Capítulo 12. Receptores Esquema

Electrónica de Comunicaciones
Curso 2009/2010
Capítulo 12. Receptores
Parámetros característicos y tipos de
receptores
Esquema
Tipos de receptores
Frecuencias interferentes
Elección de la frecuencia intermedia
Selectividad de un receptor
Sensibilidad y ruido en receptores
Margen dinámico
Control Automático de Ganancia.
2
Receptores - Selectividad
1
Electrónica de Comunicaciones
Curso 2009/2010
Esquema básico del receptor
Antena
Antena
Amplificador
Filtro
Filtro
paso
RF
banda
Amplificador
Demodulador
Banda
base
de señal
Funciones de un receptor
•Amplificar la señal hasta el nivel de entrada al demodulador
•Eliminar interferencias y ruido que llegan al sistema receptor
•Demodular la portadora para obtener la señal de banda base
3
Parámetros de un Receptor
Frecuencia de portadora.
Señal de banda base.
Tipo y profundidad de modulación.
Ancho de banda de recepción.
Protección contra interferencias.
Ruido de recepción.
Sensibilidad.
Fidelidad.
4
Receptores - Selectividad
2
Electrónica de Comunicaciones
Curso 2009/2010
Criterios de calidad
Selectividad:
Capacidad de eliminar señales potencialmente
interferentes. (filtrado, intermodulación,…)
Sensibilidad:
Nivel mínimo de señal que es capaz de detectar con la
calidad deseada. (ruido, ganancia,..)
Fidelidad:
Capacidad de recibir y demodular la señal sin
distorsión. (distorsión lineal y no lineal, señales
espurias, demodulación, etc.)
5
Tipos de receptor
Por el esquema de
conversiones
Homodino
Superheterodino
Varias etapas de mezcla
Por la frecuencia de portadora.
LF, MF
HF, VHF, UHF
Microondas...
Por el tipo de señales de banda
Por la forma sintonía
Fija
Discreta
Continua
base
Analógicas
Digitales
Por el servicio.
Por la modulación
Receptores - Selectividad
AM, DBL, BLU.
FM, FSK, PSK.
QAM.
Audio
Telefonía
Radiodifusión
Vídeo
Datos..
6
3
Electrónica de Comunicaciones
Curso 2009/2010
Receptor Homodino
DEM
DEM
Amplificación
Filtrado
Ventajas
Demodulación
Nivel BB
Filtrado BB
Inconvenientes
•Sencillez
•Difícil filtrado en RF si fp/B>100
•Bajo costo
•Alta ganancia en los amplificadores de
RF con posibilidad de oscilación.
7
Receptor Heterodino
Conversión de frecuencia
DEM
DEM
Amplificación
Ventajas
Receptores - Selectividad
Amplificación
Filtrado
Demodulación
Inconvenientes
•El filtrado se hace sobre una
frecuencia más baja.
•Es más complejo y
caro.
•Se amplifica en dos etapas de
diferente frecuencia.
•Hay que eliminar la
banda imagen.
8
4
Electrónica de Comunicaciones
Curso 2009/2010
Bandas espurias y banda imagen
fImagen=fs±2fFI
BFI= B
FI
OL
Banda Imagen
B< BRF<4fFI
RF
Filtro de rechazo
de banda imagen
Filtro de frecuencia
intermedia
fs-f0
2f0-fs f0 fs
fs+f0
9
Receptor de doble conversión
Conversión de frecuencia
RF
Demodulación
FI1
FI2
DEM
DEM
Amplificación
fs
f i1 =|f s -f 01 |
f i2 =|f i1 -f 02 |
Filtrado
Amplificación
OL1
Ventajas
•Una conversión con dos saltos
permite eliminar mejor la banda
imagen.
OL2
Inconvenientes
•Es más complejo y
caro.
10
Receptores - Selectividad
5
Electrónica de Comunicaciones
Curso 2009/2010
Doble conversión hacia abajo
FI1
OL2
FI2
|fI1-f02|
OL1
Filtro de rechazo
banda imagen
f01
f02 |fs-f01|
fs
11
Receptor de conversión superior
RF
FI1
FI2
DEM
DEM
fs
f i1 =f s +f 01
f i2 =|f
i1
-f 02 |
ó
OL1
f i1 =f 01 -f s >f s OL2
Ventajas
•Permite eliminar mejor la banda
imagen en receptores con
sintonía en márgenes muy
grandes
Receptores - Selectividad
Inconvenientes
•Es más complejo y
caro.
