diseño e implementación de un analizador de espectro en las bandas vhf y uhf juan pablo mayoral

181 Pages·2013·4.2 MB·Spanish

DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN ANALIZADOR DE ESPECTRO EN LAS
BANDAS VHF Y UHF

JUAN PABLO MAYORAL ARTEAGA
LISSETH SAAVEDRA PATIÑO
ROBERTO CARLOS PEJENDINO JOJOA

UNIVERSIDAD DE NARIÑO
FACULTAD DE INGENIERÍA
PROGRAMA DE ELECTRÓNICA
SAN JUAN DE PASTO
2013
DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN ANALIZADOR DE ESPECTRO EN LAS
BANDAS VHF Y UHF

JUAN PABLO MAYORAL ARTEAGA
LISSETH SAAVEDRA PATIÑO
ROBERTO CARLOS PEJENDINO JOJOA

Trabajo de grado modalidad investigación presentado para optar por el título de
Ingeniero Electrónico

DIRECTOR
WILSON OLMEDO ACHICANOY MARTÍNEZ
PROFESOR ASISTENTE DEL DEPARTAMENTO DE ELECTRÓNICA DELA
UNIVERSIDAD DE NARIÑO

UNIVERSIDAD DE NARIÑO
FACULTAD DE INGENIERÍA
PROGRAMA DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA
SAN JUAN DE PASTO
2013
“Las ideas y conclusiones aportadas en este trabajo de grado son responsabilidad
exclusiva de sus autores”.

Articulo1º del Acuerdo No 324 de octubre 11 de 1966, emanado del honorable
Consejo Directivo de la Universidad de Nariño.
NOTA DE ACEPTACIÓN

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JURADO

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JURADO

San Juan de Pasto, Agosto de 2013
AGRADECIMIENTOS

Mg. CARLOS ANDRÉS VITERI MERA asesor del trabajo de grado durante gran parte
de la ejecución del proyecto, por el apoyo y tiempo dedicado en las diferentes etapas
de este proyecto.

Mg. WILSON OLMEDO ACHICANOY MARTÍNEZ director del trabajo de grado, por el
tiempo dedicado y correcciones pertinentes.

Programa de Ingeniería Electrónica de la Universidad de Nariño, a los docentes, al
personal administrativo y de laboratorio por su contribución en nuestra formación
profesional.
DEDICATORIA

‘A mi madre, gracias por el apoyo incondicional y la confianza brindada a lo largo
de toda mi vida. A toda mi familia y amigos’
R.C.P.J

‘A mi hermosa familia’

Liss

‘Dedicar este trabajo a la fuerza superior que mueve el universo es importante, pero
puede hacerse cada día de hoy en adelante; por la vida por las ganas de continuar,
por esa persona importante que puso en mi camino…

Así que dedico este trabajo principalmente a mi familia, el pilar fundamental en este
camino hacia mi formación profesional. A mi madre, por demostrarme siempre su
cariño y apoyo incondicional sin importar nada más. A mi padre, por brindarme su
apoyo, sus ideas y su tiempo. A mi hermano por ser esa buena energía en mi vida.

Este trabajo lo dedico a mis compañeros de la U, a los que les suelo llamar los
“truchas” en especial a mis “hermanos” de tesis y a sus familias porque creo que nos
hemos convertido en grandes amigos…’

Juancho
RESUMEN

Con el fin de proveer a los estudiantes de ingeniería electrónica con equipamiento en
el área de telecomunicaciones, se decide implantar un analizador de espectro
modular para realizar prácticas de laboratorio y promover la investigación en el área
de instrumentación electrónica.

En este documento se presenta el informe final del trabajo de tesis, en modalidad
proyecto de investigación, titulado “Diseño e implementación de un analizador de
espectro en las bandas VHF y UHF”, adscrito al Grupo de Investigación en Ingeniería
Eléctrica y Electrónica (GIIEE) de la Universidad de Nariño. En él se describe la
metodología seguida durante el proceso de desarrollo del proyecto y los principales
resultados obtenidos.

El desarrollo del proyecto se hace en cuatro etapas consecutivas: (i) Revisión
bibliográfica y de antecedentes, (ii) Diseño del analizador de espectro, (iii)
Implementación del prototipo y (iv) Resultados. Finalmente se realizan conclusiones y
recomendaciones para trabajos futuros relacionados con el tema de investigación.

