Formas de onda relevantes

S˜ao apresentadas de seguida as formas de onda relevantes associados aos blocos transmissor e receptor.

Bloco Transmissor

A figura6.3apresenta o resultado do primeiro est´agio do bloco transmissor do transceiver. Neste est´agio, o sinal correspondente `a UART ´e convertido para um sinal FSK, em que o ’1’ corresponde a um sinal com frequˆencia de 800 Khz e o ’0’ a um sinal de 667 Khz.

6.1. Hardware

(a) (b)

Figura 6.3: Sinal UART e FSK de banda base. (a) Baudrate: 30 kbps. (b) Baudrate: 100 kbps.

Ap´os a convers˜ao do sinal para FSK de baixa-frequˆencia, este sinal ´e transladado para a frequˆencia interm´edia, constituindo o FSK-IF. Antes de o sinal ser aplicado ao mixer, ´e atenuado devido ao elevado ganho do mixer do 2o est´agio.

Na figura 6.4 podem observar-se o espectro das portadoras do sinal FSK-IF a aproxi- madamente 10.6 MHz e 10.8 MHz. Fora desta banda de frequˆencias, o sinal encontra-se significativamente atenuado devido `a capacidade de rejei¸c˜ao das frequˆencias fora da banda de passagem do filtro cerˆamico.

(a) (b)

Figura 6.4: Espectro do sinal `a sa´ıda do primeiro mixer6.4(a), e `a entrada do segundo mixer 6.4(b)

Na figura 6.5 ´e apresentado o sinal depois de transladado na frequˆencia e devidamente filtrado. Verifica-se que, devido `a atenua¸c˜ao elevada imposta pelo filtro cerˆamico fora da banda de passagem, o sinal ´e muito pr´oximo de uma sinus´oide, pois apenas a frequˆencia fundamental ´e aproveitada. Verifica-se tamb´em uma ligeira distor¸c˜ao nas transi¸c˜oes do sinal

FSK de banda base, o que implica o aparecimento de esp´urios no espectro.

(a) (b)

Figura 6.5: Sinais FSK de banda base, a amarelo, e FSK-IF, a azul. (a) f0 (b) f1

Posteriormente, o sinal FSK-IF ´e finalmente convertido para o sinal RF a transmitir. Este processo ´e realizado no 3o est´agio, constitu´ıdo pelo 2o mixer do bloco transmissor. Apesar de ser poss´ıvel, pela altera¸c˜ao de alguns componentes, a transmiss˜ao a diferentes frequˆencias RF, apenas foi implementado a comunica¸c˜ao a 10.7 MHz - IF. Como j´a foi referido, decidiu-se aplicar um sinal DC (0V) na entrada do LO do mixer, para o sinal de sa´ıda resultar numa r´eplica do sinal de entrada. A raz˜ao desta escolha foi para demonstrar a validade da utiliza¸c˜ao de um LO vari´avel, que permite gerar `a sa´ıda do mixer, um sinal com a mesma frequˆencia que o sinal FSK-IF presente `a entrada. A figura 6.6 apresenta o espectro do sinal `a sa´ıda do 3o est´agio. Verifica-se que foram introduzidos distor¸c˜oes em compara¸c˜ao com o sinal na figura6.4(b), no entanto, s˜ao ultrapassadas com a filtragem do andar de sa´ıda e dos est´agios do bloco receptor do transceiver.

Por ´ultimo o sinal ´e transmitido atrav´es do andar de sa´ıda, constitu´ıdo por um amplificador sintonizado.

A figura 6.7(a) apresenta o espectro do sinal transmitido. A figura 6.7(b) apresenta a forma de onda do sinal transmitido. Pode verificar-se que a amplitude pico-a-pico deste sinal ultrapassa mesmo as tens˜oes de alimenta¸c˜ao. Isto deve-se `a utiliza¸c˜ao de uma malha LC ressonante, pois apresenta uma elevada impedˆancia `a frequˆencia de transmiss˜ao.

Tamb´em ´e importante referir que a simples medi¸c˜ao destes sinais afectam a sua resposta, com os instrumentos de medida utilizados. Ao utilizar uma ponta de prova do oscilosc´opio, est´a-se a introduzir uma capacidade adicional na malha LC do amplificador sintonizado, pelo que na realidade a sua resposta pode ser um pouco diferente da apresentada.

Bloco receptor

A figura6.8apresenta o espectro do sinal correspondente ap´os o primeiro est´agio do bloco receptor, o andar de entrada, constitu´ıdo por um amplificador sintonizado. Verifica-se que o espectro do sinal fora da banda de transmiss˜ao est´a atenuado significativamente, cerca de 15dB.

6.1. Hardware

Figura 6.6: Espectro do sinal `a sa´ıda do 2o mixer.

(a) (b)

Figura 6.7: (a) Espectro do sinal transmitido. (b) Sinal transmitido no dom´ınio do tempo.

