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4. an Lisis Espectral

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  • 7/22/2019 4. an Lisis Espectral

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    3D Captulo1 IntroduccinalosSistemasdeComunicacin

    Si se requieren las respuestas en decibeles* se encuentran con facilidad mediante;Ganancia (dB)= 10 log 7 500 = 38.8 dB

    N F (dB)10 log2.316 = 3.65 dBLa temperatura de ruido se encuentra a partir de la ecuac in (1.27):

    T eq = 2 9 0 N F 1)=290 2.316-1)= 382K

    PREGUNTA DE REPASODE LA SECCIN 1 4 Por qu es ms importante tener un a c i f ra d e ruido baja en la primera etapa de un ampl i f i -cador que en las o tras etapas?

    Figure1.15 Ana l izadordeespectroe n t iempo real

    1.5 Anlisis espectralEn este captulo se encontr que hay dos maneras g enerales de examinar la s seales: eldominio del tiempo y el dominio de la frecuencia. El osciloscopio comn es una formaconveniente y verstil de observar las seales en el dominio d el tiempo, siempre que co ns-truya un a grfica de voltaje con respecto al tiempo. Sera lgico preguntar si hay uninstrumento equivalente para el dominio de la frecuencia, es decir, algo que pudieramostrar una grfica de voltaje (o potencia) con respecto a la frecuencia.

    La respuesta a la pregunta es s: la observacin de las seales en el dominio de lafrecuencia es la funcin del analizador de espectros en el cual se util izan cualquiera dedos tcnicas bsicas. En la primera tcnica se usan varios fil tros pasabanda con sinto-nizacin fija, espaciados en todo el intervalo de inters. La pantalla muestra el nivel desalida de cada filtro, con f recuencia con ana grfica de barras formada ^ o r diodos fo -toemisores (LED) A medida que aumenta la cantidad de f i l tros y es ms angosto elintervalo de cada no, es me jor la resolutin que se consigue. Este mtodo es m uy prc-tico para frecuenc ias de audio; de hecho un a versin burda, con cinco a 20 f t ro s , se en-cuentra a menudo como parte de un s is tema estreo. Los sistemas ms elaborados suelenutil izarse en la a stica profesiona l y actividades de realce del sonido. Los dispositivosde este tipo s e llai lan analizadoresde espectroe ntiempo real,porque todos los filtros es-tn activos todo t * tiempo. En la figura 1.5 se ilustra un diagrama de bloques de uno deestos instrumente .Cuando se requiere i mediciones de radiofrecuencia (RF), se hacen evidentes laslimitaciones de los analizadores de espectro en tiempo real. A menudo es necesario ob-servar seales en un intervalo de frecuencia cuyo ancho es del orden megahertz o hastade gigahertz. E s ev iden te que el nmero de filtros requerido sera demasiado g rande parase r prct ico. En aplicacion es de R F, sera m s lgico usa r slo uno, un filtro sintonizable,y barrer con l gradualm ente todo el intervalo de f recuencia d e inters. Este barrido delfil tro podra coincidir co n el barrido de un haz de electrones a travs de la cara de untubo de rayos catdicos (TRC), y la posicin vertical del haz podra ser una funcin dela amplitud de la salida del filtro. sta es la esencia de un analizador de espectro co nbarrido de frecuencia como el que se ilustra en la figura 1.16.

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    Figura 1.16 Analizadordeespectroconbarridod efrecuencia Fo tog ra f a cor tes a de Ag i lentCorp) .

    En la prctica, son difciles de construir los filtros de banda angosta que se puedansintonizar con rapidez en un amplio intervalo de frecuencias y mantengan un ancho debanda constante. Es ms fcil fabricar un filtro de una sola frecuencia fija con anchodebanda ajustable,yexplorarlasealatravsdel filtro. En laFigura 1.17se vecmosepuede hacer. La seal que llega se aplica a un mezclador junto con una seal con barri-do de frecuencia generadapor un oscilador localen elanalizador.Losmezcladores setratanen el siguiente captulo;porahoraessuficiente saberque unmezclador producesalidas cuyas frecuencias son lasumay ladiferenciade las dosfrecuencias que seapli-can en suentrada.

    El filtro se ajusta para estar en la frecuencia suma o en la frecuencia diferenciaporlo general, la diferencia). Cuando la frecuencia del oscilador vara, cambia la parte delespectro que pasa por el filtro. El oscilador est controlado por voltaje VCO) y su fre-cuencia est controlada por un generador de onda de dientes de sierra que tambinpro-porciona lasealdebarridohorizontal paraelTRC.

