Architektura rádiových přijímačů a vysílačů - B2M37ART

Kredity 6
Semestry zimní
Zakončení zápočet a zkouška
Jazyk výuky čeština
Rozsah výuky 2P+2L
Anotace
Předmět se zabývá architekturami rádiových přijímačů a vysílačů a softwarovým rádiem. Studenti jsou seznámeni se způsoby konstrukce a moderními metodami optimalizace funkčních bloků rádiových přijímačů a vysílačů, jevy spojenými s kmitočtovou konverzí, zdroji šumu, šumovou analýzou. Osvojí si systémový návrh rádiových přijímačů a vysílačů, návrh úrovňového a kmitočtového plánu a jejich optimalizaci. Předmět rovněž obsahuje výklad bloků číslicového zpracování signálu v moderních rádiových přijímačích a jejich praktické implementace.
Cíle studia
Žádná data.
Osnovy přednášek
1. Parametry rádiových přijímačů a vysílačů (selektivita, citlivost, dynamický rozsah, postranní příjmy, chybovost, intermodulační odolnost, křížová modulace, parazitní vyzařování, vyzařovací maska, neharmonické složky, C/N, S/N ...).
2. Úzkopásmové a širokopásmové vysokofrekvenční zesilovače, dynamický rozsah a dynamické zkreslení, rychlost přeběhu, šumové vlastnosti vysokofrekvenčních zesilovačů, vysokofrekvenční zesilovače výkonu (low, medium levels), zesilovače s rozprostřeným zesílením, limitující faktory zesilovačů s rozprostřeným zesílením.
3. Realizace RF a IF filtrů, základní parametry filtrů (vložný útlum, podmínky nezkresleného přenosu) krystalový rezonátor, mononolitické krystalové, diskrétní krystalové filtry, keramické filtry, helicalové filtry, rezonátorové SAW filtry, transverzální SAW filtry
4. Parametry zdrojů kmitočtu (stabilita, harmonické a neharmonické složky, stárnutí oscilátoru, přeladitelnost, fázový šum, přechodný děj po zapnutí oscilátoru). Syntéza kmitočtů: oscilátory s prvky s negativním diferenciálním odporem, zpětnovazební oscilátory; oscilátory s krystalem, oscilátory s rozprostřeným zesílením.
5. Kmitočtová konverze: směšovače, směšovač s potlačením zrcadlového kmitočtu, vyvážené směšovače a vícenásobně vyvážené směšovače, intermodulace na směšovači, postranní příjmy, metody analýzy a optimalizace směšovacích produktů.
6. Šumy v přijímači a vysílači: vnější a vnitřní šumy, rozdělení šumů podle jejich fyzikálních příčin, ekvivalentní šumová teplota, míra šumu, provozní/standardní šumový činitel/šumové číslo, ekvivalentní šumová teplota a šumové číslo kaskády. Metody analýzy a optimalizace šumových parametrů.
7. Architektura rádiových přijímačů - přijímač s přímým zesílením, super-regenerační přijímač, reflexní přijímač, superheterodynní přijímač s jedním a vícenásobným směšováním, přijímač s přímou konverzí do základního pásma, přijímač s nízkou mezifrekvenčním kmitočtem, přijímač se širokopásmovou mezifrekvencí.
8. Kmitočtový a úrovňový plán přijímače a jeho optimalizace. reciproké směšování, směšovací tabulka, postranní příjmy, interní hvizdy (spur).
9. Digitalizace výstupního signálu přijímače (IF, RF, sampling, baseband sampling, jitter). Pomocné obvody přijímačů a vysílačů (AGC, AFC, anténní tunery, šumová brána, PSW metr...).
10. Architektura vysílačů, speciální výkonové prvky (polovodičové i vakuové) používané v koncových stupních vysílačů a jejich vlastnosti. Výkonové zesilovače (PA) - třídy, koncepce.
11. Modulace na nosné vlně, modulace na mezifrekvenci. Typy modulátorů, kvadraturní modulátor, impulsní
modulátor, FM modulátor. Linearizace. Speciální optimalizační metody pro výkonové vysokofrekvenční zesilovače. Speciální měřící metody pro vysílače.
12. Bloky číslicového zpracování signálu za/před modulátorem/demodulátorem. DUC, DDC - provedení, systémy.
13. Softwarově definované rádio, kognitivní rádio. Základní koncepce, architektury, aplikace v komunikační, měřící a mobilní technice.
14. Prostředky číslicového zpracování signálu v softwarově definovaném rádiu, paralelní digitální zpracování signálu. Digitální mezifrekvenční stupně, přímá digitální syntéza. Implementace do hradlového pole.
Osnovy cvičení
1. Seznámení s laboratoří, bezpečnost práce
MĚŘENÍ
2. Základy práce se spektrálním analyzátorem, parametry spektrálního analyzátoru, spektrální analýza signálů
3. Měření výkonových, spektrálních a modulačních parametrů signálu WLAN
4. Návrh a konstrukce LC filtru, měření parametrů a charakteristik filtru vektorovým obvodovým analyzátorem
5. Měření parametrů napětím řízeného oscilátoru
6. Měření na směšovači, směšovací tabulky, konverzní útlum a přeslechy mezi branami diodového dvojitě
vyváženého směšovače
7. Měření parametrů VF zesilovače - šumové číslo, bod komprese, bod zahrazení
8. Software Defined Radio a GNU Radio - Úvod
9. Software Defined Radio a GNU Radio - Operace s HW
10. Software Defined Radio a GNU Radio - Systémové aplikace
SEMINÁŘE
11. Synchronizace přijímače; zpětnovazební obvody
12. Směšovače, princip, typy směšovačů
13. Koncepty návrhu rádiového přijímače
14. Zápočet

Literatura
Dobeš, J. Žalud, V.: Moderní radiotechnika, BEN, 2006, ISBN 80-7300-132-2.
Rohde, U.L.: Communications receivers DSP, software radios, and design, McGraw-Hill 2001, ISBN: 0-
07-136121-9.
Vendelin, G.D.; Pavio, A.M.; Rohde, U.L.: Microwave Circuit Design Using Linear and Nonlinear Techniques.
Wiley-Interscience, 2005.
Misra, D.K: Radio-Frequency and Microwave Communication Circuits. John Wiley & Sons, Inc., 2001.
Požadavky
Matematika, teorie signálů a systémů, analogové a digitální obvody a subsystémy (v rozsahu bakalářské zkoušky)