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Aplicações dos Misturadores, Notas de estudo de Mecatrônica

Aplicações dos Misturadores

Tipologia: Notas de estudo

2018

Compartilhado em 17/07/2018

mauro-lima-7
mauro-lima-7 🇧🇷

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Baixe Aplicações dos Misturadores e outras Notas de estudo em PDF para Mecatrônica, somente na Docsity! U E R J - C irc u ito s d e C o m u n ic a çã o P ro f. G il P in h e iro V e r. 2 3 /0 9 /2 0 1 1 Aplicações dos Misturadores - Receptores Prof. Gil Pinheiro MSc. UERJ-FEN-DETEL U E R J - C irc u ito s d e C o m u n ic a çã o P ro f. G il P in h e iro V e r. 2 3 /0 9 /2 0 1 1 Aplicações dos Misturadores - Receptores Prof. Gil Pinheiro MSc. UERJ-FEN-DETEL U E R J - C irc u ito s d e C o m u n ic a çã o P ro f. G il P in h e iro V e r. 2 3 /0 9 /2 0 1 1 Aplicação de Misturadores Balanceados a Diodos Menor isolação entre portas IF e RFPorta IF permite usar sinais CC e CA Porta mais isolada das outras • No caso do misturador a diodos, sendo um circuito passivo, todas as portas podem ser usadas como entradas e/ou saídas • A designação das portas vem do uso do misturador em receptores: – LO = Local oscillator (apenas sinal CA) – RF = Radio frequency (apenas sinal CA) – IF = Intermediary frequency (sinal CA ou CC) • Pode haver acoplamento capacitivo entre portas próximas (RF e IF na figura abaixo) • Porta IF admite sinais com componentes contínua e alternada (CC e CA) U E R J - C irc u ito s d e C o m u n ic a çã o P ro f. G il P in h e iro V e r. 2 3 /0 9 /2 0 1 1 • Aplicações que requerem alta isolação entre portas – Usar as portas LO e RF • Medição de fase ou que requeiram entrada / saída CC, a porta IF é a única que permite sinal CC – IF: saída DC – RF e LO: entradas de sinal • Receptor: – O objetivo é isolar a entrada de RF e o oscilador local, para minimizar emissão espúria, então: • RF: sinal de entrada, da antena • LO: sinal do oscilador local • IF: saída de frequência intermediária Aplicação de Misturadores Balanceados U E R J - C irc u ito s d e C o m u n ic a çã o P ro f. G il P in h e iro V e r. 2 3 /0 9 /2 0 1 1 Aplicação de Misturadores Balanceados - Modulação AM • Modulador AM-DSB-SC (portadora suprimida) • Modulador AM-DSB-WC (portadora presente) Sinal Modulante (IF) Portadora (RF) Saída Modulada (LO)Filtro Passa Faixa Sinal Modulante + Tensão CC - Offset (IF) Portadora (RF) Saída Modulada (LO)Filtro Passa Faixa U E R J - C irc u ito s d e C o m u n ic a çã o P ro f. G il P in h e iro V e r. 2 3 /0 9 /2 0 1 1 • Um misturador ideal gera as componentes soma e diferença de frequência a partir dos sinais LO e RF • Os receptores podem ser dos tipos – Heteródinos: quando fLO ≠ fRF – De Conversão Direta: quando fLO = fRF • Os misturadores dos receptores heteródinos se subdividem nos tipos – Up-converter - quando a frequência de saída for superior à de entrada – Down-converter - quando a frequência de saída for inferior à de entrada Misturadores num Receptor U E R J - C irc u ito s d e C o m u n ic a çã o P ro f. G il P in h e iro V e r. 2 3 /0 9 /2 0 1 1 Antena fRF fRF fRF+ fLO fLO- fRFfLO Misturador ideal (sem espúrios) fLO f0 Receptor Heteródino fRFfLO- fRF fLO+ fRF Saída do Misturador Heteródino fRF = Frequência de entrada fLO = Frequência do oscilador local O