer mezcladores

Teoría general del mezclador con un transistor de efecto de campo (JFET, MOSFET o MESFET) (III)

C1

+v1

+

v2

C2

RG

RS

+ VCC

LR

CR

Circuito resonante

R

C3

+

-

vs

ATE-UO EC mez 24

Mezclador con un JFET. Realización práctica

Ejemplo de mezclador equilibrado con dos JFETs (I)

Mezclador con dos JFETs. Realización práctica (I)

ATE-UO EC mez 25

Sólo habrá componentes de f1, (f1+f2) y de f1-f2

vS++

VCC

R

1:1:1

+

-

v1

v2

1:1:1

RS

CSRS

CS

Ejemplo de mezclador equilibrado con dos JFETs (II)

Mezclador con dos JFETs. Realización práctica (II)

ATE-UO EC mez 26

Sólo habrá componentes de f1, (f1+f2) y de f1-f2

vS++

VCC R

1:1:1

+

-

v1

v2

1:1:1

RS

CS

Ejemplos de esquemas reales de mezcladores equilibrados con JFETs (obtenidos del ARRL Handbook 2001) (I)

ATE-UO EC mez 27

Ejemplos de esquemas reales de mezcladores equilibrados con JFETs (obtenidos del ARRL Handbook 2001) (II)

ATE-UO EC mez 28

El MOSFET de doble puerta (dual gate MOSFET o Tetrode)

G1

D

S

G2

ATE-UO EC mez 29

G2

G1

D1

S1

D

S

D2

S2

Se usan para hacer amplificadores de ganancia controlada (en

montaje cascodo)

También se usan para hacer mezcladores por el buen

aislamiento entre los “puertos” de entrada (las dos puertas)

Circuito equivalente

Estructura interna

(deplexión)

Mezclador con un MOSFET de doble puerta

+

-

vs

C1

+v1

+

v2

C2

RG1 RS

+ VCC

LR

CR

Circuito resonante

R

C3

G1

D

S

G2

CS

RG2

ATE-UO EC mez 30

ATE-UO EC mez 31

Ejemplos de MOSFET de doble puerta comerciales (I)

ATE-UO EC mez 32

Ejemplos de MOSFET de doble puerta comerciales (II)

ATE-UO EC mez 33

Ejemplos de MOSFET de doble puerta comerciales (III)

BF961

VG2S = 4 V

Ejemplos de MOSFET de doble puerta comerciales (IV)

ATE-UO EC mez 34

BF998

Ejemplos de MOSFET de doble puerta comerciales (V)

BF998

ATE-UO EC mez 35

Comportamiento frente a la tensión en cada una de las puertas

Teoría básica de una etapa diferencial (I)

Ecuaciones:

iC1 ≈ Ise vBE1/VT iC2 ≈ ISevBE2/VT

iO = iC1/ +iC2/

vd = vB1 - vB2 = vBE1 - vBE2

+ VCC

R

iC1

+

-

vs

Q1

vBE1

+

-vBE2

+

-

iC2

+

-

R

+ -

- VCC

Q2

vB1

vB2

iO

+

-vd

Por tanto:

iC1 ≈ iO/(1+ e-vd/VT)

iC2 ≈ iO/(1+ evd/VT)

ATE-UO EC mez 36

-4 -3 -2 -1 0 1 2 3

0

0,5

1

1,5

4vd/VT

Teoría básica de una etapa diferencial (II)

iC1/(iO) ≈ 1/(1 + e-vd/VT)

iC2/(iO) ≈ 1/(1 + evd/VT)

ATE-UO EC mez 37

+ VCC

R

iC1

vs

Q1

iC2

R

+ -

- VCC

Q2

iO

+

-vd

iC2/(iO) iC1/(iO)

Se observa que ambas funciones son muy lineales alrededor de vd/VT = 0

iC1/(iO) ≈ 0,5 + 0,25vd/VT

iC2/(iO) ≈ 0,5 - 0,25vd/VT

Expresión válida para -1 < vd/VT < 1

Teoría básica de una etapa diferencial (III)

