Conversor de frecuencia ideal.

Transcripción

1 Electrónica de Comunicacione Curo 9-1 Capítulo 6 Mezcla y converión de frecuencia V S V v v Converor de frecuencia ideal. = V x( t)co = V co KVV vi = ( ωt+ φ( t) ) ( ω t) [ x( t)co( ( ω + ω ) t+ φ( t) ) + x( t)co( ( ω ω ) t+ φ( t) )] V i Etá formado por un multiplicador ideal de eñale y un filtro pao banda que elecciona una de la do banda de alida. Mezcla y converión de frecuencia 1

2 Electrónica de Comunicacione Curo 9-1 Etructura de banda en un converor de frecuencia ideal S(f) Señale de entrada S(f) Converión hacia abajo f fs Señale de alida Converión hacia arriba f f S -f f S +f f 3 La banda imagen en converore V S V S(f) V i La banda imagen (f Y ) e convierte también en la banda de frecuencia intermedia y paa el filtro de FI. S(f) f Y f f S f Señale f I f Y +f f S +f de alida f 4 Mezcla y converión de frecuencia

3 Electrónica de Comunicacione Curo 9-1 Dipoitivo no lineal utilizado como mezclador de eñale. V S Suma la eñale de entrada Paa por un elemento no lineal Filtra la banda deeada + V i V vi =K 1(v +vo )+K (v +vo ) +K 3(v+vo =...K v vo ) +...= 5 Producto de mezcla no deeado No olo aparecen la uma y diferencia de frecuencia de entrada, ino la uma y diferencia de u armónico V S v = V v = V co co ( ω t) ( ω t) V + V i = v i = K [( mω n ) t] m n m n Am nv v = Cm nv V ±, n m 1 ( v + v o )+ K n ( v m + v o ) + K 3 ( v + v o ) =, co ω 6 Mezcla y converión de frecuencia 3

4 Electrónica de Comunicacione Curo 9-1 Producto de mezcla no deeado V S V + V i Normalmente, el ocilador e de mayor potencia que la eñal de RF y u armónico también on má importante. f 3f 4f f f +f f i =f -f f f +f f -f f -f f 5f -f 3f +f 3f -f 4f -f f 7 Epecificacione en un converor de frecuencia Frecuencia de entrada Pérdida de converión Ailamiento Coeficiente de reflexión Figura de ruido Generación de armónico y epurio Saturación Dado: Potencia de ocilador Impedancia nominal 8 Mezcla y converión de frecuencia 4

5 Electrónica de Comunicacione Curo 9-1 Frecuencia de entrada / alida Mezcladore de banda etrecha Utilizan filtro para eparar la banda. La banda no e olapan. Mezcladore de un olo componente. Aplicacione de conumo o de muy alta frecuencia. Mezcladore de banda ancha. Combinan vario componente. Separan la banda con circuito híbrido. Son má complejo y con mejore pretacione. Aplicacione profeionale hata microonda. 9 Medida de un mezclador f RF Z P RF RF Z Z FI OL P OL Analizador de epectro f OL Se baa en do eñale de entrada con frecuencia variable (f RF y f OL ). La potencia de eñal e variable (P RF ). La impedancia aociada a generador y carga e la nominal (Z ) La potencia de ocilador e contante (P OL ). 1 Mezcla y converión de frecuencia 5

6 Electrónica de Comunicacione Curo 9-1 Pérdida de converión La pérdida de converión on independiente de la potencia de eñal (zona lineal). Se determinan en función de la frecuencia de RF. A vece e da para varia potencia de ocilador. f RF Z f OL P RF RF Z Z FI OL P OL FI L(dB) = 1 Log P P FI RF P FI 11 Impedancia de entrada, Pérdida de Retorno y Relación de Onda Etacionaria f RF Z P RF RF Z Z RL( db) = LogΓ donde Γ= Z + Z Z in 1+ Γ ROE = 1 Γ Z Z FI OL P P FI f OL La impedancia de entrada y alida e comparan con la nominal (Z ). Se uele definir la pérdida de retorno (RL) o la ROE (VSWR) en función de la frecuencia de RF 1 Mezcla y converión de frecuencia 6