    La salida del filtro es una seal de ca ac)que debe ser rectificada y amplificadaantes de que se aplique a las placas de deflexinvertical delTRC. Si la am pli f icacin es

    Figura1.17 Diagramad ebloquessimplificado parau nanalizadord eespectrocon barridode frecuencia

    Seccin1 5 Anlisisespe tro 1

    Controldefrecuencia delcentro osciladorcontrolado porvoltaje o V C OGeneradorde based etiempo co nondadedientesdesierra

    Contro ldeintervaloAmplificadordehorizontal TRC

    Control del nivelde referenciaC ontrol deancho debanda

    EntradaAtenuador Mezclador

    FiltrodefrecuenciaintermediaAmplificadorde frecuenciaintermedia Detectorde Amplificadorenvolvente devertical

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    32 Captulo Introduccina osSistemasdeComunicacin

    Figura 1 18 Pantalla danalizador deespectro

    lineal, la posicin vertical de la traza o lnea de exploracin es propo rcional a la ampli-tud de l voltaje de la seal en una frecuencia especfica. Sin embargo, es ms comnutilizar amplificacin logartmica de tal manera que el dispositivo pueda ser calibradoen decibeles con un nivel de referencia endecibelesreferido a un miliwatt dBm ). so de un n liz dordeespectroUnanalizador deespectroco nbarrido defrecuencia representativotienecuatrocontrolesprincipales, los cuales se muestran en el diagrama de la figura 1.17. Sus funciones sedescribenen los siguientes prrafos.El control de frecuenciaestablece la frecuencia del centro del barrido o la frecuen-cia en la cual comienza, qu e se llama frecuenc ia de inicio sta es la frecuencia que co-rresponde alextremo izquierdo de lapantalla). Algunosanalizadorestienen unselectorde tal manera que en la pantalla se mu estra lafrecuencia de inicio o la del centro.El control de intervaloajustael intervalo de frecuencias en la pantalla. H ay dos m -todos para especificar el intervalo. Algunas veces se calibra en kilohertz o megahertzpor divisin. Otros m odelos dan el intervalo como el ancho de toda la pantalla, que es porlo regular de diez divisiones. Al dividir este nmero entre diez seobtiene el intervalopor divisin.

    La frecuencia de una seal mostrada en lapantalla se determina ajustando el con-trol de la frecuencia llamado tambin control de sintona hasta que la seal est en elcentrode lapantalla supon iendoque elcontrol inicio/centro,si lohay, esten el centro).La frecuencia de una seal que no est en el centro se determina contando las divisionesymultiplicndolas por el intervalo por divisin.El control de ancho de banda ajusta el ancho de banda del filtro en los puntos de3dB. Puestoque amenor anchodebanda mejores laresolucin potencial delanalizador,parecera lgico construir el filtro con unanchodebandatanangosto como seaposibleyusarlo de esa manera siempre. No obstante, barrer una seal rpidamente a travs de uncircuito de Q alta tal como un filtro pasab anda ango sto) genera transitorios, lo cual re-duce la exactitud de las lecturas de la amplitud. Si el intervalo de la frecuencia que esten exploracin es pequeo se requiere un ancho de banda angosto para que se consigauna buena resolucin, pero cuandose usa unintervalo amplio, entonces esinnecesarioelancho de banda angosto. Esto es una fortuna, ya que el barrido es naturalmente msrpido, en trminos de hertz por segundo, para el intervalo ms amplio. Entonces, paraintervalos amplios es apropiado un ancho de banda amplio, y los anchos de banda an-gostos se reservan para los intervalos angostos. Es muy comn que los controles delancho de banda y del intervalo estn amarrados, y por eso el ancho de bandacorrectode un filtroparaun intervalo particular se selecciona demanera automtica. Se han to-mado precauciones para eliminar elamarrede loscontroles delintervaloy delancho debanda para las raras ocasiones en que no se requiera.Es importante darse cuenta que segn lo que se ve en un analizador de espectro,un a senoide o un componente de una seal ms compleja no siempre aparece como unasimple lnea vertical. Si el intervalo es suficientemente angosto para que el ancho debandadel filtro sea unaparte importantede unadivisin, la seal parecer tener un an-cho finito. Dicha vista de observa en la figura1.18.Lo qu e se ve en la pantalla es el anchoyla forma del filtro pasab anda, no los de la seal.El cuarto ajuste principal es el controld el nivel de referencia. Lo s analizadores deespectro estn hechos de tal manera que las amplitudes se miden con respecto a un nivelde referencia qu e est en la parte superior de lapantalla no en la parte inferior, comose podra suponer). Este nivel se establece mediante el control del nivel de referencia,elcualpor loregular estcalibradoendBm.Tambin hay un atenuador ajustable en la entrada cuyo fin es reducir la s sealesfuertes a un nivel en el que las pueda manejar el mezclador de la entrada. En general,el control del atenuador est acoplado con el control del nivel de referencia, de tal ma-nera que almodificar la atenuacin en forma automtica cambia el nivelde referenciamostrado.