12
6
Electrónica de Comunicaciones
Curso 2009/2010
Doble conversión hacia arriba
Filtro de rechazo OL1
banda imagen
FI2
|fI1-f02|
fs
OL2 FI1
f01
f02 |fs+f01|
13
Potenciales interferencias
Mezclas que generan la
frecuencia intermedia:
Mezclas armónicas de
la señal.
f m, n ⇒ nf 0 ± mf s = fi
f0 m ± 1
=
fs n ± 1
fi m ± n
=
fs
n ±1
Mezclas armónicas de
las interferencias.
fy =
n
1
f0 ± fi
m
m
f m , n ⇒ nf 0 ± mf y = f i
fy
f0
=
n 1 fi
±
m m f0
14
Receptores - Selectividad
7
Electrónica de Comunicaciones
Curso 2009/2010
2
fy/f0 1.9
2,1
9,5
1.8
Carta de productos
interferentes
3,2
4,2
5,3
7,4
6,3
1,1
10,5
4,4
9,5
1.7
7,4
8,5
1.6
6,4
4,3
5,3
1.5
7,5
8,5
1.4
1.3
6,5
1,1
1.1
(n, m )
6,4
5,4
1.2
7,5
6,5
5,4
4,3
3,3
4,4
2,2
5,5
3,2
2,1
1
0.9
1,1
4,5
0.8
0.7
fy
f0
=
n 1 fi
±
m m f0
1,2
2,2
3,3
0,1
5,5
4,4
4,5
3,4
3,5
0.6
2,3
3,4
2,4
1,3
2,3
0.5
2,5
3,5
0.4
0.3
1,4
1,5
0,1
0.1
0
0
2,4
2,5
1,5
0.2
1,4
1,3
0,3
0,4
0,2
0.2
0,5
1,2
0.4
0.6
0.8
1,1
1
fi/f0
15
Ejemplo 12.2
Consideremos un receptor sintonizable en la banda de 600 a 1200 kHz, para
el que se ha elegido una frecuencia intermedia de 450 kHz. El Oscilador
toma valores por encima de la señal entre 1050 y 1650 kHz. Calcule las
posibles frecuencias interferentes
fRF=600 a 1200kHz
fI=450kHz
DET.
DET.
BRF=100kHz
BFI=20kHz
fOL=1050 a 1650kHz
16
Receptores - Selectividad
8
Electrónica de Comunicaciones
Curso 2009/2010
EJEMPLO 12.2
fY/f0
2,1
3,2
1.4
fs=600
3,2
Imagen
fs=900
1.2
1,1
2,2
fs=1200
fi/f0
1
0.2
1,1
fi
450
=
= 0.428
f 0 1050
0.4
0.6
2,2
3,3
0.8
2,3
fi 450
=
= 0.333
f 0 1350
0.6
2,3
1,2
fi
450
=
= 0.273
f 0 1650
1,2
1,3
0,1
0.4
17
Productos de mezcla
Frecuencia Intermedia
Frecuencia
Señal
Frecuencia Osc Local
m
1
1
2
2
1
1
3
3
2
2
1
1
4
4
3
3
2
2
1
1
Receptores - Selectividad
n
-1
1
-1
1
-2
2
-1
1
-2
2
-3
3
-1
1
-2
2
-3
3
-4
4
450
600
1050
450
750
1200
450
900
1350
450
1050
1500
450
1200
1650
450
1650
150
2250
1500
2700
750
2850
900
3300
2550
3750
1350
3450
300
3900
1950
4350
3600
4800
450
1950
300
2700
1650
3150
1050
3450
900
3900
2850
4350
1800
4200
150
4650
2100
5100
4050
5550
450
2250
450
3150
1800
3600
1350
4050
900
4500
3150
4950
2250
4950
0
5400
2250
5850
4500
6300
450
2550
600
3600
1950
4050
1650
4650
900
5100
3450
5550
2700
5700
150
6150
2400
6600
4950
7050
450
2850
750
4050
2100
4500
1950
5250
900
5700
3750
6150
3150
6450
300
6900
2550
7350
5400
7800
mf s + nf 0
Señal
18
9
Electrónica de Comunicaciones
Curso 2009/2010
Frec. interferentes normalizadas
fy
n 1 fi
= +
f0 m m f0
2.20
450 450 450 450 450
600 750 900 1050 1200
1050 1200 1350 1500 1650
0.43 0.38 0.33 0.30 0.27
2.00
1.80
1,-1
1,1
0.57
1.43
0.29
0.71
1.57
2.43
0.19
0.48
0.79
1.21
2.57
3.43
0.14
0.36
0.52
0.81
1.29
1.71
3.57
4.43
0.63
1.38
0.31
0.69
1.63
2.38
0.21
0.46
0.81
1.19
2.63
3.38
0.16
0.34
0.54
0.79
1.31
1.69
3.63
4.38
0.67
1.33
0.33
0.67
1.67
2.33
0.22
0.44
0.83
1.17
2.67
3.33
0.17
0.33
0.56
0.78
1.33
1.67
3.67
4.33
0.70
1.30
0.35
0.65
1.70
2.30
0.23
0.43
0.85
1.15
2.70
3.30
0.18
0.33
0.57
0.77
1.35
1.65
3.70
4.30
0.73
1.27
0.36
0.64
1.73
2.27
0.24
0.42
0.86
1.14
2.73
3.27
0.18
0.32
0.58
0.76
1.36
1.64
3.73
4.27
1.60
2,-1
1,-2
1.40
2,1
2,-2
1.20
2,2
fy/fo
Frecuencia Intermedia
Frecuencia Señal
Frecuencia Osc Local
Fi/Fo
