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DOCUMENTO TÉCNICO

SISTEMA DE MULTIFRECUENCIA DE 8 CANALES

Ramiro Yanque Robles

Área de Electrónica e Instrumentación

Marzo, 2009

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RESUMEN

El radar del Radio Observatorio de Jicamarca (ROJ) actualmente se emplea los receptores digitales Echotek en el sistema de adquisición. Cada canal de los receptores cuenta con dos NCO (oscilador controlado numéricamente) lo que permite ingresar dos señales en frecuencias separadas por un mismo canal.

El sistema de multifrecuencia de 8 canales permite ingresar ocho señales de 50 MHz, y con la salida se obtienen 4 pares cada uno con una señal de 50 MHz y otra de 42.5 MHz. Para obtener la segunda señal se emplea la señal de referencia de 7.5 MHz.

Actualmente se trabaja como señal de referencia de 7.5 MHz la cual proviene del Controlador de Radar.

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CONTENIDO

1. INTRODUCCIÓN....................................................................................................................................... 4

2. DESCRIPCIÓN DEL MÓDULO .............................................................................................................. 5 2.1 Descripción de un canal ...........................................................................................................................................5 2.2 Diseño de filtros .......................................................................................................................................................5 2.2.1 Filtros de 7.5 MHz ...................................................................................................................................................5 2.2.2 Filtro de 42.5 MHz ...................................................................................................................................................6 3. PRUEBAS .................................................................................................................................................... 8 3.1 Respuesta de frecuencia del primer filtro de 7.5 MHz .............................................................................................8 3.2 Respuesta de Frecuencia del primer filtro de 42.5 MHz ..........................................................................................9 3.3 Respuesta en frecuencia de la salida del mezclador ...............................................................................................10 4. RESULTADOS.......................................................................................................................................... 11 4.1 Resultados en frecuencia ........................................................................................................................................11 4.2 Alfa Test 1 – Relación entre la potencia de salida de la señal de 42.5 MHz y la de 50 MHz.................................12 5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ...................................................................................... 13

6. BIBLIOGRAFÍA....................................................................................................................................... 13

7. ANEXOS .................................................................................................................................................... 14

ANEXO 1. LISTA DE COMPONENTES .............................................................................................................. 14

ANEXO 2. LISTA DE COMPONENTES Filtros 42.5 MHz ................................................................................ 14

ANEXO 3. LISTA DE COMPONENTES Filtros 7.5 MHz .................................................................................. 14

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SISTEMA DE MULTIFRECUENCIA DE 8 CANALES

1. INTRODUCCIÓN El sistema de multifrecuencia de 8 canales es un equipo electrónico que tiene como función de hacer un traslado en frecuencia de un canal y combinarlo con el otro canal. Como resultado sólo se requiere cuatro canales del sistema de adquisición.

El módulo está basado en combinadores y mixer de RF de la marca Minicircuits. Los filtros han sido diseñados y fabricados en Jicamarca. La Figura 1 muestra el diagrama de bloques del sistema de multifrecuencia de 8 canales.

Divisor de Potencia

Señal 42.5 MHz

Mezclador

Canal 2A

Canal 2B

7.5 MHz (CR)

Divisor de Potencia

Señal 42.5 MHz

Mezclador

Canal 3A

Canal 3B

7.5 MHz (CR)

Divisor de Potencia

Señal 42.5 MHz

Mezclador

Canal 1A

Canal 1B

7.5 MHz (CR)

Divisor de Potencia

Señal 42.5 MHz

Mezclador

Canal 4A

Canal 4B

7.5 MHz (CR)

Canal 1

Canal 2

Canal 3

Canal 4

Figura 1. Diagrama de bloques del Sistema de Multifrecuencia de 8 Canales

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2. DESCRIPCIÓN DEL MÓDULO

2.1 Descripción de un canal

Un diagrama detallado para el canal 1 —que es idéntico a los demás canales— se observa en la Figura 2. Los filtros así como el amplificador fueron diseñados y fabricados en el Radio Observatorio de Jicamarca. El mixer y el divisor de potencia son del fabricante MiniCiruits. El detalle de los componentes del módulo se encuentran en el Anexo 1.

Divisor de Potencia

Filtro 42.5 MHzMixer

Filtro 7.5 MHz

Amplificador

Canal 1A

Canal 1B

Filtro 42.5 MHz

Filtro 7.5 MHz

AmplificadorP40VD

Figura 2. Diagrama de un canal con la mezcla de señales

2.2 Diseño de filtros

Los filtros de 7.5 MHz son del tipo pasabajo. El primer filtro es uno de 5 orden y el segundo es uno de 3 orden. En el primer filtro la atenuación es 7.5 MHz (alrededor de 12dB), el segundo filtro tiene una atenuación de 0.8 dB, pero su caída es menos pronunciada. Los filtros de 42.5 MHz son pasabanda y tienen condensadores variables lo que permite cambiar la frecuencia de corte.

2.2.1 Filtros de 7.5 MHz

El primer filtro se diseño empleando el “software” RFSim99 (simulador de distribución freeware). Se eligió el diseño considerando las bobinas 1 uH. La Figura 3a muestra el resultado de simulación y el circuito esquemático. Para el segundo filtro se modificó un diseño propuesto por RFSim99. Figura 3b muestra el resultado de simulación y el circuito esquemático.

