Olá !
Estou projetando um detector de RF para a Banda de UHF e Banda L, partindo de 300MHz até 2.5GHz e planejo postar aqui os resultados da pesquisa que estou fazendo bem como o circuito do detector com a respectiva placa de circuito impresso que montarei.
Pode ser observado pela abrangência do espetro escolhido que inclui a faixa de UHF da TV Digital, Telefonia Celular e a Banda L que cobre toda faixa de FI usada em microondas incluindo a FI do sistema LNBF e Receptor /Decodificador de sinal de satélite (meu interesse maior) e as freqüências utilizadas pelas transmissões conhecidos genericamente por Wirelles . Portando acredito ser este assunto do interesse de muitos aqui no LDG.
Pretendo passar um pouco dos conhecimentos que tenho nesta área e adquirir novos com os colegas que por aqui passarem e deixarem seus estímulos ou um pouco dos seus conhecimentos. Sendo assim estamos aqui para fazer e responder perguntas. Não se deixe intimidar nem pelo muito e nem pelo pouco conhecimento que pode ter sobre este assunto, participe !
Há um longo caminho entre o primeiro detector Galena ( a gente nunca esquece).
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E um atual Amplificador Detector Log. amostrando em DC uma portadora modulada com sinal digital, espero encontrar aqui parceiros para trilhar juntos.
Fontes:
Radio e Televisão, Jack Gould (Foto 1)
Leitura preliminar e para saber mais:
Measurement and Control of RF Power (Part I)
By Eamon Nash
Applications Engineer, Analog Devices, Inc.Analog , Aqui
RF Reader
Signal Chain Noise Analysis for RF-to-Digital Receivers
By Cheng-Wei Pei
AN 439 , Linear.com
Até amanhã.
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Olá Joe.
Sobre software para projeto em stripline, só usei o Agilent ADS. Não conheço software free. Mas tem uma alternativa caso queira testar: existe um software chamado Microwave Office (que é muito parecido com o ADS), desenvolvido pela AWR (awrcorp.com), que é a empresa de um dos criadores do ADS que saiu da Agilent e abriu sua própria empresa. Eu nunca usei, mas dizem que é um ótimo software, também custa caro, mas você pode pedir uma versão trial full que dá para testar os projetos que precisa em microfita.
Abraços.
Olá Francisco !
Agradeço a indicação do software, estive visitando o site da AWR e pedi uma licença para versão demo do Microwave Office, até agora não fui antendido, mas valeu a pena vi o iFilter que na certa resolve meu problema de projeto de filtros impressos e baixei o TX Line (Free) util para projetos de acoplamentos e linhas de transmissão em microstripline e stripline. Ja para o projeto de divisores de potência (splitters) encontrei no site http://www.microwaves101.com/
Que possui uma planilha (Link)
que resolve meu problema, vou utilizar o divisor para extrair uma amostra de RF da antena para o detector de RF.
O filtro seria para estreitar a banda diminuindo a potência do ruído em relação ao sinal.
Já recebi todos os componentes postei ai a foto para uma avaliação das dimensões, estou concluindo as placas e logo partirei para a confecção das placas, mas me preocupo com a solda dos componentes, ferro de solda esta fora de questão estou analisando a utilização de forno e ar quente.
Vou postar aqui o que acreditar ser a melhor solução para a tentativa.
Abraços
Olá Renato !
Ninguém é tão ignorante que não tenha nada para ensinar e nem tão expert que não tenha nada para aprender.
Eu agradeço a oportunidade que vc me dá para falar sobre um assunto que gosto muito.
O conceito de detectar um obstáculo através de ondas,é valido para qualquer tipo de onda seja sonora de luz ou RF, pois todas apresentam o fenomeno da relfexão, no caso de usar RF a técnica é o Radar, foi inventado durante a II guerra para uso militar.
Para o calculo da distância é tomada a velocidade que é constante. é trarnsmitido um pulso de RF e medido o tempo que ele demora para voltar, a distância sera diretamente proporcional ao tempo do retorno deste pulso.
Em embarcações a antena do radar é um bastão cilidrico montado na horizontal que fica girando, auxilia na navegação principalmente durante nevoeiros e a noite.