7 Electrónica de Comunicacione Curo 9-1 L 1, L,1 L, L,1 L 1,3 Ailamiento OL/FI, OL/RF y RF/FI Z OL RF OL P OL/RF P OL f OL Z A OL / RF OL La atenuación que ufren la eñale al paar de una puerta a otra in converión determina el ailamiento. A OL/RF, A OL/FI y A RF/FI A FI (db) = 1 Log P P OL/ FI OL / RF OL Z (db) = 1Log P P P OL/FI OL/ FI OL 13 Mezcla epuria I Se epecifica la atenuación L m,n repecto a la mezcla principal. f RF Z P RF RF Z Z F I P OL OL Analizador de epectro f f OL db f f f +f 3f 4f Pm, n( dbm) = PFI ( dbm) Lm, n( db) f 14 Mezcla y converión de frecuencia 7

8 Electrónica de Comunicacione Curo 9-1 Mezcla epuria II [ ( dbm) P ( )] Pm, n( dbm) = Pm, n( dbm) + m PFI FI dbm f Cuando la eñal de entrada diminuye 1dB, el armónico m diminuye m (db). f db 1dB 1dB f f 3f +f 4f L 1, L,1 L, L,1 L 1,3 db f 15 Ruido en converore de frecuencia V S V i V Y ( SGS + TY GY) Pn P = kb T + El ruido de entrada también procede de la do banda: Banda de eñal Banda imagen La potencia de ruido que genera el mezclador a u alida (P n ) no depende del ruido que proceda de cada banda. 16 Mezcla y converión de frecuencia 8

9 Electrónica de Comunicacione Curo 9-1 Forma de definir el ruido en converore P= kb = kb V S V Y V i (( TS + TSSB) gs + TY gy) = (( T + T ) g + ( T + T ) g ) S DSB S Y DSB Y En que banda e inyecta el ruido equivalente a la entrada? Se define la temperatura en imple banda (T SSB ) como la equivalente inyectada en la banda de eñal. Se define como temperatura en doble banda (T DSB ) como la equivalente inyectada en la do banda 17 Forma de definir el ruido en converore V S V Y V i T SSB = T DSB gs + g g S Y Si la ganancia en eñal e imagen on imilare, amba definicione e relacionan por un factor do. TSSB = T DSB 18 Mezcla y converión de frecuencia 9

10 Electrónica de Comunicacione Curo 9-1 Equema de un mezclador imple de banda etrecha RF Diodo Mezclador FI Filtro de RF OL Filtro de FI Filtro de OL 19 Equema de un mezclador imple en guía de onda Filtro de FI Cortocircuito Entrada RF/OL Diodo mezclador Guía de onda Mezcla y converión de frecuencia 1

11 Electrónica de Comunicacione Curo 9-1 Diodo Schottky + - v C(v) R(v) R L C C( v) = 1 v φb 1 I G( v) = = 1 R( v) V f c 1/ v V 1 = πr C Son diodo de unión metal-emiconductor (tipo n). El proceo de mezcla e centra en la reitencia variable. La capacidad y reitencia erie limitan la frecuencia útil. 1 Tranitore MESFET G C(v g,v d ) I d (v g,v d ) D S I ( v, v ) = β ( v v ) (1 λv ) Tanh( αv ) d g d g t d d Son FET de unión metal-emiconductor. El proceo de mezcla e centra en la tranconductancia no lineal. Ofrecen ganancia de converión. Mezcla y converión de frecuencia 11

12 Electrónica de Comunicacione Curo 9-1 Tranitore MESFET de doble puerta. G D G D G 1 S G 1 S El FET de doble puerta permite trabajar con entrada independiente de RF y OL. El proceo de mezcla e centra en la tranconductancia no lineal. Ofrecen ganancia de converión, buen ailamiento y baja potencia de OL. 3 Equema de un mezclador con FET de doble puerta OL FI RF 4 Mezcla y converión de frecuencia 1