ATE-UO EC mez 38

+ VCC

R

iC1

vs

Q1

iC2

R

+ -

- VCC

Q2

iO

+

-vd

iC1 ≈ iO0,5 + 0,25iOvd/VT

iC2 ≈ iO0,5 - 0,25iOvd/VT

vs = R·(iC2 - iC1) ≈ -0,5RiOvd/VT

Luego: vs = -0,5RiOvd/VT

Es decir, la tensión de salida es producto de la tensión de entrada y del valor de la fuente de corriente

- VCC

iO

iO

- VCC

La etapa diferencial como mezclador (I)

ATE-UO EC mez 39

Hacemos:

vd = v1 = V1cos1t

iO = IOdc + gOV2cos2t

Por tanto:

vs = -(0,5RIOdc/VT)·(V1cos1t) -

(0,5RgO/VT)·(V1cos1t)·(V2cos2t)

vs = -(0,5RIOdc/VT)·V1cos1t -

(0,25RgO/VT)·V1V2cos(1 + 2)t -

(0,25RgO/VT)·V1V2cos(1 - 2)t

Es decir:

Componente de frecuencia f1

Componente de frecuencia f1+f2

Componente de frecuencia f1-f2

+ VCC

R

iC1

vs

Q1

iC2

R

+ -

- VCC

Q2

iO

+v1

+v2

0,6 V

Q3

La etapa diferencial como mezclador (II)

2:1:1

+ VCC

Q1 Q2

+v1

+v2

1:1:1

+ VCC

R1

Q3

R2

R3

R4

R5

C1

C2

C3

vS

+

-

ATE-UO EC mez 40

Ejemplo de esquema real de mezclador con etapa diferencial (obtenidos de una nota de aplicación de Intersil)

ATE-UO EC mez 41

Circuito integrado CA3028

Condensadores para cancelar la reactancia magnetizante del transformador

Q2

- VCC

IO

+v2

Q1

+ VCC

R

iC11

Q11

R

vs

+ - Q12

iC12

iC1iC2

i1 i2

+v1

Teoría básica de la célula de Gilbert (I)

iC21

Q21 Q22

iC22

ATE-UO EC mez 42

ATE-UO EC mez 43

Teoría básica de la célula de Gilbert (II)

Ecuaciones:

vs = (i2 - i1)R = (iC12 + iC22 - iC11 - iC21)R

iC11 ≈ iC10,5 + 0,25iC1v1/VT

iC12 ≈ iC10,5 - 0,25iC1v1/VT

iC21 ≈ iC20,5 - 0,25iC2v1/VT

iC22 ≈ iC20,5 + 0,25iC2v1/VT

iC1 ≈ IO0,5 + 0,25IOv2/VT

iC2 ≈ IO0,5 - 0,25IOv2/VT

Q2

- VCC

IO

+v2

Q1

+ VCC

R

iC11

Q11

R

vs

+ - Q12

iC12

iC1iC2

i1 i2

+v1

iC21

Q21

Q22

iC22

Q2

- VCC

IO

+v2

Q1

+ VCC

R

iC11

Q11

R

vs

+ -vs

+ - Q12

iC12

iC1iC2

i1i1 i2i2

+v1 +v1

iC21

Q21

Q22

iC22

Por tanto:

iC12 - iC11 ≈ -0,5iC1v1/VT =

-0,25IOv1/VT - 0,125IOv1v2/VT2

iC22 - iC21 ≈ 0,5iC2v1/VT =

0,25IOv1/VT - 0,125IOv1v2/VT2

vs = - 0,25RIOv1v2/VT2

ATE-UO EC mez 44

La célula de Gilbert como mezclador (I)

vs = - 0,25RIOv1v2/VT2

Hacemos:

v1 = V1cos1t

v2 = V2cos2t

Por tanto:

vs = -(0,25RIO/VT2)·(V1cos1t)·(V2cos2t)

vs = -(0,125RIO/VT2)·V1V2cos(1 + 2)t

-(0,125RIO/VT2)·V1V2cos(1 - 2)t

Es decir:

Componente de frecuencia f1+f2

Componente de frecuencia f1-f2

+ VCC

1:1:1

vS

+

-

+ Vp1

2:1:1

+v1

+v2

2:1:1

+ Vp2

La célula de Gilbert como mezclador (II)

Para que la etapa esté

correctamente polarizada:

VCC > Vp1 > Vp2

ATE-UO EC mez 45

La célula de Gilbert como mezclador (III)

ATE-UO EC mez 46

+ VCC

1:1:1

vS

+

-

+ Vp1

+ Vp2

1:1

+v1

1:1

+v2

VCC > Vp1 > Vp2

Otra forma de introducir las

señales (asimétrica)

ATE-UO EC mez 47

Ejemplo de mezclador con célula de Gilbert: el SA602A (NE602) (I)

Error de dibujo del fabricante

ATE-UO EC mez 48

Ejemplo de mezclador con célula de Gilbert: el SA602A (II)

ATE-UO EC mez 49

Ejemplo de mezclador con célula de Gilbert: el SA602A (III)

Ejemplo de mezclador con célula de Gilbert: el SA602A (IV)

Circuito de entrada de bajo nivel (RF)

ATE-UO EC mez 50

Oscilador

Ejemplo de mezclador con célula de Gilbert: el SA602A (V)

ATE-UO EC mez 51

Circuito de salida de bajo nivel (IF)

ATE-UO EC mez 52

Ejemplo de mezclador con célula de Gilbert: el SA602A (VI)

ATE-UO EC mez 53

Ejemplo de esquema real de mezclador con célula de Gilbert (obtenidos de una nota de aplicación de Philips)

Mezclador

Entrada del oscilador local

(LO) Frecuencia f2

Entrada de radiofrecuencia

(RF) Frecuencia f1

Salida de frecuencia intermedia (IF)Frecuencia (f2 - f1)

ATE-UO EC mez 54

Parámetros característicos de un mezclador

Ligados al uso de un mezclador en un receptor superheterodino

Perdidas de conversión: L[dB] = -10log(PIF/PRF)

Aislamiento RF-IF : IRF-IF[dB] = 10log(PRF/PRF-IF) (siendo PRF-IF la potencia de RF

en la salida de IF)

Aislamiento OL-IF: IOL-IF[dB] = 10log(POL/POL-IF)

Aislamiento OL-RF: IOL-RF[dB] = 10log(POL/POL-RF)

ATE-UO EC mez 55

Ejemplo de uso de los parámetros de un mezclador

Perdidas de conversión: L[dB] = 5,6 dB

Aislamiento OL-IF: IOL-IF[dB] = 45 dB

-50 dBm 15 MHz

7 dBm 6 MHz

9 MHz

Componente de 9 MHz: -50 dBm - 5,6 dB = -55,6 dBmComponente de 6 MHz: 7 dBm - 45 dB = -38 dBm

Demoduladores de amplitud analógicas (AM, DSB, SSB) basados en mezcladores

Objetivo de todos los demoduladores:

• Obtener la forma de onda de la moduladora (información) de la portadora modulada, normalmente convertida a una frecuencia intermedia

Información (moduladora)

Amplificador de FI (o de RF) Demodulador

Amplificador de banda base

Portadora modulada

ATE-UO EC mez 56

Modulación de amplitud, portadora completa (AM)

Moduladora

Portadora modulada en AM

Portadora sin modular

Modulación

DemodulaciónATE-UO EC mez 57

Modulación de AM en el dominio del tiempo

Modulación en doble banda lateral, portadora suprimida (DSB, DBL)

Moduladora

Portadora sin modular

Modulación

Demodulación

Portadora modulada en DSB

ATE-UO EC mez 58

Modulación de DSB en el dominio del tiempo

Modulación en banda lateral única, portadora suprimida (SSB, BLU).Banda Lateral Superior (USB, BLS)

