Cap4_radioreceptoare1 [Compatibility Mode].pdf

8/19/2019 Cap4_radioreceptoare1 [Compatibility Mode].pdf

1/56

.

2. Radioreceptoare analogice3. Radioreceptoare digitale.


2/56

Clasificare receptoare

1. După destinaţie2. După modul de exploatare3. După semnalul demodulat

4. După gama de frecvenţe5. După modul de prelucrare al semnalului


3/56

Radioreceptoare - generalităţiCanal

transmis

f RFFTB

ARFP

f

EMISIE

anae

adiacente

Semnale

FTB

FTBf RFLNA

f

RECEPŢIECanalul

dorit


4/56

Radioreceptoare - generalităţi

Funcţiile RR . mp carea2. Selectivitatea

Antena

. Trans aţia e recvenţ

Bloc RF Amplif.Demod.

f RF , ,Date

f IF

, Selec ţ ie,

Transla ţ ie de frecven ţă

AM, FM, SSB, FSK, PSK, QAM...


5/56

.

2.

Radioreceptoare analogice3. Radioreceptoare digitale.


6/56

Receptor heterodină

Antena AGC

f IF

Mixerf RF

Filtru RF LNA Filtru IF Amplif. IF Demod.(Detect.)

Amplif. AFf OL

LO (f. variabilă)


7/56

Acordul receptorului

Filtru RF Filtru RF

Mixer

îngustă LNA

FiltruIF

Mixer

de bandă largă

LNA

Filtru

f OL f RF

Tuner

f OL

IF

f RF

OL

Acord

OL Acord electronic

Acord manual Acord electronic


8/56

Mixarea semnalelor

)cos()cos( t t A s OL RF out =⋅⋅⋅⋅= ω ω

A ⋅ cosωRF ⋅ t

Mixer

s out

( ) ( ) ;coscos t ωω2

t ωω2

OL RF OL RF ⋅+⋅+⋅−⋅=

cosωol ⋅ t

( ) ( ).coscos

)cos()cos(

t 2

At

2

A

t t A s

RF OL RF OL

RF OLout

⋅+⋅+⋅−⋅=

=⋅⋅⋅⋅=

ω ω ω ω

ω ω

f RF < f OL


9/56

Frecvenţa imagineMixer

- f RF ± f OL

RF

Filtru IF

IF RF OL

f imag = f OL – f IF = f RF – 2 ⋅ f IF

f OL

f IF f RF f OL f imag 0 frecvef OL + f imag f OL + f RF

IF IF


10/56

Frecvenţa imagineMixer

- f OL ± f RF

RF

Filtru IF

IF OL RF

f imag = f OL + f IF = f RF + 2 ⋅ f IF

f OL

f IF f imag f OL f RF 0 frecven ţă

f IF f IF


11/56

Frecvenţa imagine

f RF f f

Banda filtruluiRF

2 ⋅ f IF

RF imag


12/56

Frecvenţa imagine

CanaleCanale SpectrulCanalul dorit

Spectrulla intrarea în receptor

dorit

superioare

a acen einferioare

Spectrul Canalul

f

pentru f <f OL

f IF 0

f OL f imag f RF

f IF f IF

f

după mixare

pentru f >f OL

f IF 0

imagine

Spectruldupă filtrul

RF

Caracteristica

filtrului RF f

afiltrului FI

f IF 0

f f imag f OL f RF

f

Spectruldupă filtrare

Canalul

imagine

IF


13/56

Frecvenţa imagine

f f mag IF IF

f OL.max f OL.min f RF.max f R.Fmin frecven ţă

Banda de

recepţie

Banda

frecvenţelor

Banda de acord a

oscilatorului local mag ne


14/56

Frecvenţa imagine

Caracteristicafiltrului IFSemnal Canal

Caracteristicafiltrului RF

Ima ineinterferent dorit

f 0 f IF f f RF f imag 2 ⋅ f IF

Caracteristicafiltrului IF

SemnalImagine

Caracteristicafiltrului RF

f 0 f f RF f imag

dorit 2 ⋅ f IF


15/56

Receptor cu dublă schimbare defrecvenţă

Filtru RF

LNA

RF FTB + Amp.IF1

Antena

Demod.FTB + Amp.IF2Mixer1

Mixer2

audio

f IF.1 (f. fixă)f RF (Detector) AM, FM

f IF.2 (f. fixă)

OL1 (f. variabilă) OL2 (f. fixă)

Regenerare Buffer

Afişaj.

