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Video Lecture RF Laps.

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Apresentação em tema: "Video Lecture RF Laps."— Transcrição da apresentação:

1 Video Lecture RF Laps

2 Agenda Considerações no projeto de circuitos RF
Casamento de impedância Parâmetros S e Carta de Smith Dispositivos/blocos comumente usados Arquiteturas de transceptores Modulação e detecção

3 Considerações no projeto de circuitos RF
Não-linearidade Característica de transferência de um circuito linear Os circuitos utilizados em RF são não-lineares Característica de transferência de circuitos não-lineares pode ser descrita por series de potência.

4 Considerações no projeto de circuitos RF
Alguns problemas associados a não-linearidade Harmônicos Introduzem sinais que não existiam no sinal de entrada Harmônicos

5 Considerações no projeto de circuitos RF
Compressão de ganho Amplitude de entrada em que a potência de saída é 1 dB menor do que deveria ser no circuito linear

6 Considerações no projeto de circuitos RF
Intermodulação Acontece quando há multiplas frequências presentes no sinal de entrada. Intermodulação

7 Considerações no projeto de circuitos RF
Intermodulação Adiciona outras componentes de frequência próximas aos sinais de entrada São mais difíceis de filtrar do que os harmônicos

8 Métricas Distorção harmônica Distorção harmônica total
Comparação entre a amplitude da frequência do sinal de entrada e um dos harmônicos (m) Distorção harmônica total

9 Métricas Intermodulação
Relaciona o produto da intermodulação com o com amplitude de saída do sinal de entrada.

10 Métricas Pontos de interceptação (IP)
IP harmônico ou IPnh: valor de amplitude para o qual a resposta linear e a distorção harmônica n têm a mesma magnitude. Amplitude da resposta linear Amplitude da distorção hormônica (2ª)

11 Métricas Ponto de interceptação
IP2h: ponto de interceptação harmônico em relação ao segundo harmônico. IP3h

12 Métricas Ponto de interceptação da intermodulação
IP harmônico ou IPni: valor de amplitude para o qual a resposta linear e a distorção por intermodulação n têm a mesma magnitude.

13 Ruído Ruído térmico Proveniente do movimento aleatório dos eletrons
Característico de componentes resistivos

14 Ruído Ruído flick ou ruído 1/f
Ocorre na maioria dos dispositivos eletrônicos É mais problemático em baixas frequências Interfere na demodulação (downconversion) de sinais

15 Ruído Ruído Shot Proveniente do fluxo de eletrons na junção pn dos componentes eletrônicos É problemático para sistemas que operam em baixa corrente (<1uA)

16 Ruído Potência de ruído disponível a partir de uma antena
É possível modelar uma antena a partir de um resistor Se a Carga for casada com a antena, então tem-se máxima transferência de potência

17 Ruído Potência de ruído disponível a partir de uma antena
Para impedâncias casadas

18 Ruído Chão de ruído (Noise Floor – NF)
Potência de ruído disponivel em determinada banda

19 Ruído Relação sinal ruído (RSR)
Relação entre a potência do sinal e potência do ruído Para o exemplo anterior, se não houver nenhuma outra fonte de ruído, então:

20 Ruído Relação sinal ruído (RSR)
Cada sistema de comunicação define a mínima RSR necessária para a recuperação da informação Sensibilidade do receptor: RSR mínima para haver recuperação da informação. Exemplo: Dois sistema um que requer 0 e outro 7 dB. Logo, se não houver outra fonte de ruído, então para o sistema anterior sinais de -121 dBm e -114 dBm poderão ser detectados com sucesso, respectivamente.

21 Ruído Fator de ruído (F) Figura de ruído (Noise Figure – NF)
Ruído adicionado por componentes eletrônicos ao sinal Relação entre RSR de entrada e de saída Figura de ruído (Noise Figure – NF) G -> Ganho

22 Ruído Figura de ruído de componentes em série

23 Ruído Exemplo

24 Ruído Exemplo Sensibilidade para um sistema que requer 7dB de RSR

25 Modelos dos componentes passivos
Os componentes passivos operando em altas frequências podem apresentar variação de suas características Um capacitor pode se comportar como um indutor e vice-versa. Bem com os resistores podem ter efeitos indesejados

26 Modelos de componentes passivos
Capacitor Resistor

27 Modelos dos componentes passivos
Indutor

28 Parametros S Sistemas lineares podem ser caracterizados por parâmetros medidos em seus terminais Com os parâmetros, o comportamento pode ser modelado “Scattering parameters” ou Parâmetros de espalhamento ou Parâmetros S São mais fáceis de medir que outros parâmetros Facilitam o trabalho em altas frequências São relacionados a ondas propagando que são refletidas quando encontram a entrada de um sistema Ou não lineares operando com sinais suficientemente pequenos de modo que que o sistema reponde linearmente Sem necessidade de conhecer seu conteúdo interno