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Figura 3a. Filtro de 7.5 MHz con atenuación de 6 dB en 7.5 MHz. La línea de color rojo es el espectro de potencia.

Figura 3b. Filtro de 7.5 MHz con atenuación de .8 dB en 7.5 MHz. La línea de color rojo es el espectro de potencia.

Los resultados de la medición de los filtros se encuentran en el Anexo B.

2.2.2 Filtro de 42.5 MHz

El filtro de 42.5 MHz tiene dos condensadores variables lo que permite variar la frecuencia central del filtro pasabanda, así como lo abrupto del corte de frecuencia.

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Figura 4 Filtro de 42.5 MHz con frecuencia central seleccionable entre 30 y 50 MHz

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3. PRUEBAS

3.1 Respuesta de frecuencia del primer filtro de 7.5 MHz

Figura 5. Respuesta en frecuencia del Filtro#1 de 7.5 MHz

La Figura 5 muestra la respuesta en frecuencia del Filtro#1, el cual tiene una atenuación de 14.3 dB en la frecuencia de 7.5 MHz, y aproximadamente 45 dB en 15 MHz. Para frecuencias mayores a 90 MHz tiene una atenuación menor de 60 dB.

Respuesta en Frecuencia del Filtro # 2 de 7.5 MHz

La Figura 6 muestra la respuesta en frecuencia del Filtro#2, el cual tiene una atenuación de 0.9 dB en la frecuencia de 7.5 MHz, y aproximadamente 32 dB en 15 MHz. Para frecuencias mayores a 90 MHz tiene una atenuación mayor de 70 dB.

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Figura 6. Respuesta en frecuencia del Filtro#2 de 7.5 MHz

3.2 Respuesta de Frecuencia del primer filtro de 42.5 MHz

Figura 7. Respuesta en frecuencia del filtro de 42.5 MHz

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3.3 Respuesta en frecuencia de la salida del mezclador

Figura 8. Respuesta en frecuencia a la salida del mezclador

La Figura 8 muestra la respuesta en frecuencia a la salida del mezclador. Como se observa hay varias armónicas de la señal de 7.5 MHz que se combina con la señal de 50 MHz. Por ejemplo la señal de 37.5 MHz se obtiene de la mezcla de 50 MHz con 22.5 MHz (Tercer armonico de 7.5 MHz).

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4. RESULTADOS

4.1 Resultados en frecuencia

Usando el Analizador de Frecuencia R&S se obtuvo el siguiente resultado.

Figura 9. Señal de entrada de -13 dB. Se observa que el sistema tiene un aislamiento de 40 dB

Figura 10 Ancho de banda de 1.15 MHz de la señal de 42.5 MHz, la interferencia es el transmisor

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4.2 Resultados con señales de la atmósfera

Con el sistema de adquisición denominado Echotek se obtuvo el resultado que se muestra en la Figura 11.

Figura 11. Pruebas con el sistema de Adquisición “Echotek”

4.2 Alfa Test 1 – Relación entre la potencia de salida de la señal de 42.5 MHz y la de 50 MHz

Este parámetro mide la diferencia de potencia entre la salida a 42.5 MHz y a 50 MHz para una señal común a ambos.

Diferencia entre señal de 42.5 MHz y de 50 MHz

Canal 1 5.00 dB

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Canal 2 4.64 dB

Canal 3 4.55 dB

Canal 4 4.80 dB

Tabla 1. Diferencia en dB entre el canal mezclado y sin mezcla

5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

• Se tiene que incluir la mascara frontal y posterior de la caja del sistema de multifrecuencia.

• Se debe incluir atenuadores fijos para reducir la atenuación a un rango de +/- 0.2 dB

• Se debe establecer un alfa-test 2 basado en datos procesados, quizás se pueda usar el ruido de la galaxia.

6. BIBLIOGRAFÍA

[1] MINICIRCUITS. Hoja técnica del mixer ZLW-3

[2] MINICIRCUITS. Hoja técnica del power spliter / combiner ZFSC-2-1

[3] SYNERGY. Hoja técnica Mixers

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7. ANEXOS

ANEXO 1. LISTA DE COMPONENTES Item Cantidad Descripción 1 4 Pre-amplificador P40VD - Advanced Reciever 2 4 Mixer ZLW-3 – Minicircuits 3 4 Power Splitter ZFCS-2-1 – Minicircuits 4 1 Power Splitter ZFCS-4-1-S – Minicircuits 5 1 Filtro AC 6 9 Conectores BNC para panel tipo I 7 24 Conectores BNC para RG174 8 5 Conectores BNC para RG58 9 7 Adaptadores Codos BNC 10 33 Conectores SMA para Cablre RG174

ANEXO 2. LISTA DE COMPONENTES FILTROS 42.5 MHZ Item Cantidad Descripción 1 2 Bobinas de 1.5 uH 2 2 Resistencias de 51 Ohmios 3 1 Condensador de 15 pF 4 1 Condensador variable de 2-15 pF 5 1 Condensador variable de 3-36 pF

ANEXO 3. LISTA DE COMPONENTES FILTROS 7.5 MHZ Item Cantidad Descripción 1 4 Bobinas de 1 uH 2 2 Condensadores de 800 pF 3-II 4 Bobinas de 1.2 uH 4-II 1 Bobina de 1 uH 5-II 2 Condensadores de 800 pF 6-II 1 Condensador de 3.3 pF