IV. Práctica 4: Respuesta en frecuencia

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1 IV. Práctica 4: Respuesta en frecuencia En esta práctica se analizará la respuesta en frecuencia eléctrica de diversos sistemas de Comunicaciones Ópticas, empleando tanto modulación analógica como digital, para lo cual se utilizará un Analizador de Espectro Eléctrico. En primer lugar se observará el espectro eléctrico de la señal transmitida al modular analógicamente un diodo láser por encima y debajo del umbral. En segundo lugar se observará el espectro al modular un LED en forma digital, tanto con señal de reloj como con datos. Finalmente, en el último apartado se estudiarán las características de transmisión de un sistema de fibra de plástico, observando el efecto de la atenuación en la fibra sobre la potencia óptica y eléctrica de la señal recibida y se estimará la distancia máxima del enlace. PRECAUCIONES ESPECÍFICAS No encienda ni apague el diodo láser ni la caja de emisores durante toda la práctica. Compruebe la longitud de onda en el medidor de potencia antes de cada serie de medidas. Cuando en alguna parte de la práctica se le indique que debe medir corrientes, esta medida se realizará SIEMPRE de modo indirecto, midiendo tensión en bornas de una resistencia de valor conocido por la que circula la Compruebe también las unidades de medida en el medidor. NUNCA utilice el polímetro en escalas de corriente. El Analizador de Espectro puede dañarse si se le introduce una potencia mayor de 10 dbm. NO INTRODUZCA NUNCA EN EL ANALIZADOR LAS SEÑALES QUE PROCEDEN DE LOS GENERADORES. Introduzca sólo las salidas analógicas de los detectores.

2 Laboratorio de Comunicaciones Ópticas Dpto. Tecnología Fotónica Caja de emisores Caja de detectores Caja de generadores Osciloscopio MATERIAL NECESARIO Latiguillo de fibra MM FC 3 cables BNC-BNC 1 adaptador BNC en T 1 Atenuador BNC 1:10 (sólo en los Analizador de espectro eléctrico 2 Medidores de potencia óptica (uno con acoplo POF) Generador de funciones Latiguillo de fibra de plástico puestos con generador GF-1000) Carrete de fibra de plástico de ~50m 1 polímetro + 2 bananas 1 adaptador BNC 50 (o un segundo BNC en T y un terminador de 50 ) IV.1. Objetivos: RESPUESTA EN MODULACIÓN ANALÓGICA Estudiar el espectro en frecuencia de la señal de salida en un sistema con modulación analógica, y analizar el efecto del punto de polarización del láser sobre la linealidad de la respuesta. Método de medida: Se aplicará una señal sinusoidal al driver del láser, superponiéndola a diferentes puntos de polarización continua. Se observará la respuesta temporal en el osciloscopio, y se medirá simultáneamente su espectro en un analizador de espectro eléctrico. Procedimiento experimental: IV.1.A. Seleccione en el generador de funciones 200 khz (sinusoidal) y visualice la señal en el osciloscopio. Ajuste la amplitud a 50mV pp. Si la señal obtenida es mayor atenúe la señal según el generador que disponga en su puesto. Con el GF1000 coloque un atenuador de 10dB a la salida del mismo. El GF232 dispone de una atenuación de 20dB opcional, que debería encontrársela activada. Para ajustar la amplitud del generador mida la señal con el generador conectado simultáneamente a la caja de emisores. IV-2

3 Práctica 4: Respuesta en frecuencia Montaje del Apartado IV.1 IV.1.B. Asegúrese de que el mando de potencia del diodo láser está al mínimo y que el conmutador CORR/POT está en la posición CORR. Utilizando el medidor de potencia, ajuste la potencia de salida del láser a 50 µw. Mida y anote la corriente por el láser. IV.1.C. Sin variar la amplitud ni frecuencia del generador, realice el montaje de la figura, seleccionando la posición AN en el conmutador AN/DIG del LD y la posición Comparadores OFF (Digital-Out OFF) en la caja de detectores. No utilice el adaptador de 50 en el osciloscopio (la entrada del analizador ya es de 50 ) IV.1.D. Visualice la señal de salida en el osciloscopio y su espectro en el analizador. Con el fin de familiarizarse con los mandos del analizador se recomienda comenzar con las siguientes posiciones: escala de frecuencias 0.1 MHz/div video filter OFF bandwidth 20 khz (ventana de integración de la medida) marker OFF IV-3

