Electrónica para Sistemas de Comunicación.

Transcripción

1 Electrónica para Sistemas de Comunicación. Profesor: Dr. Hildeberto Jardón Aguilar. OBJETIVOS. Los objetivos del curso son capacitar a los estudiantes de maestría en resolver una serie de tareas que se presentan al diseñar y construir bloques de los sistemas de comunicaciones, así cuando se operan sistemas de radiocomunicación las cuales están principalmente relacionadas con los siguientes problemas: a) La gran mayoría de los sistemas modernos de comunicaciones operan en la región de las altas frecuencias: Cuando las frecuencias de operación son altas, en los elementos y circuitos que constituyen a los sistemas de comunicaciones se manifiestan una serie de efectos parásitos (que alejan el comportamiento descrito por sus modelos de primer orden) que normalmente se desprecian a bajas frecuencias. b) Generalmente en la parte receptora de los sistemas de comunicaciones se reciben señales de amplitud pequeña y los ruidos, tanto los inherentes a los elementos como los externos (los cuales son despreciables cuando las señales tienen amplitud grande) degradan la calidad de la recepción de la señal. c) Cuando los sistemas de comunicaciones reciben señales útiles (una o varias simultáneamente), o cuando la señal útil se recibe en presencia de interferencias, aparece todo un conjunto de efectos indeseables que degradan o hacen imposible la recepción de la señal, a causa de la interacción no lineal entre los diferentes componentes de la señal o entre la señal y las oscilaciones interferentes. Los efectos de estas interacciones son insignificantes cuando se considera a las amplitudes de las señales y oscilaciones interferentes pequeñas. d) Cuando se diseñan y construyen sistemas de comunicaciones, un mal desacoplamiento del subsistema de tierras, o del subsistema de alimentación degrada significativamente el funcionamiento del sistema o de los bloques que lo constituyen. e) En los circuitos analógicos de radiofrecuencia o circuitos digitales rápidos, un mal acoplamiento de impedancias induce reflexiones que degradan severamente el funcionamiento de los circuitos o incluso se puede llegar a su destrucción. f) La operación simultánea de sistemas de radiocomunicación y de equipo que emplea para su funcionamiento energía eléctrica, generan un ambiente electromagnético complejo y cambiante, que puede interferir a los sistemas de comunicaciones y a equipo electrónico. Este problema se vuelve más crítico conforme crece el número de sistemas de radiocomunicación tanto

2 fijo como móvil, también conforme se incrementa la velocidad del reloj de los sistemas digitales y la escala de integración se hace mayor. Para alcanzar el objetivo planteado, el curso tiene el siguiente contenido: CONTENIDO. I. MODELOS DE ELEMENTOS FÍSICOS E INTERACCIONES DE LOS SISTEMAS DE COMUNICACIONES. 1.1 Limitaciones de los modelos de elementos físicos. 1.2 Elementos semiconductores en circuitos de alta frecuencia para sistemas de comunicaciones. 1.3 Interacción entre los sistemas de comunicaciones. II. INTRODUCCION A LA COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNETICA 2.1 Qué es la compatibilidad electromagnética y su importancia en los sistemas de comunicaciones. 2.2 Fuentes de oscilaciones interferentes, y emisiones espurias como manifestación de fenómenos de segundo orden. 2.3 Susceptibilidad a oscilaciones interferentes en radiorreceptores como manifestación de efectos de segundo orden de los componentes y circuitos que los constituyen. 2.4 Análisis funcional de un enlace de radiocomunicación, con énfasis en fenómenos de segundo orden de los bloques que los constituyen. III. CARACTERISTICAS DE LOS ELEMENTOS PASIVOS EN RADIOFRECUENCIA 3.1 Conductores: Efecto superficial y autoinductancia. 3.2 Resistores. 3.3 Condensadores. 3.4 Microcintas. 3.5 Inductores y transformadores. 3.6 Transformadores y acopladores direccionales.

