BN EC0911 Transmisores

Electrónica de Comunicaciones Curso 2009-2010

Transmisores 1

1

Capítulo 11

Parámetros característicos y

tipos de transmisores

2

Esquema básico funcional

Fuente de señal

Fuente de señal ModuladorModulador

Sintetizadorde

frecuencia

Sintetizadorde

frecuencia

Amplificador Filtropasobanda

Filtropasobanda

AntenaAntena

Funciones Básicas

•Generación de la señal

•Síntesis de portadora

•Modulación

•Amplificación


Transmisores 2

3

Parámetros característicos de un

transmisor

� Señal a transmitir o señal de banda base.

� Tipo y profundidad de modulación.

� Frecuencia de transmisión.

� Banda necesaria y Banda ocupada

� Emisiones no deseadas.

� Potencia de emisión.

� Rendimiento.

� Fidelidad.

4

Señal de banda base.

� Valor medio o componente continua ⟨x(t)⟩� Potencia media Pb=⟨x2(t)⟩� Valor eficaz xef=Pb

1/2

� Nivel máximo o de pico de la señal xmáx=1.

� Función de distribución estadística. � F(x)

� Función de correlación. � R(τ)=⟨x(t)x(t-τ)⟩

� Distribución espectral de potencia.� S(f)=F[R(τ)]

� Banda ocupada por la señal en banda base. W

� Frecuencia máxima de la banda base fm


Transmisores 3

5

Tipo y profundidad de modulación

fb+2∆∆∆∆f∆∆∆∆f/fbFSK

fbππππ/2PSK

fb1ASK (QAM)

2(fm+∆∆∆∆f)∆∆∆∆f/fmFM

2fm(∆φ∆φ∆φ∆φ+1)∆φ∆φ∆φ∆φPM

2fm1I-Q

fm1BLU

2fm1DBL

2fmmAM

Banda ocupada

Índice de mod.

Forma en el tiempoForma de mod.

[ ] ( )ttmxAtv pωcos)(1)( +=

( )ttAxtv pωcos)()( =( ) ( )[ ]ttxttxAtv pp ωω sin)(~cos)()( ±=

( ) ( )[ ]ttxttxAtv pp ωω sin)(cos)()( 21 ±=

( ))(cos)( txtAtv máxp φω ∆+=

∆+= ∫ ∞−

t

máxp dttxftAtv )(2cos)( πω

( ) { }1,0)(cos)()( 0 == tpttAptv ω

( ){ }1,1)(

)(2cos)(

+−=

∆+= ∫tp

dttpftAtv máxp πω

( ) { }1,1)(cos)()( +−== tPttAptv pω

6

Banda ocupada y emisiones espurias

• Banda• Anchura de banda necesaria para asegurar la

transmisión de la información.

• Anchura de banda ocupada que contiene un porcentaje dado de la potencia media total emitida.

• Radiación no esencial• Radiación armónica o en frecuencias múltiplos enteros

de la portadora.

• Radiación parásita no armónica.


Transmisores 4

7

Distribución espectral de potencia en AM

Modelo de audio para AM

10 100 4000-10-100-4000

0dB

-11

-2860dB/Dec

67dB/Dec

133dB/Dec

Límite de emisión AM

0dB

-40

-100

Bt2Bt

8

Distribución espectral de potencia

de un transmisor.


Transmisores 5

9

Frecuencia de transmisión

� Portadora o característica� Estabilidad a corto plazo

� Estabilidad a largo plazo

� Depende de la aplicación� Medio

� Alcance

� En radio suele estar asignada y adjudicada

10

Bandas de frecuencia en comunicaciones.

Nombre más

común

Frecuencia

Long. de onda

Alcance sobre la

tierra

Tipo de señal y modulación

Y aplicaciones

VLF 3-30kHz 10-100km

Global Radiotelegrafía (ASK) Difusión global

LF Onda larga

30-300kHz 1-10km

1000-3000km Radiodifusión de audio AM Telefonía naval

MF Onda Media

0.3-3MHz 100m-1km

300-1000km Radiodifusión de audio AM

HF Onda Corta

3-30MHz 10-100m

100-300km 104Km(Ionosfera)

Radiodifusión de audio AM, BLU por Ionosfera

VHF Métricas

30-300MHz 1-10m

30-100km Radiodifusión. Audio FM y TV, Comunicación Punto a Punto

UHF Decimétricas

300MHz-3GHz 10cm-1m

30-100km Difusión TV, Radioenlaces fijos y por satélite. Telefonía móvil.