4 Laboratorio de Comunicaciones Ópticas Dpto. Tecnología Fotónica Sitúe el origen de frecuencias (componente continua de la señal) en el extremo izquierdo de la pantala; para elo deberá ajustar el mando de frecuencia central a 0.5 MHz (este mando varia la frecuencia representada en el centro de pantalla). Active el marcador y muévalo por la pantalla comprobando los valores de frecuencia correspondiente a la componente continua, al fundamental (200 khz) y a sus armónicos, si los hubiere. Como es sabido, la presencia de armónicos se debe a la no-idealidad de la forma de onda sinusoidal generada y en este caso, su visualización, o no, dependerá del nivel de ruido existente. Dibuje esquemáticamente la señal observada en la pantalla del AEE. V.1.E. Disminuya la corriente de polarización del láser mientras visualiza su espectro hasta que las amplitudes de los armónicos aumenten bruscamente. Anote la corriente a la que se produce este cambio. Observe la forma de onda de la señal en el osciloscopio y analice las causas del aumento de amplitud de los armónicos. Para realizar este análisis se recomienda dibujar la forma de onda observada en el osciloscopio sobre la curva P-I típica de un láser. Dibuje esquemáticamente la pantalla del AEE y sabiendo que la escala vertical es siempre 10 db/div, determine la diferencia, en db, entre la amplitud de la frecuencia fundamental (200 KHz) y el armónico de mayor amplitud. El AEE representa en pantalla la potencia de la señal de entrada en unidades arbitrarias (db), salvo que se proceda a calibrarlo con lo que se conocería su verdadero valor en dbm. Cuando se quieren comparar dos señales diferentes, o la relación S/N, la posición de la traza en vertical debe mantenerse constante. Continúe disminuyendo la corriente de polarización, y analice la relación entre forma de onda en tiempo y su espectro. Al finalizar, sitúe el mando de potencia de salida del láser al mínimo, y no desmonte el montaje experimental. Justifique lo observado, y estime la corriente umbral del láser. IV-4

5 Práctica 4: Respuesta en frecuencia IV.2. Objetivos: RESPUESTA EN MODULACIÓN DIGITAL Analizar el espectro eléctrico de la señal transmitida en un sistema con modulación digital, empleando señal de reloj y señal de datos seudoaleatorios. Método de medida: Se utilizará el mismo esquema de medida del apartado anterior, empleando como emisor un LED con driver digital, y como señal el reloj o los datos de la caja de generadores. Procedimiento experimental: IV.2.A. Realice el montaje de la figura. Seleccione la posición 7 (5 MHz), en la caja de generadores. Seleccione la posición DIG en el conmutador AN/DIG del LED y la posición Digital-Out OFF (Conmutadores OFF) en la caja de detectores. IV.2.B. Visualice la señal de salida en el osciloscopio. Visualice su espectro. Se recomienda seleccionar las siguientes posiciones en los controles: escala de frecuencias 5 MHz/div video filter OFF bandwidth 400 khz marker OFF. Ajuste la frecuencia central a 25 MHz. Con un rango de frecuencia en pantalla de 50 MHz observará en el extremo izquierdo de la pantalla la componente continua. Active el marcador y muévalo por la pantalla para determinar valores de frecuencia. Mida con el osciloscopio la frecuencia de la señal cuadrada de salida, y localice con el marcador del analizador de espectro la frecuencia fundamental y sus sucesivos armónicos. Anote la secuencia de intensidades entre armónicos pares e impares y razone los resultados obtenidos. IV.2.C. Sustituya la salida de reloj del generador por la salida de datos, sin cambiar su frecuencia ni los mandos del analizador. Visualice el espectro. Observará una envolvente con mínimos en los múltiplos de la frecuencia de reloj. Dibuje esquemáticamente la pantalla del AEE. Deduzca si el código empleado en la señal seudoaleatoria de datos es RZ o NRZ. IV-5