Al culminar el proyecto se da cumplimiento a los objetivos, obteniendo como
producto final un prototipo modular de un analizador de espectro en las bandas VHF y
UHF, con un diseño flexible y escalable para su utilización en proyectos de
investigación futuros.
ABSTRACT

To provide electronics engineering students with equipment in the telecommunications
area, we decided to implement a modular spectrum analyzer for laboratory practices
and promote research in the electronic instrumentation area.

This document presents the thesis work final report, under research modality, entitled
“Diseño e implementación de un analizador de espectro en las bandas VHF y UHF”
attached to the Universidad de Nariño Research Group in Electrical and Electronic
Engineering (GIIEE). It describes the methodology followed during the project
development process and the main results obtained.

The project development is done in four consecutive stages: (i) Literature review, (ii)
spectrum analyzer design, (iii) prototype implementation and (iv) Results. Finally,
some conclusions and recommendations for future work related to the research topic.

Upon completion of the project, we fulfills the objectives, obtaining as a final product a
modular spectrum analyzer prototype in the VHF and UHF, we get a flexible and
scalable design for use in future research projects.
CONTENIDO

Pág.
GLOSARIO ............................................................................................................ 23
INTRODUCCIÓN ................................................................................................... 27
1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ............................................................. 28
1.1 DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA .............................................................. 28
1.2 ANTECEDENTES ....................................................................................... 28
1.3 JUSTIFICACIÓN ......................................................................................... 30
1.4 OBJETIVOS ................................................................................................ 31
1.4.1 Objetivo general ................................................................................... 31
1.4.2 Objetivos específicos ........................................................................... 32
1.5 ALCANCES ................................................................................................. 32
2. MARCO TEÓRICO ......................................................................................... 33
2.1 ANALIZADOR DE ESPECTRO ................................................................... 33
2.1.1 Arquitectura .......................................................................................... 33
2.1.2 Rango dinámico ................................................................................... 34
2.1.3 Ancho de banda instantáneo ............................................................... 36
2.2 TRANSFORMADA RÁPIDA DE FOURIER ................................................. 36
2.3 VHDL Y FLUJO DE DISEÑO ...................................................................... 37
2.3.1 Diseño para el reúso .............................................................................. 39
2.4 FPGA .......................................................................................................... 40
2.4.1 Look up table (LUT............................................................................... 40
2.4.2 FPGA Cyclone II .................................................................................. 40
2.4.2.1 Elementos lógicos, LEs ................................................................. 42
2.4.2.2 Bloques de arreglo lógico (LAB) ................................................... 43
2.4.2.3 Conexión multitrack ...................................................................... 43
2.4.2.4 Multiplicadores embebidos ........................................................... 44
2.4.2.5 Estructura y características de I/O ................................................ 44
2.4.2.6 Quartus II ...................................................................................... 45
2.4.2.6.1 Características: ......................................................................... 45
2.5 CONVERSIÓN ANALÓGA A DIGITAL ....................................................... 46
2.5.1 Conversor análogo digital AD9481....................................................... 46
2.5.1.1 Características destacadas: .......................................................... 47
2.5.1.2 Placa de evaluación PCBZ-9481 .................................................. 47
2.6 MEZCLADOR DE FRECUENCIA ............................................................... 48
2.6.1 Descripción matemática: ........................................................................ 48
2.6.2 Clasificación según la ganancia o pérdidas de conversión .................. 49
2.6.3 Clasificación según la estructura utilizada en la implementación, para
mezcladores pasivos. ..................................................................................... 49
2.6.4 Mezclador SYM-63LH+ ........................................................................ 50
2.7 CIRCUITOS OSCILADORES ..................................................................... 50
2.7.1 Oscilador de cristal ............................................................................... 51
2.7.1.1 Oscilador de cristal controlado por horno OCXO .......................... 51
2.7.2 Oscilador AOCJY1 ............................................................................... 52
2.8 FILTROS ..................................................................................................... 52
2.8.1 Características de los filtros ................................................................. 53
2.8.2 Tipos de filtros ...................................................................................... 54
2.8.2.1 Filtro pasa-bajas: ............................................................................. 55
2.8.2.2 Filtro pasa-altas: .............................................................................. 55
2.8.2.3 Filtro pasa-banda: ........................................................................... 56
2.8.2.4 Filtro rechaza-banda: ...................................................................... 57
2.8.3 Filtros microondas ................................................................................ 59
2.8.4 Tecnología Microstrip ........................................................................... 60