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    Seccin1 5 nlisisespectral 33

    Figura1.19 Diagrama para convertirdedB mavoltaje para50d .

    Con frecuencia, un selector que establece elfactor de esca la verticalest estrecha-menterelacionado con elcontrol de lniveld e referencia. Este selector tiene casi siempretres posiciones: 10 dB/divisin, 1 dB/divisin y lineal. En la primera posicin, una di-visin representa verticalmente una diferen cia de potencia de 1 0 dB en la entrada. La se-gunda posicin proporciona un a escala ampliada con 1 dB pordivisin.E ncualquierade estas posiciones, lapotenciade una seal semidede dosformas:s esitala sealenla parte superior de la pantalla con los con troles del nive l de referencia y luego se tom a lalectura de los controles, o bien, se cuentan las divisiones hacia abajo desde la parte su-perior de la pantalla hasta la seal, se mu ltiplica por 1 o por 10 dB seg n la posicin delselector y serestaelresultadod elvalor indicadoen laposicindelniveldereferencia.La posicin lineal es un poco ms complicada. El nivel de referencia est en la partesuperiorde lapan talla, igualque en elcaso anterior. Pero esta vez,lap antalla tieneun aescala lineal de voltaje. El voltajecero est en la parte inferior y el voltaje que corres-ponde al nivel de referencia est en la parte superior. Este voltaje se puede calcular confacilidad a partir de la potencia en dBm y de la impedancia del analizador de espectro,obien, m ediante la grfica de la figura 1.19. Por favor, observe qu e esta grfica esvli-da slosi elanalizador tiene una impedancia deentrada de 50l el valor m scomn.Algunos analizadores permiten que el nivel de referencia se establezca directamenteen voltios.

    Una vez que se conoce el voltaje qu ecorresponde alnivelde referenciaes posibledeterminar elvoltajede la seal.Si elniveldereferencia seajustde talmanera que laseal est precisamente en la parte superior de la pantalla, entonces, el voltaje de la se-al es el que corresponde al nivel de referencia. En otras circu nstanc ias, el voltaje de laseal sedetermina mediante proporciones.E lvoltaje de laseales

    donde Vsig voltaje de la seal en voltios RM S r f voltajeRMS quecorresponde alniveldereferenciaU sig posicin d e la seal en las divisiones hacia arriba desde la parte inferiorde la pantalla

    N div = nm ero de divisiones verticales en la pantalla por lo general 8)La escala lineal no se usa muy a men udo con los analizadores de espectro, pero a veceses conveniente.

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    34 Captulo IntroduccinalosSistemasdeComunicacin

    EJEMPLO1 O Para cada una de las grficas del analizador de espectros mostradas en la figura1.20, determine la frecuencia, nivel de potencia en dBm y w atts) y el nivel delvoltaje de las seales. La impedancia de la entrada de l analizador es de 50l

    a)Niveldereferencia -lOdBmVertical: 10 dB/divisinFrecuencia del centro 110 MHzIntervalo:10kHz/divisin

    b)Niveldereferencia +10dBmVertical:1dB/divisinFrecuenciadel centro 7.5 MHzIntervalo:100kHz/divisin

    c)Niveldereferencia-20dBmVertical: linealFrecuenciadelcentro543 MHzIntervalo:1MHz/divisin

    igur 1 2OSolucina) Laseal esthorizontalmenteen elcentrode lapantalla, entonces,sufrecuencia

    semuestraen elindicadordefrecuenciadelanalizador, suponiendoqueestajustadopara leerlafrecuenciadelcentro.Enesteejemploas es, por lo que lafrecuenciade laseales110MHz,Elmximode laseal estdosdivisionesporabajodelniveldereferenciade10dBm,con 10dB/divisin, a*que suniveles-30dBm.Lapotencia equivalentesedeterminaas:

    El voltajeseencuentra mediantelagrficade la figura1.19o si sedesea m ayorexactitud con

    b) Lasealestunadivisin hacialaizquierdadelcentro,con 100kHz/divisin.La frecuencia es 100 kHz menor que la frecuencia de referencia de 7.5MHz,entonces

