Budapest University of Technology and Economics, Faculty of Electrical Engineering and Informatics

Általános tendencia a vezeték-nélküli, rádiós alkalmazások nagymértékű előretörése. Ennek egyik oka az igen olcsó, ú.n. egycsipes rádiók megjelenése, amelyek minimális számú külső építőelem segítségével képesek digitális rádiós átvitel megvalósítására. A másik ok, hogy ezek a kis teljesítményű ill. kis-hatótávolságú rádiók, amelyek az ú.n. ISM (Industrial Scientific Medical) sávokban működnek, nem engedélykötelesek.

A tárgy egyik célkitűzése, hogy áttekintést adjon az ilyen olcsó, integrált rádiók felépítéséről, működéséről, a bennük alkalmazott alapvető áramkörökről, a modulációs módokról. Bemutatja még az RF alkalmazás során fellépő nehézségeket, illetve a hatótávolságot befolyásoló tényezőket (pl. megfelelő antennaválasztás, az emberi test közelségének a hatása stb.) is. Kitér az Európai, illetve Amerikai hatósági szabályozás részleteire is.

A rádióhullámok terjedése, hatótávolság

• Vevőérzékenység fogalma, leírásának módjai. Zajtényező, zajhőmérséklet, bemeneti ekvivalens zajfeszültség. Érzékenységet befolyásoló tényezők: bitsebesség, alapsávi sávszélesség, interferencia, adó-vevő frekvencia offset, löket stb.
• Kisugárzott adóteljesítmény jellemzése (ERP, EIRP, elektromos térerősség)
• Terjedési modellek
• Hatótávolság becslése ideális szabadtéri terjedés esetén, kültérben, épületen belül, városi környezetben. Fading fogalma, típusai
• Időjárási hatások

Antennák

• Alapfogalmak: sugárzási jelleggörbék, nyereség, irányhatás, impedancia sávszélesség, polarizáció, hatásos keresztmetszet, hatásfok
• Alacsony költségű, rövid-hatótávolságú rádiók antenna típusai (nyomtatott és huzalantennák): dipol, monopol, folded dipol, kisméretű hurok, kapacitíven ill. induktívan megcsapolt hurok, ILA, IFA ... stb.
• Antennák alkalmazási problémái (emberi test hatása: pl. “hand effect”, földelés, fémfelületek ill. áramköri egységek elhelyezésének hatása)
• Antennák illesztése rádiók ki- ill. bemenetéhez (differenciális, aszimmetrikus kimenet), rádiófrekvenciás nyomtatott áramkörök tervezési problémái a gyakorlatban.

Integrált rádiófrekvenciás áramkörök

• MOS, bipoláris tranzisztor, integrált kapacitás, ellenállás felépítése, működése, karakterisztikái. nagyfrekvenciás modellek
• Integrált spirál induktivitások kialakítása, tulajdonságai (Q, SRF), RF modell
• Alapáramkörök: bandgap referencia, ptat áram, áramtükör, differenciál erősítő, alapvető erősítő típusok (földelt emitteres, kollektoros, bázisos)
• RF VCO integrált spirál induktivitással, MOS ill. bipoláris varaktorral.
• Vivő előállítása: szintézer típusok (integer N, frakcional N), PLL felépítése (fázisdetektor, charge pump, szűrő, delta-szigma modulátor stb.), működése.
• Teljesítményerősítő osztályok (A, B, AB, C, E), felépítés. Nemlinearítás jellemzése (IP3, P1dB). Linearizálási technikák (előtorzítás, vissza-, ill. előrecsatolás ).
• Vevőstruktúrák (heterodin, Zero IF, low IF)
• Vevő dinamika tartomány (SFDR fogalma), dinamika növelése (multitangens technika)
• Zajok vevőben, illesztés zajra. Visszacsatolás hatása a bemenő impedanciára ill zajra. Kaszkód bemeneti erősítő előnyei
• Órajel visszaállítás, döntés

Modulációs formátumok

• Moduláció és demoduláció
• FSK, PSK, DPSK
• Szórt spektrumú modulációk (frekvencia ugratás, DDS)
• QPSK
• 16 QAM
• OFDM

Kis hatótávolságú rádió összeköttetések szabályozása

• Frekvenciasávok (ISM (industrial scientific medical), E.U. ETSI, U.S. FCC)
• elektromágneses kompatibilitás: zavarok, sugárzási spektrum, csatorna szelektivitás
• interferencia
• intermoduláció

Integrált rádiók vezérlése, digitális csatlakoztatása

• vezérlés: źC/EEPROM
• csatlakoztatás: szinkron RS-232

Kishatótávolságú rádiós hálózati protokollok

• ZigBee
• Bluetooth

(előadás, gyakorlat, laboratórium):

heti 2x2 óra előadás, házifeladat

a. A szorgalmi időszakban: aláírás megszerzése. Ehhez négy darab, 30 perces zárthelyi megírásával legalább 50%-os pontszám elérése szükséges.

A zárthelyik összpontszámának 50%-át el nem érő hallgatóknak pótzárthelyit kell írniuk a pótlási időszakban.

Órai jegyzet;

Behzad Razavi: RF Microelectronics, 1998 Prentice Hall, ISBN 0138875715,

Theodore S. Rappaport: Wireless Communications, Pretice Hall PTR, New Jersey, 1996.

ZigBee Specification, ZigBee Document 053474r06, Ver.1.0, June 27, 2005

IEEE 802.15.4 szabvány

US-FCC, CFR 47 part 15. “Radio Frequency Devices”, (http://www.access.gpo.gov/nara/cfr/waisidx_04/47cfr15_04.html)

ERC/REC70-03 “Short Range Devices”, (http://www.ero.dk/documentation/docs/doccategory.asp?catid=2&catname=ECC/ERC/ECTRA%20Recommendations)

ETSI EN 300 220 standards,

http://www.etsi.org/services_products/freestandard/home.htm