5 Medições e Resultados Obtidos

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1 5 Medições e Resultados Obtidos 5.. Introdução Ao longo do presente capítulo serão apresentadas as técnicas de medição de ruído de ase e os resultados obtidos na medição dos osciladores desenvolvidos e ou testados no CETUC. 5.. Utilização de Misturadores Ao longo da presente dissertação oram realizados osciladores para aplicações em telecomunicações objetivando características de ruído de ase superior a 9 dbc a khz da portadora nas reqüências de,88,,96 e, GHz. Estes dispositivos poderiam ser caracterizados de orma imprecisa utilizando-se um analisador de espectro de microondas. Entretanto, as técnicas de projeto utilizadas poderiam produzir resultados signiicativamente superiores a dbc/hz à 3,5 khz da portadora. Considerou-se então oportuno desenvolverse uma sistemática de medição precisa do ruído de ase, a qual será descrita a seguir. A visualização e medição do ruído de ase, de osciladores que apresentam desempenho otimizado é limitada quando um analisador de espectro é utilizado, pois nestas aplicações, o ruído de ase devido ao oscilador local desse equipamento é bastante elevado e inviabiliza sua utilização. Uma alternativa técnica para este procedimento consiste no batimento de dois osciladores idênticos através de um misturador e avaliação do sinal resultante na aixa de FI (reqüência intermediaria ormada pela dierença dois sinais envolvidos). Utilizam-se valores de reqüência intermediária ineriores a khz e um analisador de espectro neste domínio de reqüência. Misturadores são dispositivos não lineares utilizados para converter lutuações de reqüência em lutuações de tensão.

2 7 Este dispositivo consiste de três portas denominadas porta local, porta sinal e porta intermediaria que devem ser utilizadas para combinar os sinais de uma onte local com um sinal a ser processado na saída intermediaria. Sua coniguração interna é constituída de uma estrutura de acoplamento entre as portas local e sinal a um arranjo de diodos que deverão operar como elementos não lineares. A saída intermediaria possibilita a retirada das reqüências soma ou dierença de acordo com a uncionalidade especiica do componente. O processo de combinação, ou multiplicação, inicia-se através da inserção dos sinais nas portas local e sinal do misturador. Os sinais estão exempliicados abaixo pelo sinais a e b [5, 6]: a = A sen( w t + φ ) b = B sen( w t + φ ) O resultado desta multiplicação resulta em: ab = AB sen( w t + φ ) sen( w t + φ ) AB ab = [ cos( ( w + w ) t + ( φ + φ )) cos( ( w w ) t ( φ φ ))] Conigurando então as reqüências de conversão: UPCONV DOWNCONV = cos (( w + w ) t + ( φ + φ )) (( w w ) t ( φ φ )) = cos O arranjo e o número de diodos utilizados relacionam-se com os níveis de potencia dos sinais considerados. O principal parâmetro de um misturador é a sua perda de conversão expressa por: Potência do Sinal Convertido na Porta Intermediária ( FI) L conv = (5.) Potência do Sinal na Porta Sinal De acordo com a descrição anterior, o misturador é utilizado para converter as lutuações de ase em lutuações de tensão. Quando dois sinais de reqüência são injetados, são geradas harmônicas reerentes a dierença e a soma dos mesmos. Se os sinais estão em quadratura a dierença será Hz com uma saída

3 7 média de V. O sinal de reqüência geralmente é iltrado com um iltro passa baixa. A Figura 5. mostra o esquema e a Tabela 5. as especiicações do misturador abricado pela Marki microwave utilizado nos testes de medida de ruído de ase. O procedimento de conversão de reqüências para a FI é usualmente denominado de batimento. Porta L o Misturador Porta R o o Porta I Figura 5.. Diagrama esquemático do misturador. Potência de Entrada Saída na porta Resposta em reqüência do Sinal PORTAS L 7 a dbm IF R dbm RF -4 a - I LO dbm Tabela 5.. Especiicações do misturador. Subtração + soma cos((ω -ω )t-(φ -φ )) - cos((ω +ω )t+(φ +φ )) Soma cos((ω +ω )t+(φ +φ )) Subtração cos((ω -ω )t-(φ -φ )) 5.3. Descrição do Método de Medição Uma das ormas mais precisas de medir-se o ruído de ase de osciladores é através do método do detector de ase. Para utilizar-se este método serão necessários pelo menos dois osciladores estáveis. Entretanto, em aplicações dedicadas, como a reqüência intermediária de interesse é de 3,5 khz, o batimento de dois osciladores operando em GHz produzirá uma reqüência intermediária instável, variando de khz à 5 khz. Para evitar a realização de uma medição extremamente instável, utilizou-se o método de sincronização de reqüências (Injection Locking) entre os osciladores.

