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.