Circuitos de Comunicação Introdução Gil Pinheiro UERJ-FEN-DETEL
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 UERJ - Circuitos de Comunicação Prof. Gil Pinheiro
Transmissor Circuitos de Comunicação Transmissão da informação à distância Meio Físico Com cabo (elétrico,f.o.) Sem fio Receptor
Transmissor Transmissão Radioelétrica da Linha de Transmissão Antena Antena Linha de Transmissão Receptor
Transmissor Transmissão Radioelétrica da Linha de Transmissão Antena Dispositivos Eletrônicos Eletrônica Analógica Eletrônica Digital Sistemas Eletrônicos Digitais Processamento Digital de Sinais Antena Linha de Transmissão Campos Eletromagnéticos Radiação e Radiopropagação Circuitos de Comunicação Receptor UERJ - Circuitos de Comunicação Prof. Gil Pinheiro
Transmissor Transmissão Simplex Antena Antena Exemplo: Controle remoto de garagem Receptor
Transmissor Receptor Transmissor Receptor Transmissão Semiduplex (half duplex) Antena Antena Comutador Comutador Antena Antena Comutador Comutador Transmissor Receptor Transmissor Receptor UERJ - Circuitos de Comunicação Prof. Gil Pinheiro
Exemplo: rádio transceptor Transmissão Semiduplex (half duplex) Antena Antena Transmissor Receptor Comutador (PTT) Comutador (PTT) Transmissor Receptor
Transmissor f 1 + Filtro Receptor f 2 + Filtro Transmissão Duplex (full duplex) Antena Exemplo: telefone sem fio Antena Transmissor f 2 + Filtro Receptor f 1 + Filtro
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 km SLF superlow frequency 30Hz a 300Hz 10.000km a 1.000km ULF ultralow frequency 300Hz a 3000Hz 1.000km a 100km VLF very low frequency 3kHz a 30kHz 100km a 10km LF low frequency 30kHz a 300kHz 10km a 1km MF medium frequency 300kHz a 3000kHz 1km a 100m HF high frequency 3MHz a 30MHz 100m a 10m VHF very high frequency 30MHz a 300MHz 10m a 1m UHF ultrahigh frequency 300MHz a 3000MHz 1m a 10cm SHF superhigh frequency 3GHz a 30GHz 10cm a 1cm EHF extremely high frequency 30GHz a 300GHz 1cm a 1mm Laboratórios: usaremos as faixas de LF e MF UERJ - Circuitos de Comunicação Prof. Gil Pinheiro
Antena Filtro de RF Exemplo de receptor: Receptor de Rádio Freqüência Sintonizada - AM Amplificador de RF Sintonia Sincronizada Filtro de RF Amplificador de RF Filtro de RF Amplificador de RF Filtro de RF Amplificador de RF Filtro de RF Demodulador Amplificador de RF Amplificador de BB UERJ - Circuitos de Comunicação Prof. Gil Pinheiro
Sintonia do Receptor Estações de Ondas Médias no RJ 1 2 3 4 5 6 Freq. (KHz) A sintonia do receptor consiste no ajuste da freqüência de recepção, conforme a estação a ser recebida (processada) Sinal 276 582 856 1.130 1.436 2.292
Antena Filtro de RF Amplificador de RF (LNA) RF: Radio Freqüência FI: Freqüência Intermediária BB: Banda Base Exemplo de receptor: Receptor Super-heteródino - AM Misturador Oscilador Local Filtro de FI Amplificador de FI Blocos Eletrônicos: Oscilador Misturador Demodulador Amplificador de BB Amplificadores de pequenos sinais Filtros passa-banda Demodulador UERJ - Circuitos de Comunicação Prof. Gil Pinheiro
Amplificador de BB Misturador (modulador) Exemplo de Transmissor: Transmissor de Comunicações Modulado em BLU (SSB) Oscilador a Cristal Filtro a cristal BLU (SSB): Banda Lateral Única BB: Banda Base OFV (VFO): Oscilador de Freqüência Variável Amplificador de BLU Misturador Blocos Eletrônicos: Osciladores Misturadores Filtro de Banda OFV (VFO) Amplificador de Potência Amplificadores de pequenos sinais Amplificador de potência Filtros passa-banda Antena UERJ - Circuitos de Comunicação Prof. Gil Pinheiro
Antena Filtro de RF Blocos Eletrônicos: Oscilador Misturadores Exemplo de receptor: Receptor Definido por Software (SDR) Amplificador de RF (LNA) Oscilador Local Amplificador de pequenos sinais Filtros passa-banda Filtro defasador (passa tudo) 0 90 Conversor A/D Conversor A/D Blocos Digitais / Software: Conversor A/D DSP Processamento Digital de Sinais Filtros diversos (Software) Demoduladores (Software) Algoritmos de Descompressão (Software) I Q UERJ - Circuitos de Comunicação Prof. Gil Pinheiro
Processador Digital de um Receptor
Antena Amplificador Misturador Simbologia Utilizada Filtro Passa Faixa Filtro Passa Alta Filtro Rejeita Faixa Filtro Passa Tudo 0 90 Oscilador Filtro a cristal (passa faixa) Filtro Passa Baixa Conversor A/D Conversor D/A
Modelos de Quadripólos Modelo h Modelo y Modelo s
O Modelo h Mais usado em baixas freqüências (ELF até LF)
O Modelo y Mais usado em MF, HF e VHF
O Modelo s Mais usado em UHF, SHF e acima
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 10 6, 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: E dbv = log E 1 UERJ - Circuitos de Comunicação Prof. Gil Pinheiro
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: P P B P dbm db P = log PREF P = 10. log P REF P = 10.log 0,001 UERJ - Circuitos de Comunicação Prof. Gil Pinheiro
Cabos Coaxiais de 50 e 75 a b 1 µρf 1 1 R AC = + 2 π a b Condutor interno Dielétrico Ohms Condutor externo Resistência CA (perdas efeito skin): Impedância característica: 60 b Z0 = ln ε a ε 0 As perdas (R AC ) são minimizadas quando b/a = 3,6, logo: 77 Z 0 = = 51ohms( polietileno) ε ε 0 77 Z 0 = = 77ohms( ar) ε ε 0 UERJ - Circuitos de Comunicação Prof. Gil Pinheiro
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
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 @ R L =50 Ohms
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) UERJ - Circuitos de Comunicação Prof. Gil Pinheiro
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 página http://www.lee.eng.uerj.br/~gil/circom.html Criar pasta de trabalho, exemplo: Circom e copiar arquivos para a pasta criada Manuais do LT Spice http://www.lee.eng.uerj.br/~gil/circom.html UERJ - Circuitos de Comunicação Prof. Gil Pinheiro
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 UERJ - Circuitos de Comunicação Prof. Gil Pinheiro
Equipamentos de Medição em RF (laboratório) Frequencímetro Osciloscópio Analisador de espectro PC com placa de som MP3 player
Circuitos de Comunicação PROGRAMA: 1- Introdução 2- 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 piezelétricos (*) 7- Amplificadores de potência para RF 8- 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 RF 11- Tipos e estruturas de transmissores e transceptores de RF 12- Rádios Digitais (modulação e demodulação analógicas e digitais) 13- Rádios Definidos por Software (*) (*) Inclui aulas práticas UERJ - Circuitos de Comunicação Prof. Gil Pinheiro