FSK, PSK


16/56

Receptor cu dublă schimbare de

frecvenţă

Canal

Caracteristicafiltrului RF / IR

Imagine 1

(a)f

f RF f imag.1 2 ⋅ f IF.1 2 ⋅ f IF.2

Imagine2

Canal

dorit

filtrului IF1Caracteristic

afiltrului IF

2

f 0 f

f IF.1 f imag.2 2 ⋅ f IF.2

.


17/56

.



18/56

Radioreceptoare digitale

1. Particularităţi transmisie digitală• Modulaţii specifice (nr biţi/simbol)• Transmisie structurată temporal sau în salve• n re esere a e• Posibilă schimbare rapidă a frecvenţei

Antena

RF

Implementarehard

Implementaresoft

banda de baz ă

Bloc RF DSP

sincro

video,date

Prelucrare RF / IF Prelucrare BB


19/56

Radioreceptoare digitale

Mixer FTJ

I p rocesare înCAN

an a e az

CAN

QFTJ

OL (f.fix)f OL. = f IF


20/56

Radioreceptoare digitale RECEPTORUL CU CONVERSIE DIRECTĂ ÎN BANDA DE BAZĂ

Zero IF DC (direct conversion)

Mixer FTJ

Filtru RF LNA

Antena

f IF = 0

Q

f RF

DSP

procesare în

banda de

bază

FTJ

CAN

Cuplaj f OL=f RFOL

(frecv. var.)


21/56

ÎN BANDA DE BAZ Ă

Avantaje- nu se mai pune problema eliminării frecvenței imagine- filtrul RF nu mai are sarcini în ceea ce privește rejecția

frecvenței imagineDezavantaje- apariția unui decalaj de tensiune variabil în timp (se pot

implementa solutii cu eliminarea decalajului)- interferenta cu alte terminale apropiate ce folosescacelași canal de frecvență


22/56

INTERMEDIAR Ă FOARTE MICĂ

Filtre FI DefazoareAntena Mixer RFI

procesare în Filtru RF LNA

90º

banda de bază

CAN

0º

f RF I

f IF = low

f I≅ 2 x f BBOL

(frecv. variabilă)


23/56

INTERMEDIAR Ă FOARTE MICĂ

Avantaje- elimin decalajul perturbatorDezavantaje

- necesită măsuri pentru eliminarea frecvenţei imaginecare nu poate fi rejectată de filtrul de intrare

imagine)-

din benzile laterale ale canalelor vecine este foarteapropiată de frecvenţa canalului util


24/56

MIXERUL CU REJECŢIE (HARTLEY)(cu defazor analogic)

Mixer

FTJ

I

0º

f IF = low DefazorIn RF

90º

f IF

QFTJ

OL


25/56

MIXERUL CU REJECŢIE (HARTLEY)(cu defazor numeric)

analogic digital

MixerFTJ

0º CAN

f IF = lowI

In RF f IF

Q

90º CAN

FTJTransformator

Hilbert

OL


26/56

MIXERUL CU REJECŢIE (HARTLEY)

Pe calea I acest semnal se multiplică cu: ( )t I OL ⋅=

ω cos RF OL .spectrale:

( ) ( )=⋅⋅⋅=⋅ t t I In OL RF RF ω ω coscos

( )[ ] ( )[ ]t 21t

21 OL RF OL RF ⋅+⋅+⋅−⋅= ω ω ω ω coscos

După filtrul trece - jos r ămâne doar componenta de frecvenţă joasă:

( )[ ]t 1

OL RF ⋅−⋅

ω ω cos


27/56


Pe calea Q, acelaşi semnal de intrare se multiplică cu:

i du ă mixer se ob ine:

( )t Q OL ⋅= ω sin

( ) ( ) =⋅⋅⋅=⋅ t t Q In OL RF RF ω ω sincos11

⋅⋅⋅−⋅−

După filtrul trece - jos, din acest semnal r ămâne doar:22

OL RF OL RF

( )[ ]t 1

OL RF ⋅−⋅− ω ω sin

care după defazarea cu 90° devine: ( )[ ]t 2

1OL RF ⋅−⋅ ω ω cos

nsum n ce e ou c , a eş re se o ţ ne o s ngur component spectra efrecvenţă intermediar ă şi care conţine informaţia recepţionată:

IF OL RF IF −


28/56


Dacă la intrare apare frecvenţa imagine cu ω imag


29/56


Pe calea Q, după mixer se obţine:

=⋅⋅⋅=⋅n OLimag imag ω ω s ncos

( )[ ] ( )[ ]t 1t 1 imag OLimag OL ⋅+⋅+⋅−⋅ ω ω ω ω sinsin

După filtrul trece - jos, din acest semnal r ămâne doar: ( )[ ]t 21

imag OL ⋅−⋅ ω ω sin

1care up e azarea cu ev ne:

Însumând cele două căi, la ieşire se obţine:

t 2

imag OL ⋅−⋅− ω ω cos

( )[ ] ( )[ ] 0t 2

1t

2

1Out imag OLimag OL IF =⋅−⋅−⋅−⋅= ω ω ω ω coscos


30/56


R Imag

ω i

ϕ

ω

R R R Imag

ω

I

ω i ω

Q

90 °

ϕ

cosx sinx

Imag R ω i

ϕ ω i

ϕ

i R

ϕ

ω i ϕ

Imagω i -sinx ω ω i

ϕ

ω

-cos

x


31/56

RECEPTORUL DE BANDĂ LARGĂ IF ŞI DUBLĂ CONVERSIE

Filtru FI de bandă largă

Filtru RF LNA RF

n ena xer Mixer 2

procesare în banda

de baz ă

“image reject” “channel select”

I Q I Q

OL1frecv. fixă

OL2frecv. variabilă


32/56

RECEPTORUL DE BANDĂ LARGĂ IF ŞI DUBLĂ CONVERSIE

Primul etaj translatează toate canalele potenţiale în domeniul de frecvenţă, , .

FTJ elimină componentele de frecvenţă ridicată rezultate din mixare şi permiteaccesul tuturor canalelor spre al doilea etaj de mixare.

e e-a o ea e a e m xare rans a eaz n an a e az , cu a u oru une

structuri compuse din 4 mixere şi a unei frecvenţe variabile (de valoare maimică decât prima), canalul dorit.Frecvenţa imagine de la primul mixer poate fi aleasă în afara benzii filtruluiRF.

Avantaje:- primul oscilator este unul fix (oscilator cu cuar ţ)- se simplifică structura celui de-al doilea oscilator care trebuie să acopere uninterval mai redus de frecven e- nu utilizează oscilatoare la aceiaşi frecvenţă cu semnalul recepţionat

Ă Ă


33/56

RECEPTORUL DE BANDĂ LARGĂ R Imag

I-I

R Imag ω i2 ϕ

ω

ω R ω i2

I

IOL2

ω i1

ϕ

ω

Imag ω

R ϕ

IntrareRF

OL1

Q

I-Qϕ R

Q

I

2

I

Q-I

ω i1

Imag

ϕ

ωR Imag

Defazor

180

OL1

Q

2

Q-Q

ϕ

ω R ω i2

OL2

Q

ω i2 ω

Imag

R Imag

ω

R R

ω i2

ϕ

R ω OL.1 ω


34/56

COMPARAŢIE ÎNTRE DIFERITE ARHITECTURI DERECEPTOARE

Tipul receptor Avantaje Dezavantaje

1a Superheterodină - selectivitate şi sensibilitate foarte bune - problema frecvenţei imagine(IF mare necesită Q mare pentru filtrulIF)

1b Superheterodină - selectivitate şi sensibilitate foarte bune - structur ă mai complexă- cer nţe ma re use pentru actoru e

calitate al filtrului IF din AFI1

osc atoare oca e

- integrare dificilă2 Conversie directă - nu necesită rejecţia imaginii - posibil cuplaj parazit între OL şi

- ,

3 IF joasă - elimină problema cuplajului parazit- nu mai apare DC offset

-

- rejecţia frecvenţei imagine estelimitată de dezechilibrul de

mixerului (Hartley) la maxim 40dB

4 IF de bandă largă - rejecţia frecvenţei imagine cu ajutorul - rejecţia frecvenţei imagine este

- primul oscilator local (RF) funcţionează

pe frecvenţă fixăşi Q

- pierderi de putere în mixere şi filtrecomplică asigurarea echilibrului


35/56

.