SHF, Microondas Centimétricas

3-30GHz 1-10cm

30-100km 105km (Espacio)

Enlaces fijos y por satélite. Distribución TV por satélite. Radar.

Milimétricas 30-300GHz 1-10mm

10-30km 104km (Espacio)

Sistemas Militares. Radiotelescopios

Enlaces por satélite y entre satélites. Sub-milimétricas Infrarrojo lejano

300GHz-3THz 0.1-1mm

<10km 104km (Espacio)

Experimental. Investigación.

Infrarrojo 3THz-300THz 1-100µm

<10km 104km (Espacio)

Comunicaciones de banda ancha por fibra óptica y laser


Transmisores 6

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Potencia de emisión

• Potencia de portadora. Valor medio de la potencia en ausencia de modulación.

• Potencia media. Es la obtenida al promediar la potencia entregada por el transmisor en un tiempo grande.

• Potencia en la cresta de la envolvente. Es la potencia media en un ciclo de radiofrecuencia para el valor máximo de la envolvente.

• PIRE ó EIRP (Potencia Isotrópica Radiada Equivalente). Es la densidad de potencia radiada en una dirección por unidad de ángulo sólido.

)dBi(G)dBm(P)dBi(D)dBm(P)dBm(EIRP antenatxantenarad +=+=

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Potencia en amplificadores de RF

FRECUENCIA COMPONENTES DE ESTADO SOLIDO

P. MEDIA P. DE PICO

VÁLVULAS DE VACIO

P. MEDIA P. DE PICO

3 MHz 1kW (Bipolar) 1000 kW (Triodo)

30 MHz 300 W(Bipolar) 500 kW(Triodo)

300 MHz 100 W(Bipolar) 200kW(Triodo, TWT) 20MW

1 GHz 50 W (Bipolar) 300 W 30 kW(TWT) 20MW

3 GHz 30 W(FET) 20 kW(TWT) 10MW(Magnetrón)

10 GHz 10 W(FET) 10 kW (Klystron) 1 MW

30 GHz 1 W(FET) 2 kW (Klystron) 200 kW

100 GHz 300 mW(INPAT) 100 W (Klystron) 10 kW


Transmisores 7

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Rendimiento.

dDCs PPPηη

η−

==1

� Ps =Potencia de señal

� Pd =Potencia disipada

� PDC =Potencia suministrada en DC

CLASE Rendim iento P s/P d Linealidad

A 10-50 0.1-1 M uy buenaB 50-73 1-2.5 BuenaC 80-90 4-10 Muy malaD 85-95 5-20 Muy malaE 90-95 9-20 Muy mala

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Fidelidad

� Distorsión� Distorsión en el proceso de modulación.

� Distorsión en amplificador de potencia.

� Señales espurias dentro de la banda de señal.

� Mezcla de señales en transmisores con multiplexación de canales.

� Distorsión de tercer orden en amplificadores y conversores.


Transmisores 8

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Transmisor homodino con

modulación a bajo nivel

MOD

x(t)

•Genera la señal modulada en baja potencia sobre la portadora final.

•Amplifica de forma lineal (AM…)

•Amplifica de forma no lineal (FM…)

•Filtra armónicos y espurios de modulación.

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Transmisor homodino con modulación

a nivel alto

x(t)

MODULADOR

•Genera y amplifica la portadora.

•Genera y amplifica la señal de modulación.

•Modula en alto nivel en un modulador lineal de alto rendimiento.

•Filtra armónicos y espurios de modulación.


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Transmisor Heterodino

MOD

X(t)

f1

f2

f1+f2

•Genera la señal modulada en baja potencia sobre una frecuencia intermedia.

•Amplifica de forma lineal.

•Traslada la señal a la frecuencia de emisión en un conversor.

•Amplifica de forma lineal o no lineal hasta la potencia de emisión

•Filtra armónicos y espurios de modulación y conversión.

