electrónica de comunicaciones
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Electrónica de Comunicaciones. 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. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
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