4 7 A sincronização de reqüências é um interessante e útil enômeno universalmente observado em todos os tipos de osciladores ísicos. O termo reere-se ao ato que sob certas condições, quando um oscilador é perturbado por um sinal raco e próximo à sua reqüência natural, suas reqüências e lutuações tornam-se idênticas. Para execução desta técnica, os osciladores deverão estar com reqüências bem próximas, segundo explicado na reerência [7], de acordo com a Equação (5.). ω P i ω m = (5.) Qext P Para os osciladores utilizados, com níveis de potência de +3 dbm e -5 dbm aproximadamente, obteve-se 5 khz. A igura abaixo ilustra o método descrito. Cavidade Cilíndrica FPF Amp. OSCILADOR +3 dbm Deasador ϕ -5 dbm -5 dbm Acopladores Direcional C = db Misturador FI Amp. +5 dbm OSCILADOR FPF Deasador +5 dbm ϕ Cavidade Cilíndrica Figura 5.. Coniguração sugerida para sincronização entre osciladores em torno de GHz com 5 khz, segundo os níveis de potência indicados.(c=fator de acoplamento).

5 73 No trabalho desenvolvido utilizou-se um oscilador implementado por um ampliicador Miteq e um segundo modelo implementado através de um ampliicador de potência de baixo custo. A sincronização apresentou-se diícil com a aixa de reqüência intermediária deslocando-se de 3 khz até 5 khz. As reqüências oram aproximadas sintonizando-se as cavidades dielétricas das malhas. Situação idêntica ocorreu quando novos osciladores desenvolvidos no INPE (Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais) oram medidos no laboratório do CETUC (Centro de Estudos em Telecomunicações PUC/RJ). Uma nova medição oi realizada nos laboratórios do INPE implementandose uma cuidadosa malha de sincronização descrita pela Figura 5.3. Anritsu Deasador ϕ Oscilador Misturador Atenuador 3 db IF L O RF Divisor de Potência Injection Locking Misturador RF LO IF Analisador de Espectros Monitor de Quadratura Voltímetro Oscilador Atenuador 9 db Figura 5.3. Diagrama esquemático do método de detector de ase utilizado na primeira tentativa de medição do ruído de ase dos osciladores. O primeiro batimento entre o oscilador e o gerador Anritsu (ruído de ase inerior a -4 dbm) oi realizado para acomodar as dierenças de reqüência entre os osciladores e da ordem de 4 MHz. Nesta etapa, o analisador de baixa reqüência pôde avaliar uma reqüência intermediária de 3,5 khz com grande estabilidade. O método do detector de ase utiliza um misturador para converter as lutuações de ase em lutuações de tensão. Se os sinais dos osciladores estiverem em quadratura (deasados de 9 ), a dierença apresentará uma saída média de V e lutuações proporcionais ao ruído de ase de ambas as ontes [7]. A Figura 5.4 apresenta o diagrama de medição realizado assumindo-se que os osciladores estão sincronizados.

6 74 Oscilador sob Teste Analisador de Espectros de Baixa Freqüência RF Analisador de Espectros Misturador I F V Voltímetro LO Monitor de Quadratura Oscilador de Reerência Figura 5.4. Diagrama esquemático do método de detector de ase utilizado na medição do ruído de ase dos osciladores sincronizados em GHz Resultados obtidos Os osciladores com ruído de ase reduzido apresentaram em todas as aplicações um desempenho de ruído de ase superior às apresentadas pelos analisadores de espectro de microondas. Resumidamente pode-se indicar: (GHz) Potência de Saída (dbm) L (dbc/hz@khz),88 8-9, Ou seja, os osciladores desenvolvidos em =,88 GHz e =,96 GHz apresentaram a mesma potencia de saída P = +8 dbm e ruído de ase a khz da portadora de L 9 dbc/hz@khz. Dois osciladores desenvolvidos no CETUC na reqüência em torno de GHz tiveram suas cavidades dielétricas ajustadas para manterem-se com reqüências próximas e ineriores ao intervalo de captura de 5 khz. Além deste procedimento, utilizaram-se as manobras de sincronização indicadas na Figura 5.. Estes dispositivos utilizaram o método de detecção de ase para sua caracterização. O resultado obtido nesta etapa pode ser resumido como: (GHz) Potência de Saída (dbm) L (dbc/hz@3,5khz), 5 dbm -, 5 dbm -

7 75 A potência de saída oi de 5 dbm para ambos os osciladores e o ruído de ase à 3,5 khz da portadora L = - 3,5kHz. Deve ser destacado que estas medições apresentaram reqüência de FI variável, apesar dos procedimentos acima destacados. Três osciladores desenvolvidos no INPE, em reqüências em torno de GHz, oram também testados nos laboratórios do CETUC utilizando o método de detecção de ase através de batimentos dois a dois. Estes apresentaram resultados e problemas de instabilidade de medição semelhantes aos descritos imediatamente acima. O sistema proposto na Figura 5.3 permitiu então que o método de detecção de ase osse implementado nos laboratórios do INPE utilizando osciladores em torno de GHz apresentando estabilidade na reqüência de FI. Para potências de saída em torno de dbm oram caracterizados osciladores com ruído de ase de em torno de -8 3,5kHz Comentários e Conclusões Finais Neste capítulo oram apresentados as técnicas de medidas empregadas nesta dissertação e os resultados das medidas realizadas. Osciladores oram caracterizados utilizando-se um analisador de espectro de microondas. Para observação mais detalhada do modelo teórico analisado, utilizou-se o método de detector de ase obtendo-se resultados da ordem de - dbc/hz@3,5 khz. As medições atingiram a estabilidade necessária quando procedimentos de sincronização oram cuidadosamente executados.