Nos aviões evita choques com outras aeronaves além de medir a distãncia do avião ao solo (radioaltimetro).
O radar é composto por 4 elementos básicos
1- O oscilador de RF
2- A antena
3- O detector de RF
4- Um contador de tempo.
Há mais de 15 anos atrás montei um radar por meio de um kit que adquiri na Ramsey e que posteriormente teve o esquema pulicado na POPULAR ELETRONICS:
A titulo de ilustrar os componentes principais vou expo-los aqui pois funciona muito bem, a despeito de sua simplicidade.
A antena
O contador
Nos dias atuais este contador pode ser implementado em um microcontrolador PIC reduzinto tudo e aumentando a precisão/resolução. Este radar é para medir velocidade, mas nada impede que seja modificado para medir distância seguindo o princípio do sonar, conforme vc comentou.
E ai Renato. Se vc quiser se aprofundar no assunto e talvez até montar um ou fazer um upgrade neste, abra um tópico aqui neste grupo intitulado RADAR ou detetando distâncias por RF....fica a idéia. Eu me proponho a ajudar no que eu puder.
Abraços
Joé
Olá Renato !
Vc captou a mensagem ! É isso ai, o que importa é a essência, a tecnologia é como a moda, ela passa ! As ondas eletrômagnéticas assim como nosso cerebro são analógicos.
Estou concluindo meu estudo sobre detectores de RF com diodos, logo estarei postando aqui.
Abraços
Detector Diferencial de RF
Diodos detectores apresentam uma tensão DC de saída diretamente proporcional ao nível de potência de RF na entrada, a tensão pode ser prevista através do rearranjo da equação:
Equação 1
Onde:
P - Potência de RF em Watts
Vpap – Tensão pico a pico do sinal de RF em Volts
Z0 – Impedância característica em Ohms
Figura 1
Com o objetivo de detectar níveis de RF entre -45dBm (31.6nW) à -30dBm (1µW), deve ser levado em conta o fato de que diodos operando com sinais abaixo de -20dBm não seguem a lei da linearidade.
Nesta condição os diodos seguem a Lei do Quadrado (Square Law) que é uma função exponencial da tensão de saída Vo em relação a potência de entrada (P). A tensão de saída do detector deve ser estimada com base na equação . Referência [3]
Equação 2
Onde:
Vo = tensão DC de saída
K – Constante de proporcionalidade
Glen Leinweber, referência [4] sugere dividir a curva de resposta do diodo detector em tres regiões conforme o nível de potência aplicado:
Linear acima de 20 dBm.
Transição -20 dBm a 20 dBm
Lei do quadrado abaixo de -20 dBm.
Além desta proposição sugere um limite inferior prático para este tipo de detector de -60 dBm (223,6 µV em 50 Ω)
Neste projeto considero somente a operação na região de -30 dBm, região em vermelho no gráfico abaixo.
Figura 2
Estimativa da tensão de saída, baseado na AN 986, da HP referência [3], para o diodo 5082-2824 em 2 GHz, polarizado com uma corrente de 20uA, por analogia podemos esperar algo um pouco melhor com o diodo HSMS2825, que basicamente tem menor capacitância. E o gráfico da tensão estimada de saída do HSMS 282B em 850 MHz, polarizado com uma corrente de 3 uA conforme referência [1]
Figura 3
Conforme referência [3] , pode assumir valores entre 0.8 e 2 , O valor de
(Detection Law) depende da capacitância do diodo da freqüência e resistência da carga do detector.
Figura 4
Conforme orientação contida na referencia [1] , uma maneira de anular a variação da tensão de saída com variação da temperatura, é utilizar um amplificador diferencial conforme figura.
Figura 5
O fato dos diodos serem praticamente idênticos torna o cancelamento da variação térmica efetivo, desde que mantido a mesma corrente DC de polarização (Bias) nos dois diodos, o cancelamento ocorre na subtração que acontece entre VF na entrada + e VF da entrada – do amplificador diferencial, esta variação não pode ser desprezada no projeto conforme pode ser observado na curva IfxVf .Já a variação de Rd x If acarretara em erros de linearidade, ai a correção já é um pouco mais complexa, porém pode ser feita através do uso de microcontroladores.