    / =7.5MHz- 0.1MHz=7.4MH

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    Eecoon IJ Anlisisespectral

    Conrespectoa laamplitud,observeque laescalaes de 1 dB/divisin y lasealesta unadivisin abajodelniveldereferencia,as que laseal tieneunnivelde po-tenciade

    P dBm)= 10dBm- 1 dB=9dBLocual puede convertirseawattsyvoltsde lamisma maneraque en elinciso a):

    c) Laseal est tres divisionesa laderechade lafrecuenciadereferenciadelcentrode543 MHz, con 1MHz/divisin.Porconsiguiente,lafrecuenciaes:

    / = 543MHz+ 3 X 1MHz=546 MHz

    Es msfcil determinarel voltaje de la seal antesde encontrarla potencia,porque la escala de amplitud aqu es lineal. Para hallar el voltaje de la seal se re-quiere el voltaje que corresponde al nivel de potencia en la parte superior de la pan-talla.Ya sea mediantela grfica o en formaanalticase determinaconfacilidadqueel nivel de referencia de 20dBm corresponde a una potencia de 10jxW que repre-sentan 22.4mV.Elnivelenlapantallaes|deloanterior porquelaescalaeslicon 8divisionesquerepresentanelvoltajedelniveldereferencia.Por lotanto,elnivelde la seal es:

    Ahorava es fcilencontrarla potencia.En wattses:

    Y lapotenciaen dBm es:

    Porqu se prefieren los analizadores deespectrocon b arrido de frecuencia a los anal izadoresdeespectroentiemporealparauso en radiofrecuencia?

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    PREGUNTA DE REPASODE LA SECCIN 1.5

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    USO DEM TL B

    ObjetivoVer unaejecucinconSIMULINKde unaonda senoidal conrectificacindeonda completautilizando elmtodode laseriedeFourier. ntecedentesMATLAB y suprogramaSMULINK seusan para mode-lar ysimularvarioscomportamientos desistemas.Enestaseccin SIMLINK se utiliza para ejecutar la ecuacinsiguiente la los primeros cinco trminos del serie de con rectific cindeondacompte

    donde,con una frecuencia de 60 Hz (enesta simulacin): = 2ir/= (2)ir(60)

    La ecuacinde laonda senoidal conrectificacindeondacompleta indicalanecesidadde losbloquesdeSMULINKsiguientes: Bloque constantecon unvalorde 2/n

    Unbloque paraelseno(uncosenoseestructura usandounafasede n /2radianes. Utilice untiempo muestrade0.lms=0.0001 s). Varios bloquesdeganancias paralos mltiplos (p.ej.-4/371) Unbloque sumaAdems, los resultados de la simulacin seilustran me-dianteunbloquedelmbitoEjecucin:InicieMATLAB yluego escriba simulinken el indicadordeinstruccin para iniciarelprograma SIMULINK.simulinkSeleccione el modelo creado mediante la opcin delmen File > Open para seleccionar y abrir el archivo fulLwave.mdr.Ejecute la simulacin al seleccionar laopcin delmenSimulation Start en laventanadelmodelo. Ddobleclic en elbloquedembito para ampliarlo

    yver lasseis ondas dar dobleclicen unbloquelepermitealusuariover losdiferentes parmetrosycambiarlos donde est permitido).Modifiquealgunosde losparmetrosde losbloques paratenerunaseal rectificadade onda completade 120 Hzusandotres trminosde laseriedeFourier.

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    a com unicacin vasatlite es una form a relativamente nueva de radioco-municacin.LaUnin Sovit ica puso enrbitaalprimer satliteartificial,

    Sputnik I en 1957 pero la com unicac in porsatl i te prcticay conf iable em -pez enrealidadcon el lanzamiento del Intelsaten 1965. Estesatlite era to-dava experimental en parte; e l primer satl i te moderno geoestacionario ycomercial,ANik A-1 fue puesto enrbita por Canad en 1972.

    Los sistemas decomunicacin modernos sebeneficiaron con la invencin deltransistor en 1948 y delcircuito integrado en 1958. Los equipos modernos utilizanampliamente la tecnologa de estado slido tanto analgica comodigital, a menudoenla misma piezadelequipo.En elactualsistema de telefona celular por ejemplose utiliza radio FM analgica junto con un sistema complejo de control digitalqu eseradeltodo mprctico sin los microprocesadores en los telfonos mismos yen lasestacionesfijasde la red.