m
n
1
-1
1
1
2
-1
2
1
1
-2
1
2
3
-1
3
1
2
-2
2
2
1
-3
1
3
4
-1
4
1
3
-2
3
2
2
-3
2
3
1
-4
1
4
Frecuencias interferentes
3,-1
3,1
1.00
3,-2
3,2
0.80
2,-3
2,3
0.60
4,-1
4,1
0.40
0.20
0.00
0.00
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
19
fi/fo
Productos de mezcla
Tipo de
interferencia
fs=600kHz
fs=900kHz
fs=1200kHz
m=1, n=1
(imagen)
1500
1800
2100
m=2, n=1
750
900
1050
m=3, n=2
850
1050
1250
m=3, n=2
550
750
950
m=2, n=2
825
1125
1425
m=3, n=1
500
600
700
20
Receptores - Selectividad
10
Electrónica de Comunicaciones
Curso 2009/2010
Elección de la frecuencia intermedia
La frecuencia intermedia no debe coincidir con la
de señal.
La frecuencia intermedia no debe coincidir con el
oscilador local.
La relación entre el valor de la frecuencia
intermedia y el ancho de banda de la señal no debe
ser muy grande.
Posibilitar el rechazo de las frecuencias
interferentes y en particular la banda imagen.
La frecuencia intermedia debe coincidir con uno de
los valores normalizados.
21
Selectividad
Capacidad de separar una señal interferente de la
señal deseada.
Se cuantifica como la relación de potencia que debe
haber entre la señal interferente (Py) y la señal
deseada (PS), para que ambas produzcan la misma
señal en el demodulador.
Py ( f y )
Ps ( f s )
= S( f y - f s ) = S( ∆ f s )
Se incluye el nivel de señal interferente que produce a
la salida intermodulación superior a la admitida en la
banda deseada.
Se incluye el nivel de señal interferente que bloquea el
receptor por saturación de algún componente.
22
Receptores - Selectividad
11
Electrónica de Comunicaciones
Curso 2009/2010
EJEMPLO 12.4
Consideremos el receptor mostrado en la figura, que posee una
frecuencia intermedia de 450 kHz, una frecuencia de RF
sintonizable entre 600 y 1200 kHz y una banda de recepción
final, correspondiente a una emisión de AM de radiodifusión, de
20 kHz. Para este ejemplo supondremos que se sintoniza el
extremo inferior de la banda (fs= 600 kHz).
fRF=600 a 1200kHz
fI=450kHz
DET.
DET.
BFI=20kHz
BRF=100kHz
fOL=1050 a 1650kHz
23
Filtro de RF
Se estima un nivel mínimo de señal de RF a la entrada de 500 µV
de pico (sensibilidad) para el correcto funcionamiento del receptor.
El filtro de RF consta de una sola etapa LC, de sintonía mecánica,
con un ancho de banda entre puntos de -3dB de 100 kHz. Su
respuesta se muestra en la figura siguiente:
dB
50
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
Receptores - Selectividad
0
500
1000
kHz
1500
24
12
Electrónica de Comunicaciones
Curso 2009/2010
Filtro de FI
El amplificador de RF tiene 40 dB de ganancia en tensión y
nivel de saturación a la salida de 1.0v pico.
El filtro de FI, que define la banda final de modulación, está
formado por un filtro activo de 3 etapas (orden_3), centrado en
450 kHz y con 20 kHz de banda a -3 dB. Su respuesta se
presenta en la siguiente figura.
dB
50
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
400
420
440
460
480
kHz
500
25
Selectividad
El mezclador presenta un aislamiento a la frecuencia intermedia
de 20 dB, una atenuación de 15 dB para las mezclas espurias
2fo±3fYy no presenta rechazo a la frecuencia imagen.
Se pide dibujar la curva de selectividad y bloqueo en frecuencia.