13 Electrónica de Comunicacione Curo 9-1 Comparación entre mezcladore MEZCLADORES Diodo Schottky MESFET' Bipolare Frecuencia máxima: 1 GHz 5 GHz MHz Epúreo: Bueno Bueno Malo Ganancia: -3 a -1 db 5 a 1 db 1 a db Figura de ruido: 3 a 1 db 6 a 1 db 1 a 15 db Tecnología: Si/AGa AGa Si Aplicacione: Circuito Híbrido de Microonda 1p: CI microonda p: componente dicreto Circuito integrado RF 5 Mezcladore equilibrado I V S m n Cm, nv V [( m ± n ) t] ω, = co ω vi n m V V i, -V S v = vi i =,1 vi, = m m, n n m= 1,3,... n [( mω ± n ) t] C V V co ω V V i,1 m n ( V ) V [( mω n ) t] Cm, n ±, = co ω vi 1 n m 6 Mezcla y converión de frecuencia 13

14 Electrónica de Comunicacione Curo 9-1 Mezcladore equilibrado II = vi vi = m+ 1 n Cm, nv V co[ (( m+ ) ω± nω ) t] vi, 1, 1 n m Sólo hay potencia impare de la eñal. Y múltiplo impare de u frecuencia No hay OL No hay armónico de OL No hay armónico pare de la eñal No hay combinacione de lo anteriore Si el equilibrio no e perfecto? 1+ R A= 1log R coφ R 7 Mezclador eqilibrado III 4 A = A,equilibrado A 1+ R = 1log,encillo R coφ R R(dB), ,8 1,8 15,7 1, 7,7 1,3 5 4,,6 19,8 15, 11,9 7,6 1,3 1 18, 17,7 16,6 13,8 11, 7,3 1, 15 14,7 14,5 13,9 1, 1,3 6,9 1,1 1, 1,1 11,7 1,6 9, 6,4 1, 5 1,3 1, 1, 9, 8,1 5,8,8 3 8,7 8,7 8,5 7,9 7,1 5,,6 35 7,4 7,4 7,3 6,8 6, 4,5,4 4 6,3 6,3 6, 5,8 5,3 3,9,1 = A (db) A (db) R (db) º 8 Mezcla y converión de frecuencia 14

15 Electrónica de Comunicacione Curo 9-1 Equema de funcione de un circuito híbrido Z Z -3dB 1 4 Circuito Híbrido -3dB -3dB -3dB 3 Z Z Divide la eñale de entrada (1 y 4) en parte iguale. Combina en la puerta de alida la eñale de entrada. Aila la puerta de entrada entre i. 9 Circuito híbrido con tranformadore 1: I 1 :1 I 4 V 1 V= V 1 V I 4 = V 1 / V 4 / V 1 I 1 3 V 1 / V 4 / I 4 3 Mezcla y converión de frecuencia 15

16 Electrónica de Comunicacione Curo 9-1 Circuito híbrido en Guía de Onda. T-mágica Híbrido en guía de onda rectangular. Se utiliza en frecuencia uperiore a GHz. Lo circuito plano ofrecen ventaja de tamaño, peo y precio. 31 Circuito híbrido en línea microtira. Híbrido Branch-Line λ/ Híbrido en Branch- Line obre línea imprea. Se utiliza entre 1GHz y 3 GHz. Lo circuito plano on actualmente lo má utilizado en microonda. 3 Mezcla y converión de frecuencia 16

17 Electrónica de Comunicacione Curo 9-1 Equema funcional de un mezclador equilibrado RF Circuito Híbrido Mezclador imple OL + La eñale de FI e uman en fae a la alida. 33 Equema de un mezclador equilibrado Converor equilibrado con tranformadore. Se utiliza entre 1MHz y GHz. 34 Mezcla y converión de frecuencia 17