    Esprobable que en los aos venideros haya invenciones ms sorprendentes. Lafibrapticaya es un medio muyimportantede comunicacin y su usotiende a au-mentar. Latendencia hacia la comunicacin digital continuar incluso para fuentesanalgicas comovoz yvideo.

    Esimposiblepredecircontodaseguridadlo quesurgiren elfuturo.Tantolos te-lfonos celulares como los facsmiles son mejoras de sistemas qu e haban estadoen uso durante m uchos aos y que no se les consider muy importantes y ahora suusocrecimuyrpidoen losltimos aos. Lanica cosa cierta con respecto al fu-turo de las tecnologas para la com unicacin es que sern interesantes.

    Comunicaciones:elfuturo

    A con tinuacin se presentan los puntos principales por recordar de este captulo.1. Cualquier sistema de comunicacin tiene tres elementos esenciales: el transmisor

    el receptory el canaldecomunicacin.2. En el diseo de l transmisor y del receptor deben tomarse en cuentalas caractersti-

    cas delcanal en particularel ruido la distorsin y el ancho de ban da limitado.3. La modulacin es necesaria en muchos tipos de canales de comunicacin. En la mo-

    dulacin alguna caracterstica de una onda portadora se cam bia de acuerdo con laamplitud de una seal de frecuencia menor conocida como banda base seal enbanda base sealde informacin o seald e modulacin.

    4. Las caractersticas de la portadora que pueden modularse son amplitud frecuenciay fase.5. La m ultiplexin por divisin de tiempo y la mu ltiplexin por divisin de frecuencia

    son dossistemas para compartirun canal entre varias seales d einformacin. Para un esquema de modulacin especfico la cantidad de inform acin que se trans-

    mite es proporcional al tiempo utilizado y al ancho de ban da del canal empleado .7. Se dice que la transm isin de la seal no tiene distorsin si la seal de la informa-

    cin en la salida de l receptor es idntica a la de la entrada de l transmisor exceptopor cierto retraso y cambio de amplitud. Cualquier otro cambio se conoce como dis-torsin.

    WESUIEJ

    7

    JtPCTPWH:V N ERPIDO

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    Captulo IntroduccinalosSistemasdeComunicacin

    8. Es posible representarlas seales en eldominio de l tiempoo en el de lafrecuencia.Se usan las series de Fourier para determinar la representacin en el dominio de lafrecuencia de una seal peridica. Las seales pueden observarse en el dominio delafrecuencia mediante un analizador de espectro.9. El ruido est presente en todos los sistemas de comunicacin y tiene un efecto

    degradante en la seal. Hay muchos tipos de ruido, pero el ms comn es el ruidotrmico,que es unacaracterstica detodo equipo electrnico.

    Nota:para con tar con una referencia accesible, todos los ca-ptulos tienenun a pequea lista de lasecuaciones que msse utilizan. Estas ecuaciones no deben aplicarse a ciegas: elestudiante debe entende r cmoydnde usarlas.Lomejoresreferirseal texto cuando sea necesario. stas no son las ni-cas ecuaciones que se requieren para resolver los proble-mas de los captulos.e f = csen > + 9)v f

    =1 7

    ) 2lT/P re

    1.1)(1.3)

    / /) :=A0/2 AI eos coi +# senca + A2eos j o f + 2sen2o)+ A 3eos3ca+53sen3 c o r +

    (1.6)(1.7)

    (1.10)

    analizador de espectro spectrum analyzer) Dispositivo paramostrarseales en el dominio de la frecuencia.banda base baseband) La bandade frecuenciasqueocupaunasealde informacinantes que module a la portadora.canal channel) Una trayectoria para la transmisind eseales.cifra de ruido noise figure) Cocientede las relaciones sealaruido de laentraday lasalida.distorsin distortion) Cualquier cambio indeseable en unasealde informacin.dominio de la frecuencia frequency domain) Una represen-tacin de lapotenciao laamplitudde una seal como un a funcinde la frecuencia.

    dominiodeltiempo timedomain) Representacin de la ampli-tudde unaseale nfuncin de l tiempo.modulacin modulation) Elprocesopor mediodel cual algunacaracterstica de una portadora vara conforme a una seal de in-formacin.multiplexin multiplexing) Latransmisinde ms de una sealde informacinpor un solo canal.portadora carrier) Una seal qu e puede ser modulada por unasealde informacinreceptor receiver) Dispositivo para extraer la seal de informa-cindesde lasealque sepropagaa lolargode uncanal .