B lo q ue o
P e n etrac ió n F I
E sp u rio
S e le ctiv id ad
26
Receptores - Selectividad
13
Electrónica de Comunicaciones
Curso 2009/2010
Sensibilidad
Nivel mínimo de señal a la entrada de un
receptor para un correcto funcionamiento:
Nivel de señal en el demodulador superior a la
especificada.
Relación señal a ruido + distorsión en el
demodulador superior a la especificada.
…
27
Sensibilidad (Pmin)
• Limitaciones por ganancia
de la cadena amplificadora
Pmin ( g ) =
Po
g
• Limitaciones por ruido
de antena y del receptor
Pmin ( N ) = (S / N )0 ⋅ Pn
(S/N)0
Pn
RX
Pmin
g
DEM
DEM
Po
g= Ganancia de la cadena amplificadora.
Pn= Potencia equivalente de ruido a la entrada incluido el ruido de antena
P0= Nivel mínimo de señal a la entrada del demodulador.
(S/N)0= Nivel mínimo de la relación señal a ruido en el demodulador.
Receptores - Selectividad
28
14
Electrónica de Comunicaciones
Curso 2009/2010
Ganancia y ruido en un receptor
superheterodino.
Tay Tas
g 2s
g 2y
Banda Señal T 1s g 1s
Banda Imagen T 1y g 1y
T3 g3 B
DEM
DEM
g=g1sg2sg3
Pn=k(Te+Ta)B
T e = T 1s + T 1y
g 1y g 2y
Subíndice “s” se refiere a la banda de señal
Subíndice “y” se refiere a la banda imagen
+ T SSB + T 3
g 1s g 2s g 1s g 1s g 2s
T a = T as + T ay
g 1y g 2y
g 1s g29 2s
Ruido en la banda imagen
FI
BFI= B
OL
Banda Imagen
RF
Filtro de frecuencia
intermedia
fs-f0
fy=2f0-fs f0 fs
30
Receptores - Selectividad
15
Electrónica de Comunicaciones
Curso 2009/2010
Receptor con rechazo de banda imagen
g1y=0 Filtro de rechazo
ó
g2y=0 Mezclador con rechazo de banda imagen
FI
Banda Imagen OL
RF
Filtro de rechazo
de banda imagen
Filtro de frecuencia
intermedia
fy
fs-f0
Te = T1s +
f0 fs
TSSB
T3
+
g1s g1s ⋅ g 2 s
y
Ta = Tas
31
Receptor sin rechazo de banda imagen
g1y=g1s Igual ganancia en imagen
g2y=g2s Mezclador sin rechazo de banda imagen
Tay=Tas y T1y=T1s Iguales temperaturas de antena y recepción.
FI
Banda Imagen
OL
RF
Filtro de frecuencia
intermedia
fy
fs-f0
Te = 2 T1s +
Receptores - Selectividad
f0 fs
TSSB
T3
+
g1s g1s ⋅ g 2 s
y
Ta = 2Tas
32
16
Electrónica de Comunicaciones
Curso 2009/2010
Especificación de Sensibilidad
Especificación en tensión
(V) Tensión eficaz en bornes de la antena en C.A.
V mín ( µV) ó
20 Log( V mín ( µV)) (dBµV)
(E) Campo eléctrico eficaz de la onda que incide sobre la antena*.
| E |mín ( µV/m) ó 20 Log(| E |mín ( µV/m)) (dBµV/m)
V mín =| E |mín Leq
Relación entre ambas:
Leq=Longitud equivalente de la antena
* (se supone adaptación perfecta de polarización)
33
Sensibilidad en tensión
Es típica de frecuencias bajas (f<100MHz)
La impedancia de entrada a los receptores es alta comparada con
la impedancia de antena.
Las pérdidas por desadaptación son altas.
El ruido más importante del sistema es el debido a la antena.
25
Log(T)
R.Cósmico
20
R. Industrial
Zent>>Za
R. Atmosférico
15
(Mínimo)
Receptor
R. Atmosférico
(Máximo)
10
R. Industrial
R. Cósmico
5
0
0.01
Receptores - Selectividad
34
0.1
1
10
100
f (MHz)
17
Electrónica de Comunicaciones
Curso 2009/2010
Especificación de Sensibilidad
Especificación de la sensibilidad en potencia
(P) Potencia disponible en la antena o generador equivalente.
<S> Densidad de potencia de la onda incidentes sobre la
antena.