18 Electrónica de Comunicacione Curo 9-1 Equema de un mezclador doblemente equilibrado con diodo V V Vi Converor doblemente equilibrado con tranformadore. Se utiliza entre 1MHz y GHz. Conigue converore de banda muy ancha. 35 Equema de un mezclador doblemente equilibrado con BT. Vcc V FI V RF V OL Converor equilibrado con circuito diferenciale. Se utiliza entre y 1MHz. Muy utilizado en circuito integrado de Si. 36 Mezcla y converión de frecuencia 18

19 Electrónica de Comunicacione Curo 9-1 Mezclador con rechazo de imagen ( ω ω ) t A co o i + A co( ω + ω )t y o i A co ω t+ A coω t y i i ( ω ω ) t A co o i + A co( ω + ω )t y o i V º Híbrido Divior 9º V i V Híbrido 9º Z 9º º Z º A coω t i A co t i y ( ω π ) A co A co y [( ωo ωi) t π ] [( ω + ω ) t π ] o i + A co A co y ( ωit+ π ) [ ω t π ] 1+ R R coφ S = 1log 1+ R + R coφ i + 37 Pregunta de Tet P6.1 Un mezclador doblemente equilibrado elimina la mezcla no deeada de a) Lo armónico pare del OL con cualquier armónico de RF. b) Lo armónico pare del OL con lo pare de RF c) Todo meno lo armónico impare de RF y OL d) Lo armónico pare de RF con cualquier armónico de OL. P6. Un converor de frecuencia modifica la frecuencia portadora a) Mediante un proceo no lineal que multiplica la frecuencia portadora por un factor. b) Mediante un proceo no lineal de mezcla con una eñal de frecuencia fija. c) Mediante un circuito enganchado en fae que divide la frecuencia por un factor. d) Mediante un proceo lineal de amplificación y filtrado a la frecuencia deeada. 38 Mezcla y converión de frecuencia 19

20 Electrónica de Comunicacione Curo 9-1 Pregunta de Tet P6.3 La ganancia de converión de un mezclador e miden como un cociente de potencia. a) La potencia de alida en FI dividida por la potencia de entrada en RF. b) La potencia de alida en FI dividida por la uma de la potencia de entrada. c) La potencia de alida en FI dividida por la potencia de OL. d) La potencia total de alida en toda la eñale armónica dividida por la potencia total de entrada de RF y OL. P6.4 Un mezclador doblemente equilibrado e un circuito que... a) mezcla la eñale de entrada olo cuando la do tienen el mimo nivel. b) elimina la mezcla armónica pare de la eñale de entrada c) produce una eñal a la alida con la do banda laterale iguale. d) limita la eñal a la alida reduciendo la modulación de amplitud. 39 Pregunta de Tet P6.5 Un mezclador equilibrado mejora, repecto de un mezclador imple, la iguiente caracterítica: a) Reduce la pérdida de converión en 3dB. b) Permite trabajar con nivele de eñal má bajo. c) Permite trabajar con nivele de ocilador má bajo. d) Elimina la mezcla con armónico pare del eñal. P6.6 La converión de frecuencia e un proceo a) que permite multiplicar la frecuencia de entrada por un factor fijo. b) que modifica la amplitud de la componente epectrale de la eñal inveramente proporcional a la frecuencia. c) No lineal que permite deplazar la frecuencia portadora una c cantidad fija in modificar la modulación. d) No lineal con el que e puede modular una portadora en FM. 4 Mezcla y converión de frecuencia