Moduladora

Portadora sin modular

Modulación

Demodulación

Portadora modulada en USB

Modulación de SSB en el dominio del tiempo

Una portadora de Banda Lateral

Inferior (LSB, BLI) tendría el mismo

aspecto (cambiaría la frecuencia)ATE-UO EC mez 59

Demodulación de AM con detector coherente (I)Principio de operación

Señales de entrada:

vpAM(mt, pt) = Vp·[1 + vm(mt)]·cos(pt)

vo(ot) = Vo·cos(ot + )

Salida del mezclador:

Recuerdese:

cosA·cosB = 0,5[cos(A+B) + cos(A-B)]

vmez = k·0,5·Vp·[1 + vm(mt)]·Vo·[cos[(p + o)t + ] + cos[(o - p)t + ]]

Salida del filtro:

vf = k·0,5·Vp·[1 + vm(mt)]·Vo·[cos[(o - p)t + ]]

Si la señal del oscilador coincide en frecuencia y fase con la portadora, es

decir, o = p y = 0º, entonces:

vf = k·0,5·Vp·[1 + vm(mt)]·Vo que es proporcional a vm(mt) + una componente

de continua, que se elimina fácilmente

¿Cómo conseguir o = p y = 0º?

vf

Mezclador

vpAM(mt, pt)

vo(ot)

vmez

ATE-UO EC mez 60

Demodulación de AM con detector coherente (II)

Recuperación de la portadora

vf = k·0,5·Vp·[1 + vm(mt)]·Vo

vfca = k·0,5·Vp·Vo·vm(mt)

vpAM(mt, pt) Mezclador

vo(pt)

= 0º

vfvmez

V = k()

PLL

vfca

ATE-UO EC mez 61

Demodulación de AM con detector coherente (III)

Principales formas de onda con = 0º

Mezclador

vpAM

vo

vmez vf vo(pt)

vpAM(mt, pt)

vmez(mt, 2pt)

vf(mt)Moduladora con nivel

de continua

ATE-UO EC mez 62

Demodulación de AM con detector coherente (IV)

Principales formas de onda con = 90º

Mezclador

vpAM

vo

vmez vf vo(pt)

vpAM(mt, pt)

vmez(mt, 2pt)

vf

Como el valor medio de vmez

es cero, no se obtiene la

moduladora por filtrado

ATE-UO EC mez 63

Demodulación de DSB con detector coherente (I)

Principio de operación

Señales de entrada:

vpDSB(mt, pt) = Vp·vm(mt)·cos(pt)

vo(ot) = Vo·cos(ot + )

Salida del mezclador:

Recuerdese:

cosA·cosB = 0,5[cos(A+B) + cos(A-B)]

vmez = k·0,5·Vp·vm(mt)·Vo·[cos[(p + o)t + ] + cos[(o - p)t + ]]

Salida del filtro:

vf = k·0,5·Vp·vm(mt)·Vo·[cos[(o - p)t + ]]

Si la señal del oscilador coincide en frecuencia y fase con la portadora, es

decir, o = p y = 0º, entonces:

vf = k·0,5·Vp·Vo·vm(mt) que es proporcional a vm(mt)

¿Cómo conseguir o = p y = 0º?

vf

Mezclador

vpDSB(mt, pt)

vo(ot)

vmez

ATE-UO EC mez 64

Demodulación de DSB con detector coherente (II)

Recuperación de la portadora

Si elevamos al cuadrado la portadora modulada DSB obtenemos:

[vpDSB(mt, pt)]2 = [Vp·vm(mt)]2·[cos(pt)]2 =

= 0,5·[Vp·vm(mt)]2·[1 + cos(2pt)]

Existe una componente de frecuencia doble. A esta frecuencia se engancha el PLL y su frecuencia de salida se divide por 2

vpDSB(mt, pt) Mezclador

vo(pt)

= 0º

vfvmez

PLLx2 2

ATE-UO EC mez 65

Demodulación de DSB con detector coherente (III)

Principales formas de onda con = 0º

Mezclador

vpDSB

vo

vmez vf

vo(pt)

Moduladora

vpDSB(mt, pt)

vmez(mt, 2pt)

vf(mt)

ATE-UO EC mez 66

Demodulación de DSB con detector coherente (IV)

