Electrónica de Comunicaciones. Septiembre de 2009.

Transcripción

1 Electrónica de omunicaciones. Septiembre de (Teoría) IMPORTANTE: La revisión de la parte teórica del examen tendrá lugar el día 15 de septiembre, a las 10:30 h en el Seminario Heaviside. 1. TEST (4,5 puntos) Escoge una respuesta. Respuesta correcta: 0,45 puntos. Respuesta incorrecta: puntos. Pregunta sin responder: 0 puntos. Bloque A. Productos de intermodulación. Problemas del receptor Queremos implantar un sistema de comunicaciones por RF en la banda de frecuencias del recuadro (con canales entre f s = 150 MHz y f s = 450 MHz). Antes de asignar las frecuencias de los canales se decide llevar a cabo un estudio de las posibles interferencias. En la carta de productos de intermodulación que se entrega junto al examen se muestran las rectas mf y nf OL = FI que describen los distintos productos de intermodulación m,n que aparecen en un receptor heterodino, donde f y es la frecuencia de una posible señal interferente y f OL la frecuencia del oscilador local. La recta de sintonía es la recta que divide el cuadrado en dos mitades iguales. El receptor tiene un filtro de RF con ancho de banda B RF = 340 MHz y un filtro de FI con B FI = 5 khz, ajustado a los canales de datos que se van a transmitir. Ambos filtros se suponen ideales y el ancho de banda se corresponde con la distancia entre las frecuencias máxima y mínima que deja pasar. El filtro de RF es sintonizable y se centra a la frecuencia del canal que se desea sintonizar. El filtro de FI es un filtro fijo centrado a FI. Pregunta 1: En nuestro sistema: a) La frecuencia intermedia es FI = 100 MHz y el oscilador local está situado por debajo de los canales. b) La frecuencia intermedia es FI = 200 MHz y el oscilador local está situado por debajo de los canales. c) La frecuencia intermedia es FI = 100 MHz y el oscilador local está situado por encima de los canales. d) La frecuencia intermedia es FI = 200 MHz y el oscilador local está situado por encima de los canales. Pregunta 2: Se asigna un primer canal 1 a frecuencia f 1 = 380 MHz. Qué frecuencias de la banda de sintonía debemos evitar para que no haya ningún problema de interferencias en los nuevos canales? En la respuesta no debe aparecer ninguna frecuencia que pueda usarse (para la que no llegue un producto de intermodulación). a) No podremos usar canales a frecuencias de 160, 240, 330 y 430 MHz. b) No podremos usar canales a frecuencias de 180, 230, 330 y 380 MHz. c) No podremos usar canales a frecuencias de 280, 330 y 430 MHz. d) No podremos usar canales a frecuencias de 230 y 330 MHz. 1

2 Pregunta 3: La única transmisión que hay en toda la porcion del espectro relevante para nuestro sistema, es una señal a frecuencia f y = 130 MHz. Qué frecuencias de la banda de sintonía debemos evitar para que no haya ningún problema de interferencias en los nuevos canales? En la respuesta no debe aparecer ninguna frecuencia que pueda usarse (para la que no llegue un producto de intermodulación). a) No podremos usar canales a frecuencias de 290 y 360 MHz. b) No podremos usar canales a frecuencias de 190 y 260 MHz. c) No podremos usar canales a frecuencias de 290, 360 y 490 MHz. d) No podremos usar canales a frecuencias de 190, 260 y 390 MHz. Pregunta 4: La única emisión que hay en la banda de interés es un canal 1 a frecuencia f 1 = 280 MHz. Qué frecuencias de la banda de sintonía debemos dejar libres al añadir usuarios para que la señal de 1 no sufra interferencias? En la respuesta no debe aparecer ninguna frecuencia que pueda usarse (para la que no llegue un producto de intermodulación). NOTA: A diferencia de las preguntas anteriores, aquí queremos saber qué canales interfieren en la recepción de 1 y no los canales en los que 1 crea interferencia. a) No podremos usar canales a frecuencias de 330 y 460 MHz. b) No podremos usar canales a frecuencias de 160, 240 y 330 MHz. c) No podremos usar canales a frecuencias de 180, 190, 230 y 330 MHz. d) No podremos usar canales a frecuencias de 160, 240, 330 y 430 MHz. Pregunta 5: La potencia de los productos de intermodulación a la salida del mezclador puede aproximarse por P OLP y m, donde P OL es la potencia de la entrada del OL y P y la potencia de la señal interferente. uál de los siguientes señales creará mayores problemas para recibir correctamente un canal centrado a f s = 200 MHz con una señal de potencia P 0? a) Una señal de potencia 2P 0 a fs = 400 MHz. b) Una señal de potencia 3P 0 a fs = 250 MHz. c) Una señal de potencia 5P 0 a fs = 300 MHz. d) La propia señal del canal, por medio de su producto de intermodulación 2,1. Bloque B. Sintetizadores de frecuencia. Tenemos un PLL de tipo II y orden 2 con un filtro lead-lag activo y con k v = 5 khz/v, k d = 1 V/rad. El condensador del filtro tiene una capacidad = 100 nf. Escogemos un valor de R 1 = 160, 29 kω y R 2 = 4, 285 kω, de modo que ξ = 0, 3. Las ecuaciones que describen el PLL son: ξ = ωnτ2 2, ω n = K τ 1, B L = ωn 2 ( ξ 1 4ξ ), τ 1 = R 1, τ 2 = R 2. Pregunta 6: uánto tiempo se tarda en lograr un enganche del 10% del valor final? a) 3,2 ms. b) 5 ms. c) 133 ms. d) 158 ms. Al PLL se le añade un divisor programable que admite entradas de hasta 30 MHz para utilizarlo como un sintetizador de frecuencias. omo referencia se usa un cristal con f r = 100 khz. Se desea tener a la salida frecuencias que vayan de 10 a 20 MHz. 2