36/56

RADIO

Sensibilitatea: Abilitatea receptorului de a procesa un semnal util denivel redus în prezenţa zgomotului şi/sau distorsiunilor

Abilitatea receptorului de a extrage în mod satisf ăcător

puternice

Stabilitatea Abilitatea receptorului de a păstra anumiţi parametri

prestabiliţi (frecvenţă şi putere) în toate condiţiile deoperare


37/56

RADIO

SENSIBILITATE SELECTIVITATE

Factor de

zgomot relativ

Câştig mărit Distorsiuni

(IP 3 IP 2)Rejecţieimagine

Consum mărit

de putere

Zgomotde fază

Filtrare

suplimentar ă


38/56

PARAMETRII RECEPTOARELOR RADIO.Factorul de zgomot

Capacitatea unui receptor de a extrage şi detecta un anumit semnal este limitată de

mai mulţi factori – zgomotul etajelor de intrare Pentru receptoru g ta raportu semna zgomot SNR este eterm nat e BER

pentru care se mai poate realiza o reproducere satisff ăcătoare a semnalului

inSNR

out SNR

= 10dB ⋅

G (N

ad )

S in S out

F

N in N out


39/56


Se poate scrie pentru factorul de zgomot relaţia

( ) inout

out in

inin

out out

inin

N G N S G

S

N S

S F

⋅=

⋅==

Nout= G×Nin + Nad ,GSNR ad ad inin +⋅

Pentru un bloc pasiv (f ăr ă amplificare, de exemplu un filtru), factorul de

N G N GSNR ininout ⋅=

⋅==

zgomo es e ega cu va oarea p er er a enu r :

sau în dB NF [dB] = L[dB] .1 N

F out =⋅

=in


40/56


G 1S

in

S out G 2 G3

ad.1

N in N out

ad,2 ad,3

Pentru mai multe componente conectate în cascadă, factorul de zgomot

1 2 3

321Total

1 F 1 F F F

⋅

−+

−+=


41/56

PARAMETRII RECEPTOARELOR RADIO.Sensibilitatea

SENSIBILITATEA = nivelul minim al puterii semnalului de la intrare pe care

demodulare) un raport semnal / zgomot impus.

Pentru o detecţie corectă m n

in P S =

in

z min

in P P az n care ac oru e zgomo ev ne:

de unde rezultă rela ia ntre nivelul minim al semnalului de la intrare i z omot

minout SNR

=

minout zg

minin SNR F P P ⋅⋅=

minmin mmm out zg inmin ==


42/56


Pentru o temperatura de 17 grade C.

[ ] ( )[ ] ( ) Blg 10T k lg 10 Hz 1

T k lg 10dBm P 0 Hz 10 zg ⋅+⋅⋅=⎥⎦

⎢⎣

⎟ ⎠

⎜⎝

⋅⋅=

[ ] [ ] [ ] [ ]dBSNRdB NF Blg 10dBm174dBmS minout min +++−=Putându-se defini nivelul de prag al zgomotului de la intrare ca:

dB NF dBmSNRdBmdBm

min

+=−=MDS (Minimum Detactable Signal)

dB NF Blg 10dBm174dBm DS dBm P innf ++−==


43/56


Sensibilitatea receptorului mai poate fi definită şi:

[dB]SNRdBmdBm m nout nf min +=

dBC dBm DS dBm +=

Exemplu Antena

L = − 1 dBFiltru RF LNA MIX

L = − 3 dB G1 = 13 dB

NF 1 = 2,5 dB

NF 2 = 12 dB

Switch


44/56

PARAMETRII RECEPTOARELOR RADIO.Selectivitatea

selectivitatea faţă de canalul adiacent: reprezintă proprietatea receptorului de

selectivitatea faţă de frecvenţa imagine: reprezintă proprietatearadioreceptorului de a atenua semnalul cu frecvenţa imagine

radioreceptorului de a atenua semnalele de frecvenţă apropiată de frecvenţaintermediar ă

a[dB]

0

-3

B -3 dB (B 0,707 )

B -20 dB B B -40 dB (B 0 01 ) , -

-40

f RF – 4,5 kHz f RF f RF + 4,5 kHz f


45/56

PARAMETRII RECEPTOARELOR RADIO.Selectivitatea

Caracteristica de

Canal

selectivitate

dorit

interferent

f f RF


46/56

PARAMETRII RECEPTOARELOR RADIO.Liniaritatea

Gain1dBCP

rea

V out

saturare

P in1dB CP in V in

(a) (b)


47/56

PARAMETRII RECEPTOARELOR RADIO.Liniaritatea

Punctul de compresie 1-dB poate fi definit ca nivelul de putere necesar

CP1dB out = CP1dB in + Gain − 1 dB

omen u nam c a recep oru u , ynam c range e neş e

abilitatea unui receptor de a detecta un semnal slab deasupra praguluide zgomot şi de a prelucra un semnal de nivel ridicat f ăr ă distorsiuni:

DR [dB] = Pmax − Pmin,


48/56

PARAMETRII RECEPTOARELOR RADIO.Neliniaritatea şi distorsiunile armonice

Neliniarităţile unui sistem se manifesta de obicei sub formastors un or armon ce

...vavavaav 3i32i2i10o +⋅+⋅+⋅+=

unde ak =0 pentru k > 30v

k i

o

k

k

i

vv

!k 1a

=⎟⎟ ⎠ ⎞⎜⎜

⎝ ⎛ ∂∂⋅=

dacă vi = A⋅ cos( ω⋅ t) atunci

( )[ ] ( )[ ] ( )[ ] =⋅⋅+⋅⋅+⋅⋅⋅= 332

21o t cos Aat cos Aat cos Aav ω ω ω


49/56


Semnalul de ieşire se poate scrie sub forma:

( ) ( )+⋅⋅⋅⋅

+⋅⋅⎟ ⎞

⎜⎛

⋅⋅+⋅+⋅

= t 2cos2

Aat cos Aa

4

3 Aa

2

Aa 22331

22

ω ω

( )t 3cos Aa 33

⋅⋅⋅⋅+ ω

Pentru niveluri mici de intrare a semnalului G = a1

Pentru niveluri mari G → 0


50/56


Dacă câştigul este atunci G ↓ cu⎟ ⎞

⎜⎛

⋅⋅+= 231 Aa4

3aG

amp tu nea

Se poate scrie dB1alg 20 Aa4

3alg 20 1

231 −⋅=⎟

⎞⎜⎛

⋅⋅+⋅

Şi rezultă 1dB1a

a145 ,0 A ⋅=−

Obs: Compresia de 1 – dB survine de obicei la puteri de

ntrare cupr nse n ntreva u - ÷ - m


51/56

PARAMETRII RECEPTOARELOR RADIO.Desensibilizarea şi blocarea

P out [dBm] Semnal perturbator

Semnal utilnecompresat

omen u e

blocare [dB]

Nivel de

Nivelul desensibilitate

zgomotSemnal utilcompresat

ww1 w2


52/56


Dacă consider ăm semnalele: util A1⋅ cos( ω1⋅ t) şi perturbator A2⋅ cos( ω2⋅ t)

( )t cos Aa4

3 A Aa

2

3 Aa 1

313

221311 ⋅⋅⎟

⎞⎜⎝

⎛ ⋅⋅+⋅⋅⋅+⋅ ω

Dacă ţ inem cont că A1 < A2 şi că A13 este neglijabil faţă de A1componenta utilă devine

( )t cos A Aa2

3a 11

2231 ⋅⋅⋅⎟ ⎞

⎜⎝

⎛ ⋅⋅+= ω

iar câştigul este ⎟ ⎠

⎜⎝

⋅⋅+= 2231 Aa2

3aG


53/56


Domeniul dinamic de

blocare al P out [dBm]

recptorului (BDR)= intervalul

ermis entru

1 dBCP 1dB out

nivelul semnaluluiinterferent de la

Domeniul

dinamic alsemnaluluila ieşire

saturare

.

S min+GdB

Exemplu S min P in [dBm]

DRCP 1dB in


54/56

PARAMETRII RECEPTOARELOR RADIO.Neliniaritatea şi produşii de intermodulaţie

Modulaţia încrucişată – variaţia de amplitudine a semnaluluin er eren se rans er semna u u u

Intermodulţia – manifestarea distorsiunilor de neliniaritate la

- ⋅ ⋅ 3⋅ 3⋅ 0 2⋅ f 1 - f 2 2⋅ f 2 - f 1 f 1 + f 2 2⋅ f 1 + f 2 2⋅ f 2 + f 1


55/56

PARAMETRII RECEPTOARELOR RADIO.Neliniaritatea şi produşii de intermodulaţie

Produs de intermodulaţie de ordinul III

AntenaSemnaleinterferente

RF front-endCanaluldorit

f f 1 f 2 f f 1 f 2⋅ 1 - 2 ⋅ 2 - 1


56/56

PARAMETRII RECEPTOARELOR RADIO.Alţi parametri ai receptoarelor

Punctul de intrece ie de P out

ordinul 3 – reprezintă punctulîn care nivelul semnalului de

OIP 3 IP 3

1 dB

amplitudinea semnalului deintermodulaţie de ordinul 3

P out max

SFDR (Spurious Free Dynamic Range) – domeniulrelativ maxim al semnalului

SFDR

de intrare

P inIIP 3 P nf S min

SFDR SNR min

CP in P in max

Cap4_radioreceptoare1 [Compatibility Mode].pdf

Documents