misturador ideal gera duas frequências, acima ou abaixo de fRF. Dependendo da saída escolhida, o Misturador é chamado de down-converter ou up-converterfRF = Freq. central f BW Sinal U E R J - C irc u ito s d e C o m u n ic a çã o P ro f. G il P in h e iro V e r. 2 3 /0 9 /2 0 1 1 Antena fRF fRF fRF+ fLO fLO- fRFfLO = fLO f Receptor de Conversão Direta fRFfLO- fRF = 0 fLO+ fRF = 2.fRF Saída do Misturador de Conversão Direta fRF = Frequência de entrada fLO = Frequência do oscilador local fRF = Freq. central f BW Sinal fLO = fRF Misturador ideal (sem espúrios) U E R J - C irc u ito s d e C o m u n ic a çã o P ro f. G il P in h e iro V e r. 2 3 /0 9 /2 0 1 1 fRF fRF fRF+ fLO fLO- fRFfLO fRF fLO fFI Filtro de FI em fFI= fLO- fRF f0 Conversor Up-Converter - 2 Antena fRF = Frequência de entrada fLO = Frequência do oscilador local fFI = Frequência intermediária fFI = fLO- fRF fLO- fRF fRF = Freq. central f BW Sinal U E R J - C irc u ito s d e C o m u n ic a çã o P ro f. G il P in h e iro V e r. 2 3 /0 9 /2 0 1 1 fRF fRF fRF+ fLO fLO- fRFfLO fRF fLO fFI Filtro de FI em fFI= fLO- fRF f0 Conversor Down-Converter Antena fRF = Frequência de entrada fLO = Frequência do oscilador local fFI = Frequência intermediária fFI = fLO- fRF fLO- fRF fRF = Freq. central f BW Sinal U E R J - C irc u ito s d e C o m u n ic a çã o P ro f. G il P in h e iro V e r. 2 3 /0 9 /2 0 1 1 • A frequência imagem é um sinal espúrio (ruído) captado por um receptor heteródino, em razão do canal de FI receber os sinais soma e diferença de frequência, em relação a fLO • O sinal de frequência imagem contribui como ruído num receptor, piorando a relação S/N • O sinal de frequência imagem é eliminado (atenuado) através do uso de filtro na entrada de RF do misturador • No misturador tipo down-converter, se for necessário sintonizar várias frequências de RF, a sintonia do filtro deve ser sincronizada, uma solução é o uso de capacitor variável de duas seções (duplo). Uma seção do capacitor ajusta fRF e a outra ajusta fLO Receptores Heteródinos - Frequência Imagem U E R J - C irc u ito s d e C o m u n ic a çã o P ro f. G il P in h e iro V e r. 2 3 /0 9 /2 0 1 1 Exemplo 2: • Num receptor de AM a faixa de recepção (fRF) vai de 530 a 1.600 KHz. O filtro de FI está centrado em f IF = 455 KHz. Então: fRF fLO fIM f0 fFI = fLO- fRF fLO = fRF+ fFI = 985 a 2.055 KHz fIM = fRF+ 2.fFI = 1.440 a 2.510 KHz fRF = 530 a 1.600 KHz fFI = 455 KHz U E R J - C irc u ito s d e C o m u n ic a çã o P ro f. G il P in h e iro V e r. 2 3 /0 9 /2 0 1 1 fRF fRF fRF+ fLO fLO- fRFfLO fRF fLO fFI f0 Cancelando (atenuando) a Frequência Imagem Antena fFI = fLO- fRF fRF = Frequência de entrada fLO = Frequência do oscilador local fFI = Frequência intermediária fIM Filtro Passa Faixa (pré-seletor) – atenua a fIM fLO- fRF DOWN-CONVERTER - a freqüência imagem pode ser atenuada através de um filtro pré-seletor, ajustado em fRF U E R J - C irc u ito s d e C o m u n ic a çã o P ro f. G il P in h e iro V e r. 2 3 /0 9 /2 0 1 1 fRF fRF fRF+ fLO fLO- fRFfLO fFI Cancelando (atenuando) a Frequência Imagem em várias frequências de recepção Antena fIM Filtro Passa Faixa (pré-seletor) Sincronizar sintonia do filtro e do oscilador local fRF fLO f0 fFI = fLO- fRF fRF1 fRF2 fRF3 fLO1 fLO2 fLO3 fLO- fRF DOWN-CONVERTER - a frequência imagem pode ser atenuada