3 3.7 Líneas de transmisión: Elementos de parámetros distribuidos. IV. DESACOPLAMIENTO DE FUENTES DE ALIMENTACION 4.1 Problemática general. 4.2 Acoplamiento de ruido a través de una impedancia común. 4.3 Clasificación de las tierras de señal. 4.4 Desacoplamiento de las fuentes de alimentación. 4.5 Filtros de desacoplamiento. 4.6 Desacoplamiento de amplificadores. 4.7 Características particulares del desacoplamiento del sistemas de alimentación para circuitos digitales. V. MODELAMIENTO DE ELEMENTOS ACTIVOS PARA EL DISEÑO ASISTIDO POR COMPUTADORA DE CIRCUITOS ELECTRONICOS 5.1 Modelamiento de transistores bipolares. 5.2 Técnica de medición de los parámetros de modelo de ebers Moll. 5.3 Transistores de efecto de campo. 5.4 Fets de arseniuro de galio. 5.5 Amplificadores paramétricos. 5.6 Elementos activos de dos terminales para amplificar generar señales de microondas. VI. ELEMENTOS DE DISEÑO DE CIRCUITOS DE ALTA FRECUENCIA 6.1 Acoplamiento de impedancias. 6.2 Acoplamiento de resistencias reales. 6.3 Acoplamiento de impedancias complejas. 6.4 Diagramas de SMITH Construcción de diagramas de Smith. 6.5 Ejemplos del empleo del diagrama de Smith.

4 6.5.2 Graficación de impedancias Manipulación de impedancias en el diagrama de Smith Conversión de impedancias a admitancias Diseño de redes de acoplamiento de impedancias con ayuda del diagrama de Smith Diseño de redes de acoplamiento tipo L con la ayuda del diagrama de Smith. 6.6 Parámetros Y y parámetros S Parámetros distribuidos de redes de N puertos Ejemplo del empleo de estas ecuaciones: Matriz de parámetros de dispersión de corriente Limitaciones de los parámetros Y, h, z, g Parámetros de redes de dos puertos. VII. RUIDO EN AMPLIFICADORES Y RADIORRECEPTORES 7.1 Introducción Definición del ruido. 7.2 Ruido en elementos electrónicos. 7.3 Ancho de banda de ruido. 7.4 Circuitos equivalentes del ruido térmico de elementos concentrados Adición de fuentes de ruido. 7.5 Ruido de exceso. 7.6 Ruido de disparo. 7.7 Circuitos equivalentes de redes de dos puertos con ruido y de parámetros concentrados Obtención de los parámetros del modelo de una red ruidosa. 7.8 Figura de ruido y temperatura de ruido. 7.9 Resistencia optima de la fuente Ruido de redes conectadas en cascada Ruido en transistores bipolares.

5 Ruido equivalente de los transistores bipolares Figura de ruido óptima de los transistores bipolares Ruido en transistores de efecto de campo Ruido en amplificadores operacionales Otros tipos de ruido. VIII. DISTORSIONES NO LINEALES EN SISTEMAS CUASILINEALES E INTRODUCCION A LOS RADIORRECEPTORES 8.1 Introducción 8.2 Distorsiones e interferencias en los radiorreceptores de comunicaciones. 8.3 Representación en serie de potencias de las distorsiones no lineales en sistemas con no linealidades pequeñas. 8.4 Generación de armónicas. 8.5 Compresión de ganancia. 8.6 Bloqueamiento. 8.7 Intermodulación. 8.8 Modulación cruzada. 8.9 Generación AM PM en sistemas con linealidades pequeñas Series de Volterra Método estructural de análisis para circuitos y sistemas no lineales Balance armónico modificado Métodos de compensación de las no linealidades en amplificadores Retroalimentación negativa Análisis del amplificador con retroalimentación negativa no lineal Carga no lineal Amplificadores con transmisión de error hacia adelante. IX. ELEMENTOS AVANZADOS DE LA ELECTRONICA PARA SISTEMAS DE RADIOCOMUNICACION MOVIL Y DIGITAL

6 BIBLIOGRAFIA. TEXTOS. Electrónica para Sistemas de Comunicación y Medición. Dr. Hildeberto Jardón Aguilar CINVESTAV IPN, Reporte interno serie verde, octubre de Compatibilidad Electromagnética de los Sistemas de Radiocomunicación: Alfa Omega. Amplificador de Alta Linealidad (reporte técnico) Radiorreceptores para sistemas de radiocomunicación. REFERENCIAS Microwaves. RF and Microwaves. IEEE Microwaves. RF and Microwave Linear and Nonlinear Circuits Rhode. Communications Receiver W. Rhode. Libros sobre Compatibilidad Electromagnética. Libros sobre Electrónica de RF y Microondas.