BME VIK - Integrált rádiók a vezeték-nélküli távközlésben

3. A tantárgyfelelős személy és tanszék Dr. Bitó János,

4. A tantárgy előadója

Név:	Beosztás:	Tanszék, Int.:
Dr. Berceli Tibor	Egyetemi professzor	HVT, BME
Dr. Zólomy Attila	Egyetemi docens	HVT, BME
Marozsák Tamás	Egyetemi tanársegéd	HVT, BME

5. A tantárgy az alábbi témakörök ismeretére épít Elektronika, Antennák és hullámterjedés, rádiórendszerek.

6. Előtanulmányi rend

Kötelező:

NEM ( TárgyTeljesítve("BMEVIHVAV13") )

A fenti forma a Neptun sajátja, ezen technikai okokból nem változtattunk.

A kötelező előtanulmányi rend az adott szak honlapján és képzési programjában található.

Ajánlott:

A tárgy felvétele elsősorban a villamosmérnöki szak hallgatóinak (MSc-s képzésben résztvevőknek) ajánlott. A tárgy elsajátításában segítséget jelent az alábbi tantárgyak ismerete:
Rádiófrekvenciás integrált áramkörök tervezése és alkalmazása I (VIEEAV45).
Elektronika I (VIMH2019)
Elektronika II. (VIMH2019)
Elektronika III. (VIMH2019)
Híradástechnika (VITT3026)
Antennák és hullámterjedés (VIMH4039)

A tárgyat nem vehetik fel azok a hallgatók, akik teljesítették a tárgy előd tantárgyát (VIHVAV13)

7. A tantárgy célkitűzése 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 szerves folytatása kíván lenni a Rádiófrekvenciás integrált áramkörök tervezése és alkalmazása I című tárgynak. Az ott elmondott áramköri és fizikai alapokra építve a bonyolultabb nagyfrekvenciás áramkörök működését taglalja (teljesítményerősítő, PLL, VCO stb), bemutatja az integrált rádiók rendszerszintű felépítését, a működést befolyásoló hatásokat (nemlinearitás, zaj, interferencia stb.), illetve a leggyakrabban használt modulációs módokat.
Bemutatja még az RF alkalmazás során fellépő nehézségeket, nagyfrekvenciás nyomtatott áramköri tervezés problémáit, a leggyakrabban alkalmazott antenna típusokat, illetve azok illesztési technikáit.
A hatótávolság becslésére alkalmazható eljárásokat is ismertet. Kitér az Európai, illetve Amerikai hatósági szabályozás részleteire is.