P mín (µW) ó 10log( P mín (mW)) (dBm)
< S > mín (µµWm 2) ó 10log( < S > mín (mW/ m 2)) (dBm/ m 2)
Relación entre ambas:
Pmín =<S >mín Aeq
Aeq=Superficie equivalente o efectiva de recepción
* (se supone adaptación perfecta de polarización)
35
Sensibilidad en potencia
Es típica de frecuencias altas (f>100MHz)
La impedancia de entrada a los receptores está adaptada a la
impedancia de la antena
Las pérdidas por desadaptación son bajas.
El ruido más importante del sistema es el debido al receptor.
Zent=Za*
Receptor
36
Receptores - Selectividad
18
Electrónica de Comunicaciones
Curso 2009/2010
Especificación de Sensibilidad
G/T : Ganancia sobre ruido
Es una forma de especificar la
sensibilidad como flujo de
potencia en la antena
Ta, Ga, Aeq
Ga es la ganancia de la antena
T es la temperatura de ruido
equivalente del sistema a la
entrada del receptor o salida
Pn
de la antena
(S/N)0
RX
T = Ta + Te
Ga =
4πAeq
λ2
Pmin
DEM
DEM
gr, Te
37
Especificación de Sensibilidad
Para una relación S/N dada en
el demodulador.
Para una banda B de
recepción
Para una longitud de onda λ
S min ⋅ Aeq
P ⋅g
P
S
  = min r = min =
Pn ⋅ g r
kBT
kBT
 N 0
( )
1
(G / T ) = Ga = 4πkB
⋅S
⋅
2
N0 S
T
λ
min
Ta, Ga, Aeq
(S/N)0
Pn
RX
Pmin
DEM
DEM
gr, Te
La relación G/T es inversamente proporcional a la
sensibilidad en flujo de potencia <S>
38
Receptores - Selectividad
19
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Margen dinámico
Se denomina margen dinámico a la relación entre la potencia
máxima y la potencia mínima de entrada al receptor.
MD RX =
Pi,max (mW )
Pi ,min (mW )
MD RX (dB ) = Pi ,max (dBm ) − Pi ,min (dBm )
La potencia mínima está definida por la sensibilidad
La potencia máxima está limitada por distorsión, saturación o
máximo nivel especificado en el demodulador.
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Elementos de distorsión.
DEM
DEM
Pmax Definida por la distorsión.
- Intermodulación en RF
- Saturación y distorsión en FI
- Distorsión en el demodulador
Pmin Definida por la sensibilidad.
- Nivel de señal en el demodulador
- Relación señal ruido en el demodulador
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Control automático de ganancia.
CAG
DEM
DEM
Det
CAG
•Reduce la ganancia de los amplificadores al aumentar la
potencia media detectada.
•Mantiene la linealidad del sistema a corto plazo.
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Variación de ganancia con el nivel de señal
RF
FI
DETECTOR
1
2
3
4
CAG
GANANCIA MÁXIMA
PUNTO DE MEDIDA
P0 mín
MD
DETECTOR
P0 máx
AMPLIFICADOR FI
MEZCLADOR
AMPLIFICADOR RF
Pi mín
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MARGEN DINÁMICO
ENTRADA
Pi máx
(dBm)
GANANCIA
MÍNIMA
La ganancia inicia su
reducción en las etapas
finales de FI, donde más
potencia existe.
Dependiendo del margen
de ganancia a reducir, se
incluye un control en la
etapas de FI e incluso en
las de RF.
Los niveles de potencia en
cada punto no deben
superar los niveles
obtenidos para saturación
o intermodulación.
42
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Ganancia y potencia de salida en función de la
potencia de entrada
G m áx
P0
GANANCIA
P o m áx
MARGEN
D IN Á M IC O
D E TE C TO R
G m ín
P o m ín
M A R G E N D IN Á M IC O
D E L R E CE P T O R
P i m ín
G max (dB) = Po,min (dBm) - Pi ,min (dBm)
Pi
P i m áx
G min (dB ) = Po ,max (dBm ) − Pi ,min (dBm )
∆G = MDRX − MDdet ector
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Circuitos de control de ganancia
Control de ganancia por polarización de amplificadores.
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Circuitos de control de ganancia
Control de ganancia por polarización de amplificadores.
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Circuitos de control de ganancia
Control de ganancia por polarización de amplificadores.
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Circuitos de control de ganancia
Atenuador de diodos PIN controlado por tensión
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Filtros de CAG
En general deben eliminar la portadora y modulación y obtener un valor
medio de la señal.
Tiempo de integración T>1/fm(mín)
En modulaciones angulares no hay variaciones de potencia con la
modulación.
En AM las variaciones de potencia pueden ser importantes y conviene que
los tiempos de integración sean altos. Muchas veces se intenta obtener
una indicación del valor de portadora independiente de la modulación
En DBL y BLU existen nulos de potencia en los silencios de modulación, lo
que puede activar la ganancia eliminando todo control y produciendo
efectos de altos niveles iniciales de señal.