3 Pregunta 7: Se mantiene el valor de R 1, pero se cambia R 2 de modo que ξ mantenga su valor de 0.3. uánto vale el tiempo de enganche (al 10%) en el peor de los casos? a) 32,14 ms. b) 45,45 ms. c) 50 ms. d) 70,7 ms. Pregunta 8: Se mantiene el valor de R 1, pero se cambia R 2 de modo que ξ mantenga su valor de 0.3. Para qué factor de división N tenemos el peor ancho de banda equivalente de ruido? a) Para N=10. b) Para N=20. c) Para N=100. d) Para N=200. Pregunta 9: Se quiere usar ese mismo PLL para generar frecuencias en un rango de 10 a 100 MHz, con saltos de 800 khz. a) Puede usarse el mismo esquema con divisor fijo. b) Es necesario añadir un divisor fijo con factor de división de 2. c) Es necesario añadir un divisor fijo con factor de división de 4. d) Ninguno de los esquemas anteriores puede dar el rango de salida deseado. Pregunta 10: Se quiere usar ese mismo PLL para generar frecuencias en un rango de 10 a 90 MHz, con saltos de 200 khz. a) Puede usarse el mismo esquema con divisor fijo. b) Es necesario añadir un divisor fijo con factor de división de 3. c) Es necesario añadir un divisor fijo con factor de división de 4. d) Ninguno de los esquemas anteriores puede dar el rango de salida deseado. 3

4 Problema 1 (2.5 puntos) Tenemos un receptor de RF con el diagrama de bloques de la Figura 1. El esquema se corresponde a un receptor heterodino que recibe la señal tras un cable con pérdidas. La señal de entrada tiene una potencia de -90 dbm y se sabe que para que el demodulador funcione correctamente es necesario que la relación señal a ruido a la salida sea de, al menos, 15 db. Se dispone de dos amplificadores de FI diferentes, uno de ganancia G A = 40 db y cifra de ruido F A = 20 db, y un segundo amplificador con G B = 30 db y F B = 2 db. Tf = T0 = 300 K BRF = 30 MHz BFI = 2 MHz k = 1, J/K L3 = 1 db Pin = 90 dbm Ts = 75 K able L = 1 db RF G2 = 30 db F2 = 2 db F3 = 6 db FI? SNROmin = 15 db FI = 20 MHz Figura 1: Diagrama de bloques del receptor. a) uál es la temperatura equivalente de ruido de cada uno de los amplificadores? b) uál es la temperatura equivalente de ruido de todo el bloque receptor si se usa el primer amplificador? Y si se usa el segundo? c) alcula la potencia total de ruido que se tiene a la salida en los dos casos (con el amplificador A y con el B). d) alcula la relación señal a ruido en los casos con previo y sin previo. Es suficiente para tener una buena recepción? e) ompara los resultados de los apartados anteriores para los dos casos. Interpreta los resultados y explica, de forma cualitativa, en qué caso hay mejor recepción y por qué. Problema 2 (3 puntos) La Figura 2 muestra un oscilador R, el oscilador Bubba. El circuito está formado por un amplificador ideal de ganacia A, por 4 condensadores de igual capacidad,, 4 resistencias, también iguales, de valor R, y tres amplificadores operacionales ideales. Los amplificadores operacionales hacen de buffer. Garantizan que las distintas etapas están bien aisladas (no hay fugas de corriente y las tensiones son iguales en ambos extremos, dado que v = v ). A 1 R 2 3 R 4 5 R 6 7 R 8 Figura 2: Oscilador Bubba. 4

5 a) En qué punto del circuito debe tomarse la salida del oscilador? Qué elementos del circuito forman la red selectiva en frecuencia (bloque B)? Indica en qué puntos del circuito se encuentran la entrada y la salida del bloque B. b) Halla la expresión, en términos de R, y ω, de la función de transferencia H(jω) = V3 V 1 del bloque situado entre los puntos 1 y 3. c) on ayuda del resultado de la sección anterior, da la función de transferencia B(jω) de la red selectiva en frecuencia. d) Demuestra que la frecuencia de oscilación del circuito es ω 0 = 1 R. e) uánto debe valer la ganancia A del amplificador para que se mantenga una situación de oscilación? Explica qué significa el valor encontrado. f) Qué tipo de amplificador usarías para implementar el bloque A? Por qué? 5