Principales formas de onda con = 90º

Mezclador

vpDSB

vo

vmez

vf

vo(pt)

vpDSB(mt, pt)

vmez(mt, 2pt)

vf(mt)Como el valor medio de vmez

es cero, no se obtiene la

moduladora por filtrado

ATE-UO EC mez 67

vmez = k·0,5·Vp·Vo·[cos[(p + o + m)t + ] + cos[(p - o + m)t - ]]

Salida del filtro:

vf = k·0,5·Vp·Vo·[cos[(p - o + m)t - ]]

Si la señal del oscilador coincide en frecuencia y fase con la frecuencia

característica (la portadora suprimida), es decir, o = p y = 0º, entonces:

vf = k·0,5·Vp·Vo·cos(mt) que es proporcional al tono de modulación cos(m)t

. En este caso no es problema que 0º.

Demodulación de SSB con detector coherente (I)

Principio de operación (explicado para USB)

Señales de entrada:

vpUSB(mt, pt) = Vp·cos(p + m)t

vo(ot) = Vo·cos(ot + )

Salida del mezclador:

cosA·cosB = 0,5[cos(A+B) + cos(A-B)]

vf

Mezclador

vpUSB(mt, pt)

vo(ot)

vmez

La explicación se hace para una modulación de un tono único, cos(m)t .

Se puede hacer para todo el espectro con la transformada de Hilbert

ATE-UO EC mez 68

Demodulación de SSB con detector coherente (II)

Preguntas:

• ¿Cómo conseguir o = p?

• ¿Qué pasa si no se cumple?

Respuestas:

• Para conseguir o = p hay que enviar una señal “piloto” de la

portadora. No siempre se hace esto.

• La señal demodulada vf = k·0,5·Vp·Vo·[cos[(p - o + m)t - ]] tiene otra

frecuencia y está desfasada, pero no se cancela como en los otros

casos No es tan grave.

ATE-UO EC mez 69

Demodulación de SSB con detector coherente (III)

Principales formas de onda con o = p y = 0º

Mezclador

vpUSB

vo

vmez vf

vo(pt)

Moduladoravf(mt)

vmez(mt, (2p + m)t)

vpUSB(mt, pt)

ATE-UO EC mez 70

Demodulación de SSB con detector coherente (IV)

Principales formas de onda con o p y = 0º

Mezclador

vpUSB

vo

vmez vf

vo(ot)

Moduladora

vpUSB(mt, pt)

vmez((p - o + m)t, (p + o + m)t)

vf((p - o + m)t)

Señal demodulada

Dependiendo de la aplicación puede o

no ser importante esta discrepancia

ATE-UO EC mez 71

Demodulación de SSB con detector coherente (V)

Problema: ¿qué pasa si hay una señal interferente en la frecuencia de la banda lateral no utilizada (banda imagen)? Mezclador

vpUSB1

vo

vmez vf

+

vpUSB2

Señales de entrada:

vpUSB1(m1t, p1t) = Vp1·cos(p1 + m1)t

vpUSB2(m2t, p2t) = Vp2·cos(p2 + m2)t

vo(ot) = Vo·cos(ot + )

Salida del mezclador:

vmez = k·0,5·Vp1·Vo·[cos[(p1 + o + m1)t + ] + cos[(p1 - o + m1)t - ]] +

k·0,5·Vp2·Vo·[cos[(p2 + o + m2)t + ] + cos[(p2 - o + m2)t - ]]

Salida del filtro:

vf = k·0,5·Vp1·Vo·[cos[(p1 - o + m1)t - ]] + k·0,5·Vp2·Vo·[cos[(p2 - o + m2)t - ]]

Supongamos o = p1 y = 0º, entonces:

vf = k·0,5·Vp1·Vo·cos(m1t) + k·0,5·Vp2·Vo·cos((p1 – p2 - m2)t)

Luego existe una componente indeseada a la salida del filtro ATE-UO EC mez 72

Demodulación de SSB con detector coherente (VI)

Vp2

(p2+m2)

p2 p1

Vp1

(p1+m1)0

Con un tono único:

Con un espectro:

p1

Vp1

(p1+m1)0

p2

(p2+m2)