    (1.5)

    ECUACIONESIMPORTANTES

    GLOSARIG

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    Preguntas 9

    relacin deseala ruido s/n signal-to-noiseratios/n) Raznococientede lapotenciade la sealy la del ruidoen un punto dadode unsistema.ruido noise) Cualquier perturbacin indeseable que se sobrepo-nea una sealydegradaelcontenidode la informacin.seriesdeFourier Fourier series) Unaformaderepresentar fun -ciones peridicas comounaseriede senoides.

    temperaturadel ruido noise temperature) Temperatura equi-valentede un sistema pasivoque tiene la misma salidade potenciaderuidoque un sistema especfico.transmisin transmission) Transferencia de una seal de in-formacindesdeun lugaraotro.transmisor transmitter) Dispositivoquetransformaunasealdeinformacin en unaformaadecuadaparapropagarlapor uncanal.

    PR GUNT S1. Identifiquelabandadecadauna de las siguientes frecuencias.

    a) 10 MHz usada en transmisiones convencionales por fre-cuencia y tiempo estndar)

    b) 2.45kHz usadaenhornosde microondas) c) 100 kHz usadaen elsistemadenavegacin LORAN para

    barcos y aviones) d) 4 GHz usada para televisinva satlite) e) 880 MHz usada para telfonos celulares)

    2. Supongaque una frecuenciade voz de 400 Hz setransmiteporunaestacinderadioAM queoperaa 1 020 kHz. Culdeestas frecuenciases a) la frecuencia de informa cin? b) la frecuenciade portadora?c) la frecuenciadebanda base? d) la frecuencia de modu lacin?

    3. Culde losparmetrosde una portadora senoidal puedemo-dularse?

    4. Explique brevementeelconceptodemultiplexinpordivisindefrecuenciay d un ejemplo prcticode suuso.

    5. Explique brevemente el concepto de mu ltiplexin por divisinde tiempo y d un ejemplo prctico de su uso.

    6. Explique qusignifica cada uno de los siguientes tipos de dis-torsin. a) distorsin armnica b) respuesta en frecuencia no lineal c) respuestadefaseno lineal

    7. a) Cules elanchodebanda tericode unaonda cuadradade 1 kHz?

    b) Recomiendeunanchodebandaquedara razonablementebuenos resultados en un sistema prctico de transmisin.

    c) Suponga que una onda cuadrada de 1 kHz se transm itepor unacanalque nopuede pasarfrecuenciaspor arribade 2kHz. Culseralaformade laonda despusdepasarpor elcanal?

    8. Expliquelamaneraen que segeneracadauno de los siguien-tes tiposde ruido. a) ruidodelequipo e) ruidodedisparoo

    impulso b) ruido atmosfrico f) de particinc) ruidodelespacio g) ruidode centelleo,

    excesoo parpadeo d) ruido trmico h) ruido de tiempo de

    trnsito9. Cu l es la diferenc ia entre el ruido blanco y el ruido rosa?

    10 . Qu seentiendep or anchod ebandade lapotencia de lruidode un sistema?

    11 . Por qu el ancho de banda de la potencia del ruido es may orque elanchodebandad e potencia media para un filtro pasa-bandatpico?

    12 . Por qu los amplificadores que deben funcionar con sealesmuy dbiles, algunas veces seenfran con temperaturas ex-tremadamente bajas? Cmo se llama el proceso?

    13. Qu es la relacin de seal a ruido? Por qu es impo rtante enlos sistemasde comunicacin?

    14 .D dos relacionesquesean similaresa larelacinde sealaruido y que san ms fcilesd emedir.

    15. Expliqueq u tieneque ver lacifra deruido con larelacin deseal aruido.

    16 . Cul es larelacin entrecifra deruidoytemperatura deruido?17. Explique laraznde que laprimera etapa de unamp lificador

    sea la ms importanteen ladeterminacinde lacifra de ruidopara elam plificador completo.

    18 . Menc ione los dos tipos bsicos de analizador de espectro y des-criba cmo funciona cada uno.

    19. Mencioneloscuatro controlesms importantes en unana-l izadord eespectro co n barrido defrecuenciayexplique laf un-cin decada uno .

    20. Qu sucede alnivelde ruido mostrado en un analizador de es-pectro cu ando aumenta su anch o de banda? Por qu?

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    4D Capitula1 IntroduccinalosSistemasde Comunicacin

    PROBLEMASSeccin1 E21. La luzvisibleest formadaporradiacin electromagnticacon

    longitudes de onda entre 400 y 700 nanmetros nm). Expreseeste intervalo en trminos d e frecuencia.