En estos casos se trabaja con dos tiempos de filtrado.
Tiempo de activación rápido, que ajusta de forma rápida el nivel de
ganancia cuando se inicia la modulación ( aparece señal)
Tiempo de desactivación lento, que mantiene el control de ganancia
un tiempo largo cuando se ha producido un silencio ( no hay señal de
entrada)
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Preguntas de Test
P 12.1 La degradación de la relación señal-ruido en un receptor es
igual a su figura de ruido:
a) Siempre
b) Solo si la antena tiene una temperatura de antena nula.
c) Solo si la antena tiene una temperatura de antena igual a 290K.
d) Solo si o la temperatura de ruido equivalente del receptor es 290K.
P 12.2 Cuando eliminamos el filtro de RF en un receptor
superheterodino, aumenta el ruido porque:
a) Se multiplica por dos la contribución del ruido de antena.
b) Se multiplica por dos la contribución al ruido de la antena y el
amplificador de RF.
c) Se multiplica por dos el ruido de la antena, el amplificador de RF y el
conversor.
d) Se multiplican por dos todas las contribuciones de ruido del
receptor.
49
Preguntas de Test
P 12.3 El margen dinámico de un receptor en dB se obtiene como la
diferencia en dBm de:
a) La potencia máxima de entrada y la ganancia del receptor.
b) La potencia mínima de entrada y la potencia de ruido equivalente.
c) La máxima potencia de entrada y la potencia máxima en el detector..
d) La máxima potencia de entrada y la mínima potencia de entrada.
P 12.4 ¿Que se entiende por “bloqueo de un receptor”?
a) La pérdida de sintonía por derivas de la frecuencia del oscilador local.
b) La pérdida de ganancia por saturación debida a interferencias.
c) La modulación de señales por una interferencia de muy alto nivel.
d) La reducción de ganancia que permite aumentar el margen dinámico.
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Preguntas de Test
P 12.5 La sensibilidad de un receptor depende sobre todo de:
a) La potencia de ruido en la banda de entrada al sistema.
b) La ganancia de los amplificadores de RF.
c) La ganancia de los amplificadores de FI.
d) La sensibilidad del demodulador.
P 12.6 La banda imagen en un receptor superheterodino es:
a) La banda de frecuencias que se genera por mezcla de la FI y el OL.
b) La frecuencia de señales generadas en el mezclador que deben
filtrarse en RF.
c) Una banda de frecuencias que mezclada con el OL produce la FI.
d) Las frecuencias de señales producidas por la mezcla de 2fOL-fRF .
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Preguntas de Test
¿Que se entiende por “penetración a la frecuencia
intermedia” en un receptor superheterodino?
a) Es la relación entre la potencia de una señal interferente en FI que satura
el receptor y la potencia máxima de señal.
b) Es la relación entre la potencia generada en la frecuencia intermedia a
la entrada del detector y la potencia mínima de señal en antena.
c) Es la relación de las potencias de entrada en la frecuencia de FI y en la
de RF que dan la misma potencia en el detector.
d) Es la relación entre la potencia de una señal interferente en FI que satura
el receptor y la potencia mínima de señal a la entrada.
P
12.7
Una misión del amplificador de RF en un receptor
superheterodino es.
a) Mejorar la figura de ruido del receptor.
b) Permitir una mejor adaptación entre la antena y el conversor de
frecuencia.
c) Evitar que se sature el amplificador de FI por exceso de ganancia.
52
d) Eliminar la banda imagen.
P
12.8
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Preguntas de Test
P 12.9 En un receptor superheterodino, la banda imagen es una banda
…
a) De señales que mezcladas con el Oscilador Local generan señales en la
banda de FI.
b) De señales producidas por la intermodulación de tercer orden del
amplificador de RF.
c) De señales que se generan por la mezcla del Oscilador Local con la FI.
d) Espuria que se elimina con mezcladores doblemente equilibrados.