Vp2

Señal no inteligible

Mezclador

vpUSB1

vo

vmezvf

+

vpUSB2

Mezclador

vpUSB1

vo

vmezvf

++

vpUSB2

(p1-p2-m2)

k·0,5·Vp1·Vo

m1

0k·0,5·Vp2·Vo

(p1-p2-m2)

0m1

k·0,5·Vp1·Vo

k·0,5·Vp2·Vo

ATE-UO EC mez 73

Demodulación de SSB con detector coherente (VII)¿Como eliminar una señal interferente en la frecuencia

de la banda lateral no utilizada (banda imagen)?

• Por filtrado de la portadora modulada

• Usando un mezclador con rechazo de banda imagen (estructura I/Q)

Filtrado de la portadora modulada

vpUSB1

vpUSB2

Amplificador de FI

Detector coherente

Amplificador de banda base

vo

Filtro de banda base

Filtro a cristal

+

p10 p2

vpUSB1

vpUSB2

Filtro a cristal

ATE-UO EC mez 74

El demodulador de SSB en el Iler 40 (I)

ATE-UO EC mez 75

Mezclador + filtro audio

Mezclador + filtro audio + amp. audio

Oscilador

• Es del tipo “por filtrado de la portadora modulada”

Filtro a cristal

El demodulador de SSB en el Iler 40 (II)

ATE-UO EC mez 76

Mezclador

Filtro de audio

Amplificador de señal de audio

Amplificador de potencia de audio

Filtro a cristal

Entrada del oscilador (BFO)

Entrada de frecuencia intermedia (IF)

Enmudecedor en transmisión

Salida a altavoz

Demodulación de SSB con mezclador con rechazo de banda imagen (estructura I/Q), (I)

Supongamos o = p1 y = 0º, entonces (igual que en ATE-UO EC mez 68):

vf1 = k·0,5·Vp1·Vo·cos(m1t) + k·0,5·Vp2·Vo·cos((p1 – p2 - m2)t)

Procediendo de igual forma con el mezclador de abajo, pero teniendo en cuenta el desfase de 90º en la señal del oscilador, queda:

vf2 = k·0,5·Vp1·Vo·cos(m1t - /2) + k·0,5·Vp2·Vo·cos((p2 – p1 + m2)t - /2) =

k·0,5·Vp1·Vo·sen(m1t) - k·0,5·Vp2·Vo·sen((p1 - p2 - m2)t)

Señal USB/LSB

vf1

vo

vpUSB1

+

vpUSB2

/2

/2

-/+

vf2

vf2’

vs

ATE-UO EC mez 77

Retrasamos otros 90º vf2 para obtener vf2’ y queda:

vf2’ = k·0,5·Vp1·Vo·sen(m1t - /2) - k·0,5·Vp2·Vo·sen((p1 - p2 - m2)t - /2) =

- k·0,5·Vp1·Vo·cos(m1t) + k·0,5·Vp2·Vo·cos((p1 - p2- m2)t) =

- k·0,5·Vp1·Vo·cos(m1t) + k·0,5·Vp2·Vo·cos((p2 - p1 + m2)t)

Como vf1 = k·0,5·Vp1·Vo·cos(m1t) + k·0,5·Vp2·Vo·cos((p2 - p1 + m2)t),

entonces:

vs = vf1 - vf2’ = k·Vp1·Vo·cos(m1t)

- La opción de resta es para USB

- La de suma es para LSB

No aparece la componente de frecuencia p1-p2-m2, que es la señal interferente

Demodulación de SSB con mezclador con rechazo de banda imagen (estructura I/Q), (II)

SeñalUSB/LSB

vf1

vo

vpUSB1

+

vpUSB2

/2

/2

-/+

vf2

vf2’

vs

SeñalUSB/LSB

vf1

vo

vpUSB1

+

vpUSB2

/2

/2

-/+

vf2

vf2’