    22. La ecuacin 1.3) se aplica a cualquier clase de onda. La ve-locidadde lasondasdesonidoen elairees decasi344m/s.Calcule la longitud de onda de una onda de sonido con una fre-cuencia de 1 kHz.

    Seccin 1 323. Grafiqueelespectro paralaseal rectificadademedia ondadela figura1.21,sealando hasta la quinta la armnica. Seale las

    escalasdel voltaje y lafrecuenciaydigasi laescaladel voltajemuestra elvoltajemximo o RMS

    Figure1 21

    24. Grafiqueel espectro de frecuencia para la onda triangular de lafigura 1.22 y hasta la quinta armn ica. Seale las escalas delvoltaje y lafrecuencia.

    25. Una onda cuadrada de 1 kHz pasa por cada uno de los trescanales de com unicacin cuy os anchos de banda se dan a con-tinuacin.Grafiquela salida en el dominio del tiempo paracada caso.a) a 10 kHzb) 2kHz a kH z c ) O a 4 k H z

    26. Grafiqueel espectro para el tren de pu lsos de lafigura1 23

    27. Grafiqueelespectro paralaondad edientes desierrade lafigura 1.24. Explique por qu esta onda no tiene co mpon entecd de),a diferencia de la onda en dientes d e sierra delejemplo 1.3

    Fgure 1 24

    Seccin1 428. Unresistorde 50lfunciona atemperatura ambiente 21C).

    Cuntapotencia de ruido proporciona a una carga acopladasobre el ancho d e banda de a) un canal de radio CB 10kHz)?b) uncanalde TV 6MHz)?Exprese sus respuestas tanto en w atts como en d Bm.

    29. Culseraelvoltajederuido generado para cadauna de lascondiciones del problema 28?

    30. Calcule la corriente de ruido para un diodo con una corrientede polarizacin de 15 mA , observada en un ancho de band a de25 kHz.

    Fgure1 3

    Figura1 2E

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    Problemas

    31. La relacin seal a ruido es de 30 dB en la entrada de un am-plificador y de27.3dB en la salida.(a) Cules lacifra deruido del amplificador?(b ) Cul es la temperatura de ruido?

    32. (a) Elvoltajede lasealen laentradade unamplificadoresde 100 jjiV,y el voltajederuidoes de 2 j j u V Cules larelacin seal aruidoen decibeles?

    (b) La relacin seal a ruido en la salida del mismoamplificador es de 30 dB.Cules lacifra deruidode lamp lificador?

    33. (a) Un receptor tiene una temperatura de ruido de 100 K.Cules lacifra deruidoe n decibeles?

    (b ) Una compaa tiene un receptor cuya temperatura de ruidoes 90 K. Si se supone que las otras especificaciones soniguales,este receptore smejoropeorque el delinciso(a)?Explique su s respuestas.

    34. Suponga que la potencia de ruido en la entrada de un receptores 1 nW en elanchodebandadeinters. Culserala poten-cia de seal requerida para una relacin seal a ruido de 25 dB?

    35. Un am plificador de tres etapas tiene las siguientes gananciasde potencia ycifras de ruido (como cocientes, no endecibelespara cada una de las etapas:

    Seccin1 536. La grficade la figura 1.25 muestralafrecuenciafundamental

    de un osciladorde onda sinusoidaly susegunda armnica,como se observa en un analizador de espectro. El analizadortieneunaimpedanciadeentradade 50l.D eterminar:(a) lafrecuenciade l oscilador(b) la amp litud de lasealen dBm y en volts(c) lacantidadendecibelespor lacuallasegunda armnicaes

    menor que la fundam ental (por lo comn se expresa comoxdB por abajo )

    Etapa123

    Gananciadepotencia

    102030

    Cifrade ruido

    35

    Fgura1 25Nivel de referenciade 10 dBmV ertical: 10dB/divisinFrecuencia del centro de 100 MHzIntervalo: 20 MH z/divisin

    Calcule lagananciay lacifra deruido totales,yconvirtalase ndecibeles.

    37 . Determinar lafrecuencia, potencia (tantoen dBmcomoenwatts)y elvoltajepara cada una de las seales de la figura1.26.