21 Electrónica de Comunicacione Curo 9-1 Pregunta de Tet P6.7 El diodo de barrera Schottky e utiliza para la formación de circuito mezcladore a) Hata 1GHz por u baja capacidad de unión y reducido tamaño. b) En frecuencia baja por u fácil integración en circuito de Si. c) Hata 1GHz donde etá limitado por la capacidad de la unión. d) Sólo en converore uperiore por u alta pérdida en la converión inferior. P6.8 Un mezclador equilibrado mejora, repecto de un mezclador imple, la iguiente caracterítica: a) Reduce la pérdida de converión en 3dB. b) Permite reducir la potencia de ocilador local necearia. c) Elimina el ruido del mezclador en la banda imagen. d) Aumenta el ailamiento entre la puerta de OL y FI 41 Pregunta de Tet P6.9 Un mezclador con rechazo de imagen, perfectamente balanceado, e un circuito que a) Reduce la pérdida de converión en 3dB. b) Elimina la banda imagen en la etapa de RF c) Elimina la banda imagen de la etapa de FI d) Elimina la banda imagen en la etapa de OL P6.1 Lo diodo varactore e emplean a) Como converore inferiore porque preentan ganancia de converión b) Como converore uperiore porque atenúan la banda imagen c) Como converore uperiore porque preentan ganancia de converión. d) En frecuencia baja por u fácil integración en circuito de Si. 4 Mezcla y converión de frecuencia 1

22 Electrónica de Comunicacione Curo 9-1 Ejemplo: TFM-15 Conidere el mezclador de banda ancha de Mini-Circuit, modelo TFM-15, que poee la epecificacione iguiente, extraída de la hoja del fabricante: Frecuencia (MHz) RF/LO 1-3 IF 1-8 Potencia LO (nominal) 1 dbm Impedancia nominal 5 ohm ROE :1 máx. Pérdida de converión 6.5 db (8.5 máx) Ailamiento LO-RF 5 db mín. LO-IF db mín. Punto de compreión 1 db (Potencia de entrada en RF) P(1dB) 5 dbm 43 Ejemplo: TFM-15 Ejemplo 6.1: El mezclador e utiliza en un receptor para traladar la banda de recepción, centrada en 15 MHz, a una frecuencia intermedia centrada en 7 MHz. La eñal de entrada de RF e de 15 MHz con un nivel de 5dBm y la de OL de 1dBm. Determine la frecuencia de la eñal en la puerta de OL y lo nivele a la alida en FI. Ejemplo 6.: Conidere el cuadro de atenuación de armónico correpondiente al mezclador de banda ancha del ejemplo anterior. Conidere el epurio (3,5), que procede de la mezcla del tercer armónico de la eñal de entrada con el quinto del ocilador. Determine u nivel a la alida para: a) Un nivel de dbm de la eñal de entrada b) Un nivel de -5dBm de eñal de entrada 44 Mezcla y converión de frecuencia

23 Electrónica de Comunicacione Curo 9-1 Ejemplo: TFM 15 E 6.1: Calcule el nivel típico de potencia de ocilador local preente en la puerta de RF y FI para el mezclador TFM15 de Minicircuit, cuya hoja de caracterítica e preenta en el ejercicio 1 del capítulo. Realice lo cálculo para un OL de 5 MHz y un OL de 1.5 GHz. Suponga que el OL trabaja a u potencia nominal. E 6.4: Un converor de frecuencia que utiliza el mezclador TFM15 de minicircuit, trabaja con una eñal de RF centrada en 14 MHz y debe generar una frecuencia intermedia de 76 MHz con un ancho de banda de 4 MHz. a) Determine la frecuencia de ocilador local necearia. Elija una de la do poible frecuencia. b) Si la potencia de ocilador e la nominal y la potencia de eñal a la entrada e 5 dbm, cuál erá el nivel típico de eñal en frecuencia intermedia? c) Cuál e el nivel de la frecuencia del ocilador en la alida de FI? 45 Mezcladore comerciale Mini-Circuit 46 Mezcla y converión de frecuencia 3

24 Electrónica de Comunicacione Curo 9-1 Ejemplo: TFM Ejemplo: TFM 15 E 6.5: En un converor de frecuencia que utiliza el mezclador TFM15 de Mini-Circuit, e conecta un ocilador de 1 dbm y 1 MHz a la entrada de OL y una eñal de 11 MHz en la puerta de RF con una potencia de 1 dbm. a) Determine la frecuencia de la eñale obtenida a la alida por combinación de la eñale de entrada y u armónico de orden 5. b) Determine lo nivele de potencia a la alida y dibuje un equema de lo que e vería en un analizador de epectro entre y 8 MHz. 48 Mezcla y converión de frecuencia 4