Circuitos de Comunicação –Introduçãogil/circom/Introducao aos Circuitos de RF.pdf · UERJ -...
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UERJ - Circuitos de Comunicação Prof. Gil Pinheiro Circuitos de Comunicação – Introdução Gil Pinheiro UERJ-FEN-DETEL
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Circuitos de Comunicação
– Introdução
Gil Pinheiro
UERJ-FEN-DETEL
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Circuitos de Comunicação
Objetivo:• Estudar os blocos funcionais eletrônicos e
de processamento digital de sinais que são utilizados nas comunicações radioelétricas
• Descrever como esses blocos se agrupam para construir transmissores, receptores e sistemas de comunicação de tecnologia analógica e digital
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Informação
Transmissor
Informação
ReceptorMeio
Físico
Transmissão da informação à distância
Com cabo (elétrico,F.O.)Sem fio
Circuitos de
Comunicação
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Informação
Transmissor
Informação
Receptor
Transmissão Radioelétrica da Informação
Antena
Linha de Transmissão
Antena
Linha de Transmissão
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Informação
Transmissor
Informação
Receptor
Transmissão Radioelétrica da Informação
Linha de Transmissão
Antena
Antena
Linha de Transmissão
• Dispositivos Eletrônicos• Eletrônica Analógica• Eletrônica Digital• Sistemas Eletrônicos Digitais• Processamento Digital de Sinais
Circuitos de Comunicação
• Campos Eletromagnéticos• Radiação e Radiopropagação
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iroTransmissão SimplexInformação
Transmissor
Antena
Informação
Receptor
Antena
Exemplo: Controle remoto de garagem
Informação
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iroTransmissão Semiduplex (half duplex)
Informação Antena
Transmissor
ReceptorComutador
InformaçãoAntena
Transmissor
Receptor
Comutador
Informação
Informação Antena
Transmissor
ReceptorComutador
InformaçãoAntena
Transmissor
Receptor
Comutador
Informação
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Pro
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iroTransmissão Semiduplex (half duplex)
Exemplo: rádio transceptor
Informação Antena InformaçãoAntena
Transmissor
Receptor
Transmissor
Receptor
Comutador (PTT)
Comutador(PTT)
Informação
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iroTransmissão Duplex (full duplex)
Exemplo: telefone sem fio
InformaçãoAntena
Transmissor f1 + Filtro
Receptor f 2+ Filtro
InformaçãoAntena
Transmissor f2 + Filtro
Receptor f 1 + Filtro
Informação
Informação
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Faixas ou Bandas de
Freqüência de Comunicação
ABR. FAIXA FREQUÊNCIAS COMPRIMENTO DE ONDA
ELF extremely low frequency 3Hz a 30Hz 100.000km a 10.000 kmSLF superlow frequency 30Hz a 300Hz 10.000km a 1.00 0kmULF ultralow frequency 300Hz a 3000Hz 1.000km a 100 kmVLF very low frequency 3kHz a 30kHz 100km a 10kmLF low frequency 30kHz a 300kHz 10km a 1kmMF medium frequency 300kHz a 3000kHz 1km a 100mHF high frequency 3MHz a 30MHz 100m a 10m
VHF very high frequency 30MHz a 300MHz 10m a 1mUHF ultrahigh frequency 300MHz a 3000MHz 1m a 10cmSHF superhigh frequency 3GHz a 30GHz 10cm a 1cmEHF extremely high frequency 30GHz a 300GHz 1cm a 1 mm
Laboratórios: usaremos as faixas de LF e MF
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iroExemplo de receptor: Receptor de Rádio Freqüência Sintonizada - AM
Filtro de RF
Amplificador de RF
Antena
Informação
Filtro de RF
Amplificador de RF
Demodulador Amplificador de BB
Filtro de RF
Amplificador de RF
Filtro de RF
Amplificador de RF
Filtro de RF
Amplificador de RF
Sintonia Sincronizada
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Sintonia do Receptor
2.2926
1.4365
1.1304
8563
5822
2761
Freq. (KHz)Sinal
A sintonia do receptor consiste no ajuste da freqüênc ia de recepção,conforme a estação a ser recebida (processada)
Estações de Ondas Médias no RJ
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iroExemplo de receptor: Receptor Super-heteródino - AM
Filtro de RF
Antena
Informação
Amplificador de RF (LNA)
Misturador
Filtro de FI
Amplificador de FI
Oscilador Local
Demodulador
Amplificador de BB
RF: Radio FreqüênciaFI: Freqüência Intermediária BB: Banda Base
Blocos Eletrônicos:
� Oscilador
� Misturador
� Amplificadores de pequenos sinais
� Filtros passa-banda
� Demodulador
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iroExemplo de Transmissor: Transmissor de Comunicações Modulado em BLU (SSB)
Filtro a cristal
Amplificador de Potência
Misturador(modulador)
Filtro de Banda
Amplificador de BLU
Oscilador a Cristal
Amplificador de BB
BLU (SSB): Banda Lateral ÚnicaBB: Banda BaseOFV (VFO): Oscilador de Freqüência Variável
Blocos Eletrônicos:
� Osciladores
� Misturadores
� Amplificadores de pequenos sinais
� Amplificador de potência
� Filtros passa-banda
Informação
Antena
OFV (VFO)
Misturador
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Exemplo de receptor: Receptor Definido por Software (SDR)
Blocos Eletrônicos:
� Oscilador
� Misturadores
� Amplificador de pequenos sinais
� Filtros passa-banda
�Filtro defasador (passa tudo)
Blocos Digitais / Software:
�Conversor A/D
�Processamento Digital de Sinais
�Filtros diversos (Software)
�Demoduladores (Software)
�Algoritmos de Descompressão (Software)
Filtro de RF
Antena
Informação
Amplificador de RF (LNA)
Oscilador Local
DSP
Conversor A/D
Conversor A/D
090
I
Q
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Processador Digital de um
Receptor
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Simbologia Utilizada
Conversor D/AFiltro a cristal (passa faixa)
OsciladorMisturador
Conversor A/DFiltro Passa TudoFiltro Rejeita FaixaAmplificador
Filtro Passa BaixaFiltro Passa AltaFiltro Passa FaixaAntena
090
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Modelos de Quadripólos
• Modelo h
• Modelo y
• Modelo s
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O Modelo h
Mais usado em baixas freqüências (ELF até LF)
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O Modelo y
Mais usado em MF, HF e VHF
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O Modelo s
Mais usado em UHF, SHF e acima
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Escalas logarítmicas
• As escalas logarítmicas são muito utilizadas em circuitos de comunicação, possuindo algumas características interessantes:– Possibilita a apresentação de sinais de baixa e alta
intensidade no mesmo gráfico. Sinais com alta faixa dinâmica, ex.: de 1 a 106, 10-6 a 1
– O zero de uma escala logarítmica corresponde um valor de referência não nulo. Sendo, então, escalas relativas.