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Control de ganancia en un transmisor

MODX(t)

P1 P2

C.A.G. Det.C.A.G. Det.

•Controla el nivel de la señal de modulación para mantener el índice de modulación adecuado.

•Controla posibles variaciones de la ganancia de la cadena amplificadora y de conversión para asegurar el punto de trabajo de los amplificadores de potencia y la potencia de emisión.


Transmisores 10

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Preguntas de Test

P 11.1 La Potencia Isótropa Radiada Equivalente (PIRE) se obtiene...a) Multiplicando la potencia entregada a la antena por la ganancia de la

antena.b) Multiplicando la potencia entregada a la antena por la ganancia del

amplificador de salida.c) Dividiendo la potencia entregada a la antena por la ganancia de la

antena.d) Dividiendo la potencia entregada a la antena por la ganancia del

amplificador de potencia.

P 11.2 Una razón para introducir control automático de ganancia en un

transmisor es:a) Asegurar que la potencia radiada no supera los límites legales

permitidos.b) Asegurar que los amplificadores de potencia trabajan siempre en su

punto óptimo.c) Evitar la aparición de arcos eléctricos en los circuitos de potencia de

salida.d) Conseguir una potencia de pico lo más baja posible.

20

Preguntas de Test

P 11.3 La Potencia Isótropa Radiada Equivalente (PIRE o EIRP) es una medida

de:a) La potencia total que radia la antena del transmisor.b) La potencia que el transmisor entrega a la antena supuesta adaptación

perfecta de impedancias.c) La potencia que radiaría una antena isótropa para generar la misma

intensidad de radiaciónd) La densidad de potencia que produce una antena isótropa que se alimenta

con la potencia del transmisor.

P 11.4 Los ecos en un sistema de transmisión por radio generan una distorsión en

la señal que…a) Es una distorsión lineal y se puede compensar con un ecualizador

adecuado.b) Es una distorsión no lineal que no puede compensarse.c) Sólo afecta a los sistemas digitales de alta velocidad.d) Supone una generación de armónicos a frecuencias múltiplos de la

portadora.


Transmisores 11

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Preguntas de Test

P 11.5 En el diseño de las etapas de potencia de una transmisor con modulación de

AM para transmisión de audio, la linealidad en la respuesta debe mantenerse

hasta un nivel de potencia dado por:a) La potencia de portadora sin modulación.b) La potencia media para una modulación sinusoidal con m= 1.c) La potencia media con una modulación de audio típica..d) La potencia de cresta de envolvente para una modulación de audio típica.

P 11.6 Las bandas de frecuencia de microondas...a) Corresponden a frecuencias de 30 a 300 GHz.b) Se utilizan para difusión con alcance globalc) Se utilizan para sistemas de reflexión ionosférica.d) Se pueden utilizar para comunicaciones por satélite.

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Preguntas de Test

P 11.7 Un transmisor homodinoa) La portadora sobre la que se produce la modulación es de frecuencia

diferente a la de emisión.b) Son la mayor parte de los transmisores profesionales.c) La modulación se realiza directamente sobre la portadora.d) Se utiliza sobre todo para modulaciones de FM.

P 11.8 El control automático de gananciaa) Se utiliza únicamente en receptores.b) Asegura un nivel de señal, independiente de la fuente que genere la señal

en cada caso.c) Se suele aplicar en las etapas de frecuencia intermedia.d) Ninguna de las respuestas anteriores es correcta.


Transmisores 12

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Preguntas de Test

P 11.9 La anchura de banda ocupadaa) Es la anchura que precisa el sistema para asegurar la transmisión de

información a la velocidad y con la calidad requerida en condiciones especificadas.

b) Es la banda de frecuencias asignada al servicio en cuestión.c) Es la banda de frecuencias tal que fuera de dicha banda las potencias

medias emitidas se encuentren por debajo de un porcentaje dado de la potencia total emitida.

d) Ninguna respuesta es corecta.

P 11.10 Las potencias máximas de un amplificador de RFa) Son menores en los componentes de estado sólido que en las válvulas de

vacío.b) Aumentan al aumentar la frecuencia.c) Son mayores en las válvulas de vacío, y a frecuencias altas.d) Ninguna respuesta es correcta.