P 12.10 El control automático de ganancia aumenta
dinámico de un receptor porque...
a) Aumenta la ganancia de los amplificadores al aumentar la
entrada.
b) Disminuye la ganancia de los amplificadores al aumentar
de entrada.
c) Disminuye la ganancia de los amplificadores para señales
banda de interés
d) Aumenta la ganancia de los amplificadores al aumentar
entrada.
el margen
potencia de
la potencia
fuera de la
el ruido de
53
Ejercicio 12.3
El receptor del sistema para comunicaciones con el satélite UPM/LB SAT, que
funciona a 400 Mhz, responde al siguiente esquema:
Ta=T0
G=20 dB
F=3 dB
L=6.5 dB
F=6.5 dB
COMBINADOR
K=1.38 10-23 W/K/Hz
T0=290 K
L1=3dB
Ta=T0
RF
L2=3.5dB
RF
RF
G=15 dB
F=5 dB
FI
Detector
G=40 dB
F=7.5 dB
Sabiendo que el ruido procedente de las dos antenas se suma en potencia a la
salida del combinador, mientras que la señal procedente de las dos antenas se
suma en tensión, se pide:
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Ejercicio 12.3
a) Elegir razonadamente un valor para la frecuencia intermedia sabiendo que
el ancho de banda de la señal recibida es de 200 kHz. Compruebe que es
suficiente con emplear una única FI en el RX .
b) Elegir razonadamente un valor para el ancho de banda del filtro de RF.
c) Calcular la potencia de ruido a la entrada del detector. Considere que los
amplificadores de antena son idénticos y que el combinador se comporta
como un atenuador a temperatura T0, independiente para cada rama.
d) Calcule la sensibilidad (nivel de señal en bornes de cada antena), para que
la relación S/N a la entrada del detector sea mayor o igual que 15 dB.
55
Ejercicio 12.4
En la figura se presenta el receptor de un sistema de red de área local vía radio que
trabaja en la banda de 2.46 a 2.54 GHz, con canalización de 8 MHz y modulación
de espectro ensanchado. El sistema permite el uso simultáneo de hasta 10 canales.
1.
Calcule la figura de ruido del receptor, suponiendo los filtros sin pérdidas, y
determine la sensibilidad del receptor para conseguir que la relación (S/N) a la
entrada del demodulador sea mejor que 0 dB. (4p)
2.
Determine la potencia máxima a la salida del amplificador de RF que produce un
ruido de intermodulación tal que C/I ≥40 dB. Obtenga la máxima potencia de
entrada por cada canal en las condiciones anteriores, supuestos todos los canales
de la misma potencia (3p)
3.
Se desea un margen dinámico de entrada de 60 dB. ¿Cuál es el margen de control
de ganancia? ¿Cómo se reparte este control entre los amplificadores
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Ejercicio 12.4
F=5 dB
G=30 dB
G=3 dB
P1dB=0 dBm
F=10 dB
F=8 dB
PI3=10dBm
L=8 dB
G=68 dB
Ta=300K
DEM
B=100MHz
FI=450 MHz
-23
K=1.38 10 W/K/H z
T0=290 K
Psat=0 dBm
BFI=8 MHz
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Problema 3: Febrero 2007
Se quiere analizar un sistema transceptor (transmisor y receptor) de
Bluetooth para comunicaciones inalámbricas entre ordenadores
portátiles. El sistema propuesto está basado en el circuito integrado
ML7050LA de OKI Semiconductors, y su esquema de bloques es el
siguiente:
ML7050LA
DEMOD
PLL
Modulador FSK
BB (RX)
BB (TX)
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Problema 3: Febrero 2007
El funcionamiento del dispositivo es el siguiente: el sistema tiene una
única antena y un único filtro que funcionan tanto en transmisión como
en recepción.
• El conmutador de salida del circuito ML7050LA selecciona la
rama de transmisión o la de recepción.
• El receptor es superheterodino siendo el primer elemento un
amplificador de bajo nivel de ruido (LNA), al que le sigue un
mezclador con rechazo de banda imagen (IRM). A continuación
están el filtro de frecuencia intermedia y el amplificador de
ganancia variable. La señal de oscilador local de entrada al
mezclador IRM la genera el propio PLL de la rama de
transmisión, activando el conmutador de la rama de transmisión.
• El transmisor es homodino, y consta de un modulador FSK
basado en un VCO estabilizado con un PLL sintetizador de
frecuencia, un amplificador de baja señal y un amplificador de
potencia.
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Prob. 3: Febrero 2007. Receptor
Los datos generales del sistema son:
• Banda de paso del filtro de entrada: 2.4 a 2.5 GHz
• Frecuencias portadoras: 2402 a 2480 MHz con saltos de 1 MHz. Nótese
que en transmisión y en recepción se utiliza la misma banda de
frecuencia.
• Frecuencia intermedia: 2 MHz
• El sistema de espectro ensanchado funciona en modo salto de frecuencia
con una velocidad de salto de 1600 saltos/sg
Las características de los componentes del receptor son las siguientes:
• Temperatura de antena : 290 K
• Pérdidas del filtro de RF: 3 dB
• Conmutador sin pérdidas
• Amplificador LNA: G = 10 dB. F = 2 dB. PI3 = 8 dBm.