6 Laboratorio de Comunicaciones Ópticas Dpto. Tecnología Fotónica Montaje del Apartado IV.2 IV.2.D Mida con el analizador la componente espectral más baja, que será la frecuencia de repetición de la señal seudoaleatoria de datos. Para ello cambie el ancho de banda a 20 khz, escogiendo la escala y frecuencia central adecuadas. A partir de esa frecuencia y de la frecuencia de reloj, deduzca N, el número de bits empleado para generar la secuencia seudo-aleatoria. [Nota: la señal seudoaleatoria se repite cada 2 N -1 pulsos de reloj]. Si la componente espectral más baja no está entre 50 y 100 khz, repita las medidas. IV.3. Objetivos: TRANSMISIÓN DE SEÑAL ANALÓGICA EN FIBRA DE PLÁSTICO En este apartado se transmitirá una portadora en un sistema de fibra de plástico, se analizará la señal de salida, y se estimará la máxima distancia de transmisión. Previamente se medirá la atenuación óptica de la POF en continua. IV-6

7 Práctica 4: Respuesta en frecuencia Método de medida: Se utilizará un LED de 650 nm modulado analógicamente por una señal sinusoidal; se medirá la potencia eléctrica de la señal en recepción, y se comparará con el nivel de ruido. A partir de la relación S/N se estimará la longitud máxima que podría alcanzar el enlace sin emplear repetidores. Procedimiento experimental IV.3.A. Mida la atenuación de la fibra de plástico empleando el LED de 650 nm en continua, el latiguillo de fibra de plástico (3m. aprox), el carrete de aproximadamente 50 m, y el medidor de potencia con acoplo para fibra de plástico. Si el valor obtenido es muy diferente al marcado en su carrete, repita las medidas. Montaje del Apartado IV.3 IV-7

8 Laboratorio de Comunicaciones Ópticas Dpto. Tecnología Fotónica IV.3.B. Seleccione en el generador de funciones 1 MHz (sinusoidal) y visualice la señal en el osciloscopio. IV.3.C. Realice el montaje de la figura, seleccionando la posición AN. en el conmutador AN./DIG. del LED y la posición Comparadores OFF (Digital-Out OFF) en la caja de detectores. IV.3.D. Visualice la señal de salida en el osciloscopio y en el analizador de espectro. Se recomienda utilizar en éste la escala 0.5 MHz/div, con ventana de 20 khz. Ajuste la amplitud del generador y la polarización del LED para obtener máxima amplitud de salida con mínima distorsión. Compruebe que el analizador no está saturado (al atenuar 10 db con sus atenuadores internos, la amplitud debe disminuir 10 db). Mida en el analizador de espectro la amplitud relativa (en db) de la señal de 1 MHz. En medidas de amplitud relativa, debe tomar una referencia fija e igual para todas las medidas. Tome, por ejemplo, la línea superior de la carátula del AEE. IV.3.E. Sustituya el latiguillo de fibra por un carrete de aproximadamente 50 m. Sin variar la amplitud del generador, ni el punto de polarización del LED, ni la escala vertical del analizador de espectro, determine la pérdida de señal eléctrica, en db, causada por la atenuación en la fibra. A partir del resultado, determine la atenuación de la fibra de plástico (db/m). Si el valor es muy diferente al obtenido en el apartado anterior, revise sus medidas o sus cálculos. Tenga en cuenta que el AEE mide db eléctricos, no ópticos. IV.3.F. Determine el valor aproximado del fondo de ruido que observa en el analizador a la frecuencia de señal, y determine su origen. Para ello apague sucesivamente, bien el generador de señal, bien el emisor, bien la caja de detectores (el interruptor está en la parte trasera), mientras observa los espectros de salida. Para la determinación del nivel de ruido debe tener en cuenta que el valor medido corresponde al ancho de banda de la ventana utilizada en el analizador, 20 khz en este caso, con lo que la potencia de ruido que se mide es proporcional a este ancho de banda. La potencia de ruido a una determinada frecuencia y ancho de banda de medida, se estima observando el valor en db, respecto a la referencia fijada, de los picos máximos del ruido. IV-8

9 Práctica 4: Respuesta en frecuencia IV.3.G.Suponga ahora que desea transmitir una señal con ancho de banda de 20 khz sobre portadora de 1MHz. Determine la longitud máxima del enlace que permite obtener una relación portadora/ruido de al menos 10 db. Como el ancho de banda de la ventana de medida es precisamente 20 khz, la potencia de ruido corresponderá a la que ha medido anteriormente. La potencia de señal en recepción dependerá de la longitud del enlace. POR FAVOR, AL ACABAR LA PRÁCTICA RECOJAN TODO Y DÉJENLO COMO ESTABA AL PRINCIPIO. SUS COMPAÑEROS SE LO AGRADECERÁN. IV-9