29 Parâmetros S Considere o sistema com duas portas
Pode ser modelado por:

30 Parâmetros S Os parâmetros y podem ser determinados
Considerando o modelo de ondas refletidas: Artigo: “Power Waves and the Scattering Matrix”, K. Kurokawa

31 Parâmetros S Considerando Zi positivo e real:
Coeficientes de reflexão na entrada e saída Ganhos da entrada para a saída

32 Parâmetros S Coeficiente de reflexão
Mede o quanto de uma onde incidente no terminal de um sistema é refletida Usado para casamento de impedância

33 Carta de Smith Permite se ache como as impedâncias são transformadas ao longo de uma linha de transmissão Relaciona a impedância com o coeficiente de reflexão É baseada na equação: Normalizada pela impedância característica

34 Carta de Smith Fazendo as devidas manipulações matemáticas:
r e x são as partes real e imaginária de Zin

35 Carta de Smith Analisando separadamente u=1
Círculos de resistências normalizadas no plano dos coeficientes de reflexão

36 Carta de Smith Analisando separadamente u=1

37 Carta de Smith Juntando os gráficos

38 Carta de Smith Através da carta de Smith é possível
Determinar o coeficiente de reflexão de uma linha de transmissão Projetar uma carga casada com a impedância característica Tendo a carga normalizada e a impedância característica da linha de transmissão Para o coeficiente de reflexão desejado

39 Dispositivos comumente usados
Mixer É um disposivo com três portas que utiliza um elemento não-linear para produzir conversão de frequências.

40 Dispositvos comumente usados
Mixer Idealmente é um circuito que multiplica dois sinais Base Matemática Sinal em alta frequência Elemento filtrado

41 Dispositivos comumente usados
Oscilador Gera um sinal períodico Usado para conversão de frequências Idealmente seria obtido através de um circuito LC Devido as perdas necessita de um “repositor de energia” Resistências parasitas dos componentes Compensação das perdas Resistência parasita Frequência de oscilação

42 Dispositivos comumente usados
Oscilador Colpitts Baseado no princípio da realimentação Obtém a resistência negativa (repositor de energia Gera o sinal a partir do ruído interno dos componentes

43 Dispositivos comumente usados
Oscilador controlado por tensão (Voltage controlled oscilator – VCO) Gera um sinal periódico que é proporcional a tensão aplicada em um de seus terminais

44 Dispositivos comumente usados
PLL – Phase locked loop É um dispositivo que gera um sinal de fase relacionada com um sinal de entrada É composto por um VCO e um detector de fase É utilizado para: Sintetizar frequências Manter a frequência de um sistema em fase com a frequência de um sinal de entrada Demodulador FM

45 Dispositivos comumente usados
Amplificadores de baixo ruído É o primeiro bloco depois da antena de um receptor Tem o objetivo de amplificar sinais introduzindo o mínimo possível de ruído Deve ser composto por elementos com baixa figura de ruído

46 Dispositivos comumente usados
Amplificadores de potência Compõem o último estágio de um transmissor antes da antena Tem o objetivo de entrega a maior potência possível do sinal para a antena É classificado em três tipos básicos Classes A, B e C Eficência: relação da energia entregue a carga e energia consumida

47 Dispositivos comumente usados
Amplificadores de potência classe A Amplifica toda a amplitude do sinal O Amplificador conduz durante todo o tempo O nível dc do sinal fica acima do limiar de condução do amplificador Nível DC Limiar de condução Eficiência Máxima: 50%

48 Dispositivos comumente usados
Amplificador de potência classe B Amplifica somente a parte positiva do sinal O amplificador está ligado somente em parte do tempo O sinal fica exatamente no limiar de condução Nível DC Limiar de condução Eficiência Máxima: 78.5%

49 Dispositivos comumente usados
Amplificador de potência classe C Amplifica somente a parte positiva do sinal O amplificador está ligado somente em parte do tempo O sinal fica abaixo do limiar de condução Nível DC Limiar de condução Eficiência Máxima: 78.5 ~100 %

50 Arquiteturas de transceptores
Receptor heterodino Filtragem de sinais de banda estreita em altas frequência é difícil Converte o sinal para uma frequência intermediária onde é filtrado Muito usado quando os dispositivos disponíveis não têm a precisão suficiente para construir filtro e outros componentes.

51 Arquiteturas de transceptores
Receptor heterodino Frequência intermediária Banda base Alta Frequência Filtragem

52 Arquiteturas de transceptores
Receptor homodino Converte o sinal diretamente para a banda base A frequência do oscilador local é a mesma do sinal em RF É mais simples e consome menos energia Tornou-se mais facilmete realizável devido aos componentes mais precisos Pode haver transmissão reversa


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