• Decibel-Volt (dBV)– Escala relativa de tensão– 0 dBV equivale a 1V, logo:
=1
logE
EdBV
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Escalas logarítmicas
• Bel (B)– Escala relativa de potência, onde:
• Decibel (dB)– Escala relativa de potência, onde:
• Decibel-Miliwatt (dBm)– Escala relativa de potência, com R=50ohms
– 0 dBm equivale a 1 mW, logo:
=
REFB P
PP log
=
REFdB P
PP log.10
=
001,0log.10
PPdBm
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ba
Condutor interno
Condutor externo
Dielétrico
Cabos Coaxiais de 50 e 75
Ohms
=a
bZ ln
60
0
0
εε
+=ba
fRAC
11
2
1
πµρ )(51
77
0
0 opolietilenohmsZ ==
εε
Impedância característica:
Resistência CA (perdas efeito skin ):
As perdas ( RAC) são minimizadas quando b/a = 3,6 , logo:
)(7777
0
0 arohmsZ ==
εε
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Linha de Transmissão
Paralela
• Linha de transmissão paralela, padrão, de 300 ohms, muito utilizada com as antenas de TV aberta
• Mesma impedância de antena dipolo de meia onda
• De pouco uso após a difusão da TV a cabo
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Impedâncias de Referência
• Impedâncias mais utilizadas
• 50 Ohms– Sistemas de RF genéricos (cabo de polietileno)
• 75 Ohms– Sistemas de distribuição de TV a cabo
• dBm (dB-miliwatt):– Referência: 1mW @ RL=50 Ohms
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Trabalhos de Laboratório
• Trabalhos de Laboratório (Teórico+Prático)– Parte Teórica – Simulador LT Spice IV– Parte Prática – no LEE/UERJ
• Trabalhos Previstos– Amplificador sintonizado– Oscilador– Misturador e Oscilador– Filtro a Cristal– Receptor AM– Rádio Digital – (Modulação AM, SSB e FM)
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Softwares de Uso
Obrigatório• LT Spice IV
– Simulador de Circuitos de RF– Baixar e instalar o software
http://www.linear.com/designtools/software/
– Baixar arquivos (simulador) da páginahttp://www.lee.eng.uerj.br/~gil/circom.html
– Criar pasta de trabalho, exemplo: “Circom” e copiar arquivos para a pasta criada
– Manuais do LT Spicehttp://www.lee.eng.uerj.br/~gil/circom.html
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Outros Softwares
• SDRadio – receptor SDR– http://www.sdradio.eu/sdradio
• SDRTX – transmissor SDR– www.g4jnt.com/SDRTxSW.htm
• Audacity – reprodução, gravação e análise de arquivos de áudio– http://audacity.sourceforge.net
• VAC – cabo de áudio virtual– http://software.muzychenko.net/eng/vac.htm
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Equipamentos de Medição
em RF (laboratório)
• Frequencímetro
• Osciloscópio
• Analisador de espectro
• PC com placa de som
• MP3 player
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PROGRAMA:1- Introdução2- Amplificadores de pequenos sinais de RF (*)3- Osciladores (*)4- Misturadores (*)5- Sintetizadores de Freqüência (Loops Fechados em Fase – PLL, DDS)
6- Filtros passa-banda baseados em ressonadores piez elétricos (*)7- Amplificadores de potência para RF8- Moduladores e Demoduladores de amplitude (AM, DSB, SSB e ASK)
9- Moduladores e Demoduladores de ângulo (FM, FSK e PM)
10- Tipos e estruturas de receptores de RF11- Tipos e estruturas de transmissores e transceptores de RF
12- Rádios Digitais (modulação e demodulação analógi cas e digitais)13- Rádios Definidos por Software (*)
Circuitos de Comunicação
(*) – Inclui aulas práticas