    (a) Niveldereferenciade-30dBmV ertical: 10dB /divisinFrecuencia delcentrode 872 MHzIntervalo: 10 MHz/divisin

    (b)Niveldereferenciade 18dBmV ertical: 1 dB/divisinFrecuencia de lcentrode 79 MHzIntervalo: 50 0kHz/divisin

    (c)Niveldereferenciad e+12dBmV ertical: linealFrecuencia del centro de 270 MHzIntervalo: 5 kHz/divisin

    Fgura1 26

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    42 apitula Introduccin lasSistemasde omunicacin

    istem s38. Lascuatro etapasde un amplificador tienen la sganancias y

    cifras de ruido endecibeles)siguientes:Ganancia Cifra

    Etapa depotencia deruido1234

    12dB15 dB20 dB17 dB

    2 d B4 d B6d B7 d BCalculel acifrade ruidototalendecibeles.

    39. Un amplificador detres etapas debetener unatemperatura deruido globalnomayorde 70 K. La ganancia total de l amplif i -cador debeser por lomenosde 45 dB. Elam plificador se va aconstruir mediante laadicin de unaprimera etapad e bajoruido a unam plif icador yaexistente de dosetapas qu e tiene la sgananciasy lascifras deruidoque se dan acontinuacin losnmerosen lac o lumna etapa serefierena lasub icac ionesenel nuevo amplif icador) .

    Etapa23

    Gananciadepotencia

    2 dB 5 dB

    Cifraderuido

    3dB6d B

    a) Cules lagananc ia mnim a endecibeles)que lapr imeraetapa puede tener?

    b) Con lagananc ia ca lcu ladaen el inciso a) , determ inelacifra de ru ido mxim a endecibeles) qu e puede tenerla primera etapa.

    c) Suponga que laganancia de laprimera etapa pudiera in -crementarse en 3 dB sinafectar sucifrade ruido. C ulsera el efecto en la temperatura de ruido del am pl i f icadorentero?

    40. La relacin S + N)/Nen lasalidade un amplif icador semidedeterminando el voltaje de salida con y sin la seal de entrada.Cuando esto seefecta para unciertoamplif icador se encuen-traque lasalida es de 2 V con laseal de entrada conectadayde 1 5 m V con la seal interrumpida. Calcu le la relacinS N)/N endecibeles.

    41 . La respuesta enfrecuenciade unamplif icador puede medirsemediante laaplicacin deruido blanco a laentrada y obser-vando lasalidaen un analizador deespectro.Cuandoesta ope-racin seefectu en cierto amplificador, seobtuvo lagrf icad ela figura 1.27. Encuentre las frecuencias de corte inferiores ysuperiores 3 dB) y el ancho de banda del am plificador.

    Nivel dereferencia d e 4dB mVertical: 1 dB /di visinFrecuenc iad elcentro de21 0M H zIntervalo: 1 0MH z/divis in42. Un receptor tieneun ancho de banda de ruido de 200 k Hz. Un

    resistor seconecta en paraleloen suentrada. Cul es lapoten-ci ade ruido en la entrada si la temperatura del resistor es de 20grados Celsius?D surespuesta en dBf laf e s po r fem-toWatt).

    43. Un amplif icador t iene una cifrade ruido de 3 dB. Si larelacin sealaru idoen suentradaes de 30 dB,cu l esla relacin seal a ruido en su salida en dB?

    44. Unamplif icadorestformadode dosetapas.L aetapau notieneuna gananc ia de 12dB y una cifrade ru ido de 2 dB. Laetapa 2 tiene una ganancia de 20 dB y una c ifra de ruido de5 dB. Calcule lacifra de ruido en decibeles y la temperatu ra deruido equiva lenteen Kpara elam plif icador .

    45. Cul es el efecto en la relacin seal a ruido de un sistema, endB, de duplica r su ancho de banda, si las otras caractersticassiguen igu al? Slo tome en cuenta el ruido trmico.

    46 . C u l es el efecto en la relacin seal a ruido de un sistema, endB ,deduplicar lapotencia de l transmisor?

    Seccin 1 2La m odulacin es el uso de la am plitu d de la seal en banda baseparamodif icar algunos parmetros de laseal transmitida.Es nece-saria para perm itir que la informaci n se transm ita a frecuenc ia altaypara la multiplexin de muchos canalesd einform acin. Losmtodos bsicos de modulacin impl icanel cambio de laa m p l i tu d ,la frecuencia o la fase de la seal tr ansm itid a.Seccin 1 339k Hz

    Seccin1 4Elruido in troducid o en la prim era etapa se amplif ica en todas lasetapas posteriores.Seccin1 5Losanalizadoresd eespectro con barr idodefrecuencia abarcan unintervalod ef recuenc iam s amplio que los analizadores de espec-tro en tiempo real.

    Fgure 1 27

    RESPUESTAS A LAS PREGUNTAS DE REPASO DE SECCIN


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