através de um filtro pré-seletor, ajustado em fRF Para operar ao longo de uma faixa de frequências de recepção, a frequência do oscilador local (fLO) deve ser ajustada conforme a frequência de interesse (fRF). O filtro de entrada também deve ser ajustado, em sincronia com o oscilador local, para atenuar o ruído de frequência imagem. U E R J - C irc u ito s d e C o m u n ic a çã o P ro f. G il P in h e iro V e r. 2 3 /0 9 /2 0 1 1 Receptores de Conversão Direta U E R J - C irc u ito s d e C o m u n ic a çã o P ro f. G il P in h e iro V e r. 2 3 /0 9 /2 0 1 1 Antena fRF fRF fRF+ fLO fLO- fRFfLO = fLO f Receptor de Conversão Direta fRFfLO- fRF = 0 fLO+ fRF = 2.fRF Saída do Misturador de Conversão Direta fRF = Frequência de entrada fLO = Frequência do oscilador local fRF = Freq. central f BW Sinal fLO = fRF Misturador ideal (sem espúrios) U E R J - C irc u ito s d e C o m u n ic a çã o P ro f. G il P in h e iro V e r. 2 3 /0 9 /2 0 1 1 Antena fRF fRF fRF+ fLO fLO- fRFfLO = fLO ffRFfLO- fRF = 0 Saída do Filtro Passa Baixa fRF = Frequência de entrada fLO = Frequência do oscilador local fRF = Freq. central f BW Sinal fLO = fRF fLO- fRF Filtro Passa Baixa Receptor de Conversão Direta U E R J - C irc u ito s d e C o m u n ic a çã o P ro f. G il P in h e iro V e r. 2 3 /0 9 /2 0 1 1 Misturador com Rejeição de Frequência Imagem Filtro de RF Antena Amplificador de RF (LNA) Oscilador Local 0 90 I(t) Q(t) U E R J - C irc u ito s d e C o m u n ic a çã o P ro f. G il P in h e iro V e r. 2 3 /0 9 /2 0 1 1 • Em conversores desse tipo não há frequência imagem • É um receptor de eletrônica mais simples, não há canal de FI (ou seja: FI=0) • Após o misturador, utiliza-se um filtro passa baixa, com frequência de corte logo acima de BW (banda passante) do canal, é um filtro mais simples e barato • Um problema desse tipo de receptor é a sincronização de fase entre o sinal recebido e o oscilador local, na recepção de sinais do tipo SSB, modulação digital (PSK, QPSK), etc. Quando esse sincronismo ocorre, o receptor é chamado homodino • Para superar o problema da sincronização entre fRF e fLO, utilizam-se dois misturadores, obtendo-se as componentes em quadratura Receptor de Conversão Direta (Sem FI) U E R J - C irc u ito s d e C o m u n ic a çã o P ro f. G il P in h e iro V e r. 2 3 /0 9 /2 0 1 1 Receptor Homodino (Receptor Coerente ou Síncrono) • É um tipo de receptor de conversão direta, onde, o oscilador local está na mesma frequência e fase da portadora. U E R J - C irc u ito s d e C o m u n ic a çã o P ro f. G il P in h e iro V e r. 2 3 /0 9 /2 0 1 1 Receptor de Conversão Direta com Misturadores em Quadratura U E R J - C irc u ito s d e C o m u n ic a çã o P ro f. G il P in h e iro V e r. 2 3 /0 9 /2 0 1 1 Receptor de Conversão Direta com Misturadores em Quadratura • Pode haver off-set de sinal CC, o que ocasiona a saturação após os misturadores (amplificadores) • A filtragem é feita por software (DSP) • A rejeição de imagem é feita digitalmente (DSP) • As etapas de filtragem, amplificação, conversão A/D e DSP operam em baixa frequência, podendo ser integrados num único CI • Como utiliza DSP, pode operar com vários tipos de modulação (analógica e digital) • Este tipo de receptor será analisado no capítulo de rádios digitais
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