• Mezclador IRM: L = 8 dB, F = 8 dB y rechazo de banda imagen de 30 dB
• Filtro FI sin pérdidas con una banda de paso de 1 MHz.
• Amplificador de FI de ganancia variable: Gmax = 60 dB. F= 8 dB.
• Demodulador FSK: S/Nmin = 25 dB. Pmin = -20 dBm. Pmax = 10 dBm
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Prob. 3: Febrero 2007. Receptor
1.
De acuerdo con los criterios de diseño expuestos en la asignatura, explique si
la frecuencia intermedia escogida es acertada, y diga por qué se utiliza en este
diseño. Calcule el factor de penetración del receptor a la frecuencia imagen
para una frecuencia de recepción en el centro de la banda. (3p)
2.
Calcule la sensibilidad del receptor, indicando si limita la ganancia o el ruido
(To=290K y k=1.38⋅10-23 W/Hz/K) (3p)
3.
Calcule la potencia máxima por canal a la entrada del sistema suponiendo que
el PC trabaja en un entorno de hasta 10 ordenadores y la C/I mínima es de 15
dB. (Considere que las frecuencias son adyacentes para hacer los cálculos de
intermodulación) (2p)
4.
Calcule el margen del CAG del amplificador para que no se sature el
demodulador, ni se supere el margen de C/I anterior. (2p)
61
Problema 2: Febrero 2004
Se desea completar el diseño y analizar el receptor de FM de la figura. El receptor debe
ser capaz de recibir canales de FM cuya frecuencia de modulación está comprendida
entre 100 Hz y 15 kHz con una desviación de frecuencia de 75 kHz. La frecuencia
central de dichos canales está comprendida entre 88 y 108 MHz con saltos de 200 kHz.
Los componentes que forman el diseño son:
• Antena: monopolo vertical con temperatura de antena de 3000 K
• Filtro de sintonía continua con un ancho de banda de 7 MHz y sin pérdidas.
• Amplificador de RF: Amplificador de bajo ruido que cubre toda la banda de
RF, con ganancia constante de 40 dB, punto de compresión a 1 dB de 0 dBm,
punto de cruce de intermodulación de tercer orden igual a 15 dBm y figura de
ruido de 5 dB.
• Conversor de frecuencias con 8 dB de ganancia y 10 dB de figura de ruido.
• Filtro de FI por definir
• Amplificador de FI con figura de ruido de 8 dB y Ganancia máxima de 40 dB.
Tiene posibilidad de control automático de ganancia.
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Prob. 2: Febrero 2004
• Detector del tipo demodulador FM con PLL cuya potencia de entrada
puede variar entre –20 y 0 dBm, y tiene que tener una relación señal a ruido
mínima a su entrada de 15 dB.
• Oscilador local que consiste en un sintetizador de frecuencia capaz de
generar las frecuencias necesarias para trasladar el canal seleccionado a la
frecuencia intermedia fija.
T a =3000K
B=7M Hz
K=1.38 10-23 W/K/Hz
To=290 K
F=5dB
G=40dB
P 1dB=0dBm F=10dB
PI3=15dBm G=8dB
F=8dB
Gmax=40dB
DEM
RF
FI
fOL
Pin=-20 a 0 dBm
(S/N)min=15 dB
63
Prob. 2: Febrero 2004
1.
Seleccione de la tabla adjunta el filtro de frecuencia intermedia que mejor se
adecua a este sistema, tanto por su frecuencia intermedia como por su ancho
de banda. Justifique su respuesta. (2 puntos)
Filtro
1.5 Ma
1.5 Mb
1.5 Mc
10.7 Ma
10.7 Mb
10.7 Mc
Frecuencia central
(MHz)
1.5
1.5
1.5
10.7
10.7
10.7
Ancho de banda
(kHz)
200
500
1000
200
500
1000
Pérdidas
(dB)
1.5
1
0.5
3
2.5
2
64
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Prob. 2: Febrero 2004
2.
Calcule la sensibilidad del receptor para cumplir los requisitos de potencia
mínima y de ruido a la entrada del detector. Para dicha sensibilidad calcule el
nivel de señal a la entrada del detector. (3 puntos)
3.
Calcule la potencia máxima para un canal a la entrada del receptor para
cumplir los requisitos de intermodulación y saturación del amplificador de RF.
Para ello considere que pueden estar presentes señales de hasta 35 emisoras
diferentes en los 7 MHz, y suponga que todas se reciben con igual potencia.
Considere también que a la entrada del detector se necesita una relación C/I >
15 dB. (3 puntos)
4.
Calcule el margen dinámico del receptor y el margen de control del CAG
necesario en el amplificador de FI. (2 puntos)
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