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Ejercicio 11.2El esquema de un transmisor en 2.5 GHz con modulación en QPSK responde al

diagrama de la figura, en el que se aprecia que la modulación se realiza en una

frecuencia intermedia y se obtiene la frecuencia final en un conversor. Las

especificaciones del transmisor se resumen en la lista siguiente :

Potencia de transmisión P0=1w

Potencia a la salida del modulador Pm=0dBm

Ancho de banda B=8MHz

Frecuencia intermedia fi=400MHz

Frecuencia portadora. Variable entre 2.46 y 2.50 GHz con saltos de 4MHz

0/90Osc. +

Sintetizador

Modulador

RF FI

0 dBm 30 dBm


Transmisores 13

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Ejercicio 11.21. Determine la frecuencia del sintetizador y la frecuencia central y ancho de banda de los

filtros si consideramos que los dos son filtros fijos. Si el filtro de RF es de sintonía simple,

¿Qué nivel de rechazo se obtiene para la banda no deseada a la salida del conversor?

(3p)

2. Se dispone de amplificadores integrados, filtros y de conversores con las siguientes

especificaciones :

Amplificador de FI de banda ancha (10 a 500MHz)

Ganancia 10dB

Punto de compresión a 1 dB 20dBm

Punto de intersección de 3er orden 30dBm

Conversor :

Pérdidas 8dB


Amplificador de RF (2.4 a 2.6GHz)

Ganancia 15dB


Punto de intersección de 3er orden 45dBm

Filtros :

Perdidas en el filtro de FI 5dB

Pérdidas en el filtro de RF 3dB

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Ejercicio 11.2

Dibuje un esquema del transmisor en el que se incluyan los diferentes amplificadores

(puede usar tantos como sea necesario) y los niveles de potencia en cada uno, de

forma que se asegure la potencia de salida. ¿Cual de ellos limitará el punto de

intersección de 3er orden del conjunto, es decir, la peor relación P/I3? ¿Cual es el punto

de intersección de 3er orden del transmisor medido a su salida? (4p)

3. La síntesis de frecuencia para el conversor se hace mediante un PLL que utiliza

como referencia un oscilador a 20MHz. Dibuje un esquema de un sintetizador con

divisores fijo y programable, teniendo en cuenta que los divisores programables no

funcionan por encima de 60MHz. Proponga una solución con un mezclador dentro del

PLL, que elimine la necesidad de utilizar divisores fijos. (3p)


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Ejercicio 4 Sept. 2006Un teléfono móvil UMTS que posee las siguientes características:

•Banda del enlace descendente: 2110 – 2170 MHz•Banda del enlace ascendente: 1920 – 1980 MHz•Separación entre portadoras: 5 MHz•Número de portadoras: 12•Ancho de banda de cada canal: 4500 kHz.•Frecuencia intermedia: 70 MHz•Modulación: QPSK

Se quiere diseñar el transmisor del teléfono siguiendo el esquema de la figura, en la que todos los filtros son de sintonía fija.

70MHz

MOD I/Q

f OL

dBm 10 0 − = P dB 5 . 12 = L dBm 5 P

dB 5

1dB =

= L A1 A2 dB 5 = L

70MHz

MOD I/Q

f OL

dBm 10 0 − = P dB 5 . 12 = L dBm 5 P

dB 5

1dB =

= L A1 dB 5 = L

F2

28

Ejercicio 4 Sept. 2006

Con independencia de la posición del oscilador local con respecto a la banda deseada:

1. Calcule las bandas que pueden ocupar los productos de mezcla no deseados de primer orden. (3p)

2. Diseñe el filtro F2 como tipo Chebyshev con un rizado de 0.5 dB de forma que cualquiera de los productos anteriores quede atenuado 60dB (orden del filtro) (4p)

3. Especifique la ganancia de los amplificadores A1 y A2 para que la potencia a la salida sea 1W (3p)


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Ejercicio 4 Sept. 2006

-1 -0.5 0 0.5 1 1.50

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

L(dB)

Log(ω’-1)

n=1

2

3

4510

Respuesta de atenuación en la banda atenuada del filtro de Chebyshev ε=0.5dB

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