Tal como no caso da transmiss˜ao, o LO do mixer do SA636 foi curto-circuitado `a massa de modo a gerar `a sa´ıda, uma aproxima¸c˜ao do sinal `a sua entrada. De igual modo, um LO vari´avel ao ser introduzido neste circuito, pode “atacar” simultaneamente o mixer do 3o est´agio do bloco transmissor e o mixer do SA636 do bloco receptor, para assim modificar a banda de frequˆencias a utilizar na comunica¸c˜ao. A figura6.9apresenta as formas de onda do sinal `a sa´ıda do mixer e ap´os filtragem, `a entrada do amplificador IF.

Verifica-se que o sinal `a sa´ıda do mixer apresenta uma elevada distor¸c˜ao causada pelo mixer. Uma raz˜ao poss´ıvel para este fen´omeno ´e que o mixer utilizado n˜ao foi projectado para “buffer” do sinal de entrada como ´e o caso. Assim s˜ao criados harm´onicos como se pode verificar na figura 6.9(a). Na figura 6.9(b), s˜ao rejeitadas estas distor¸c˜oes, aproveitando o

Figura 6.8: Espectro do sinal `a entrada do mixer do SA636.

(a) (b)

Figura 6.9: Espectro do sinal `a sa´ıda do mixer do SA6366.9(a), e `a entrada do amplificador tamb´em do SA636 6.9(b)

espectro de interesse atrav´es do filtro cerˆamico. Verifica-se ainda que nem todos os harm´onicos foram rejeitados pelo filtro, no entanto este problema ´e resolvido nos est´agios seguintes.

Na figura6.10 apresenta a forma de onda relativa `a sa´ıda do amplificador IF antes e ap´os filtragem – entrada do limitador. Na figura6.10(a), devido ao elevado ganho do amplificador IF e consequentemente `as n˜ao-linearidades (harm´onicos) introduzidas no sinal, o sinal apre- senta distor¸c˜oes. Na figura 6.10(b) estas distor¸c˜oes s˜ao atenuadas, e o sinal ´e aplicado ao limitador.

Como no caso do amplificador IF, o limitador possui um ganho enorme, maior ainda que o amplificador IF, pelo que ´e esperado que o sinal apresente tamb´em distor¸c˜oes devido aos

6.1. Hardware

(a) (b)

Figura 6.10: Espectro do sinal `a sa´ıda do amplificador do SA636 6.9(a), e `a entrada do limitador tamb´em do SA636 6.9(b)

harm´onicos introduzidos. Na figura6.11´e apresentada a forma de onda `a sa´ıda do limitador e o espectro do sinal. O sinal `a sa´ıda do limitador est´a limitado em amplitude a cerca de 350 mV. Devido, `a frequˆencia interm´edia escolhida, a sa´ıda do limitador assemelha-se a uma sinus´oide, no entanto, para uma frequˆencia menor, ex: 455 Khz, a forma de onda seria mais pr´oxima de uma onda quadrada [39]. Na figura 6.11(a), ´e apresentado o espectro do sinal, e como esperado, apresenta algumas distor¸c˜oes, com os harm´onicos atenuados cerca de 20 dB, comparativamente `a banda de interesse.

(a) (b)

Figura 6.11: Espectro do sinal `a sa´ıda do limitador do SA6366.9(a), e o sinal no dom´ınio do tempo em6.9(b)

Ap´os de todo o processo de amplifica¸c˜ao, filtragem e limita¸c˜ao, o sinal ´e desmodulado no ´ultimo bloco integrante do SA636, como mostra a figura 6.12. O sinal ´e posteriormente amplificado pelo Op-amp LMH6646 e regenerado para n´ıveis bem-definidos atrav´es de um

circuito de decis˜ao – comparador – presente no microcontrolador. Estes sinais s˜ao apresen- tados na figura 6.13. Pode verificar-se que, devido `a sintonia da malha de quadratura, foi poss´ıvel obter um offset pouco superior a 250 mV para um duty-cycle de 35% do sinal PWM respons´avel pela sintonia do varicap da malha de quadratura. Este foi o duty-cycle utilizado para os transceivers.

(a) (b)

(c) (d)

Figura 6.12: Sinal recebido em fun¸c˜ao do duty-cycle do PWM de sintonia do varicap da malha de quadratura. A amarelo, a RSSI, a azul, o sinal desmodulado, e a roxo, o sinal desmodulado amplificado. (a) Duty-cycle: 0% (b) Duty-cycle: 20% (c) Duty-cycle: 35% (d) Duty-cycle: 50%.

6.1. Hardware

(a) (b)

Figura 6.13: Sinal recebido. A amarelo, a RSSI, a azul, o sinal desmodulado, e a roxo, o sinal depois do circuito de decis˜ao. (a) Baudrate: 30 kbps. (b) Baudrate: 100 kbps.