SeñalUSB/LSB

vf1

vo

vpUSB1

+

vpUSB2

/2

/2

-/+

vf2

SeñalUSB/LSB

vf1

vo

vpUSB1

+

vpUSB2

/2

/2

-/+

vf2

vf1

vo

vpUSB1

+

vpUSB2

/2

/2

-/+vo

vpUSB1

+

vpUSB2

vpUSB1

+

vpUSB2

/2/2

/2/2

-/+

vf2

vf2’

vs

ATE-UO EC mez 78

Dificultad tecnológica: realizar el desfasador de banda base

Señal USB/LSB

/2

-/+

vf2

vf2’

vs

Señal USB/LSB

vf1

vo

/2-/+

vf2

vf2’

vs

1

2

Se construyen dos cadenas de desfasadores 1 y 2, con

circuitos con amplificadores operacionales, tal que: 2 - 1 = /2

en toda la banda base

Demodulación de SSB con mezclador con rechazo de banda imagen (estructura I/Q), (III)

ATE-UO EC mez 79

Ejemplo de esquema real de desfasadores de audio para demodulador de SSB con mezclador con rechazo de

banda imagen (obtenidos del ARRL Handbook 2001)

-/+

1

2

Error con relación a un desfase relativo de 90º

(con distintos valores de componentes)

ATE-UO EC mez 80

Objetivo de todos los moduladores: Modular una portadora con modificación de la amplitud. Hay dos opciones:

1- Modulación a nivel de señal (se realiza con mezcladores)

2- Modulación a nivel de potencia

Amplificador de RF (o de FI) lineal

Información (moduladora)

Portadora modulada

ModuladorPortadora

sin modular

Modulación a nivel de señal

• Muchas veces es la única posibilidad

• El amplificador de RF trabaja con bajo rendimiento

Moduladores de amplitud analógicas (AM, DSB, SSB) basados en mezcladores

ATE-UO EC mez 81

Modulación de AM a nivel de señal con mezclador

vp

+vm vpDSB

k·vp

vpAM

ATE-UO EC mez 82

Modulación de DSB

vp

vm

vpDSB

Señales de entrada:

vp(pt) = Vp·cos(pt) y vm(mt)

Señal de salida:

vpDSB(mt, pt) = k·Vp·vm(mt)·cos(pt)

ATE-UO EC mez 83

Modulación de SSB

• Por filtrado de la banda lateral no deseada

• Por desfase (estructura I/Q)

vp

vm

vpDSB

Filtro a cristal

vpSSB

Modulación de SSB por filtrado de la banda lateral no deseada

p0

vpUSB vpLSBFiltro a cristal

Generación de USB

ATE-UO EC mez 84

El modulador de SSB en el Iler 40 (I)

ATE-UO EC mez 85

Oscilador

• Es del tipo “por filtrado de la banda lateral no deseada”

Filtro a cristalMezcladorMezclador + amp. audio

El modulador de SSB en el Iler 40 (II)

ATE-UO EC mez 86

MezcladorAmplificador de señal de audio

Filtro a cristal

Entrada del oscilador (BFO)

Salida de frecuencia intermedia (IF) modulada en SSB

Entrada de micrófono

Modulación de SSB por desfase (estructura I/Q)

Ecuaciones:

vmez1 = k1·Vp·Vm·cos(mt)·cos(pt) =

k1·0,5·Vp·Vm·[cos((p + m)t) + cos((p - m)t)]

vmez2 = k1·Vp·Vm·cos(mt - /2)·cos(pt - /2) =

k1·0,5·Vp·Vm·[-cos((p + m)t) + cos((p - m)t)]

Con signo + en el sumador:

vs = vmez1 + vmez2 = k1·Vp·Vm·cos((p - m)t) =

vpLSB

Con signo - en el sumador:

vs = vmez1 - vmez2 = k1·Vp·Vm·cos((p + m)t) =

vpUSB

vs

vmez1

vm /2+/-

vp

vmez2

/2

Dificultad tecnológica: realizar el desfasador de banda base

1

2vm

Se construyen dos cadenas de desfasadores tal que 2 - 1 = /2

en toda la banda base. Son del tipo mostrado en ATE-UO EC mez 78

ATE-UO EC mez 87