8. A tantárgy részletes tematikája 1. hét: Bemutatkozás, tárgykövetelmények ismertetése. A tantárgy célkitűzése, mondanivalójának rövid áttekintése.
Rádióátvitel, rádiózás ágainak rövid áttekintése. Kishatótávolságú, kissebességű rádiók gyakorlati felhasználása, fajtái (telemetria, adatgyűjtés, riasztórendszerek, távirányítás, autóipar, adatátvitel stb.). Integrált rádiós megoldások, modulok felépítésének, a részegységek (MCU, antenna, RF környezet, illesztések, integrált rádió stb.) funkcióinak rövid ismertetése.
Integrált, digitális rádió IC-k belső felépítése, a részegységek funkcióinak áttekintése.
2. hét: A rádió rendszertechnikai alapok, 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)
3. hét: Terjedési modellek. Hatótávolság becslése ideális szabadtéri terjedés esetén, szabadtérben, épületen belül, városi környezetben. Fading fogalma, típusai. Időjárási hatások. ZH iratása.
4. hét: Antennák alapfogalmai: sugárzási jelleggörbék, nyereség, irányhatás, impedancia sávszélesség, polarizáció, hatásos keresztmetszet, hatásfok. Alacsony költségű, rövid-hatótávolságú rádiók antenna típusai (nyomtatott és huzalantennák): dipól, monopol.
5. hét: Antennák folytatás: hajlított dipól, kisméretű hurok, kapacitíven ill. induktívan megcsapolt hurok, ILA, IFA, SMD antennák.
Antennák alkalmazási problémái (emberi test hatása: pl. „hand effect”, földelés, fémfelületek ill. áramköri egységek elhelyezésének hatása)
6. hét: Antennák illesztése rádiók ki- ill. bemenetéhez (differenciális, aszimmetrikus kimenet), rádiófrekvenciás nyomtatott áramkörök tervezési problémái a gyakorlatban. ZH iratása
7. hét: Vevőstruktúrák (heterodin, Zero IF, low IF), felépítés. Vevő áramkörök áttekintése: kiszajú előerősítő, keverő, szűrők, demodulátor. Vevő dinamika tartomány fogalma (SFDR), jelentősége.
8. hét: Integrált rádiófrekvenciás áramkörök: kis zajú erősítő tervezése, keverők
9. hét: lokál jel előállítása, oszcillátor áramkörök, RF VCO integrált spirál induktivitással, MOS ill. bipoláris varaktorral. Integrált spirál induktivitások tulajdonságai (Q, SRF).
10. Vivő előállítása: szintézer típusok (integer N, frakcional N). PLL felépítése (fázisdetektor, charge pump, szűrő, delta-szigma modulátor stb.), működése.
11. hét. PLL tervezése, integrált PLL áramkörök. ZH iratása.
12. hét: Adó teljesítményerősítő osztályok (A, B, AB, C, E), felépítés. Nemlinearítás jellemzése (IP3, P1dB). Linearizálási technikák (előtorzítás, vissza-, ill. előrecsatolás ).
Modulációs formátumok: moduláció és demoduláció, FSK, PSK, DPSK, szórt spektrumú modulációk (frekvencia ugratás, DDS), QPSK, QAM.
13. hét: Kis hatótávolságú rádió összeköttetések szabályozása: frekvenciasávok (ISM (industrial scientific medical), szabványok pl. E.U. ETSI, U.S. FCC). Elektromágneses kompatibilitás: zavarok, sugárzási spektrum, csatorna szelektivitás, interferencia, intermoduláció
14. hét: Integrált rádiók vezérlése, digitális csatlakoztatása: uC, EEPROM, csatlakoztatás: szinkron RS232, SPI.
Kishatótávolságú rádiós hálózati protokollok rövid leírása: ZigBee, Bluetooth, Wi-Fi, egyedi egyszerű protokollok pl. EzMac. ZH íratása.

9. A tantárgy oktatásának módja (előadás, gyakorlat, laboratórium) heti 2x2 óra előadás, a félév során részben laboratórium, illetve részben házi feladat keretében egy nagyon egyszerű nagyfrekvenciás áramkör (pl. erősítő) megtervezése az Aplac áramkörtervező program segítségével.

10. Követelmények a. A szorgalmi időszakban: aláírás megszerzése. Ehhez négy darab, 30 perces zárthelyi megírásával legalább 50%-os pontszám elérése szükséges, illetve a tervezési feladat elégséges szintű megoldása.
b. A vizsgaidőszakban: írásbeli vizsga

11. Pótlási lehetőségek A zárthelyik összpontszámának 50%-át el nem érő hallgatók két sikertelen zárthelyit a szorgalmi időszakban a pótzárthelyin pótolhatnak.
A házi feladat különeljárási díj ellenében a pótlási héten pótolható.

12. Konzultációs lehetőségek Előzetes megbeszélés alapján.

13. Jegyzet, tankönyv, felhasználható irodalom 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

14. A tantárgy elvégzéséhez átlagosan szükséges tanulmányi munka

Kontakt óra	56
Félévközi készülés órákra	10
Felkészülés zárthelyire	10
Házi feladat elkészítése	10
Kijelölt írásos tananyag elsajátítása	0
Vizsgafelkészülés	34
Összesen	120

15. A tantárgy tematikáját kidolgozta

Név:	Beosztás:	Tanszék, Int.:
Dr. Zólomy Attila	Egyetemi docens	HVT, BME
Dr. Berceli Tibor	Egyetemi professzor	HVT, BME