O circuito
Serão duas topologias analisadas a primeira com compensação térmica e a segunda sem, porém com maior sensitividade.
Escala de operação em vermelho:
Em acordo com estes dados foi projetado o seguinte :
São utilizados os dois diodos que fazem parte do package SOT 143, D2 Retificando o sinal de RF e D1 fornecendo a tensão do ruído térmico proporcional a temperatura e conectado a entrada + do amplificador diferencial. D1 e D2 estão polarizados com uma corrente de aproximadamente 20 uA através de R1/R3
O Amplificador diferencial utilizado é o AD 620, escolhido pela sua excelente relação custo benefício e facilidade de ser encontrado. As características técnicas determinantes são: Baixo ruído, baixo drift, alta precisão e o ganho (G) pode ser “programado” apenas com um resistor (R6) que neste caso esta calculado para um ganho aproximado de 200, para proporcionar uma tensão (Vo) de fundo de escala de 4V, quando o detector estiver sob uma potência de -30dBm. Caso seja necessário um ganho 1 basta omitir R6.
Equação 3
Onde:
K = x1000
G = Ganho
Com este circuito ai na “ bancada” espero obter uma variação de tensão (VO) entre 0.4V e 4 V, dentro da escala de -45dBm a -30dBm, na Banda L, e uma boa estabilidade com relação a variação de temperatura. Usei fonte simétrica por conveniência pois já tenho uma disponível no sistema onde este circuito será parte se houver interesse em usar este circuito com fonte simples sugiro o leitor dar uma olhada na refêrencia [2].
Figura 7
Nesta segunda concepção não há a compensação de temperatura, porém a sensitividade é o dobro da topologia anterior,o sinal de RF tem o semi ciclo positivo e negativo retificados por D1 e D2, foi incluído um ajuste de tensão de offset para ”zerar” o detector quando necessário. O valor de R6 foi dobrado afim de reduzir o ganho para manter o FS (fundo de escala) em 4 Volts. O fato de estarem dois diodos conectados na entrada de RF não altera o desempenho do circuito, observando a curva de Rd X IF,posso prever uma resistência de entrada maior do que 50K.
Certamente será a opção preferida pelos radioastronomos amadores. No caso deste ser utilizado como sensor em um nanowattímetro microcontrolado, a correção térmica e correção de linearidade poderá ser feita através de uma equação de ajuste ou tabela armazenada no firmware. Meu objetivo com este circuito é testar o limite da detecção com esta técnica.
Figura 8
Referências:
[1] Angilent Technologies.
Suface Mont RF Schottky Barrier Diodes, Technical Data
[2] Denton Bramwell, K7OWJ.
The Microwatter, june 1997, QST Magazine. Reprint ARRL Handbook 2003
[3] Hewllet Packard.
Square Law and Linear Detection, Application Note 986
[4] Glen Leinweber
Radio Astronomy Supplies Ap.6, Square Law Diode Detectors in 50 ohm Systems.
Olá Renato !
O componente mais caro ai é o AD 620 AN tem na Farnell. mais dá para implementa-lo com o LM 324,Mais em conta, e com resistores comums, vou postar aqui a versão com o LM 324, estou desenhando o impresso assim que terminar posto aqui, não vai sair mais do que R$ 40,00,montado, o diodo de microondas HSMS 2825 custa menos de U$ 1,00.
abraços
Ola Amigos !
Enfim após uma longa pausa consegui concluir o meu projeto do detector de rf, e definir o melhor condicionador de sinal DC para a minha aplicação. O amplificador escolhido foi o AD 620 da Analog Devices.
Eestou satisfeito, contente que só gordinho em sorveteria.
As medidas foram feitas com base nas antenas ai da foto, instaladas no teto da minha GARAGEM.
A da esquerda é de 3.2 m de diametro a da direita é rastreavel e tem 1.5 m de diametro o sinal de teste é do satélite C2 da STARONE.
O sinal que esta mostrado é o do LNBF para Banda C e KU da Zinwell
O Espectro do sinal dos Transponderes do C2 é este daí :
A tensão obtida entre as entradas + e - do AmpOP AD 620 esta ai :
Usei um bargrafh LM3914 e ajustei o fundo de escala no maximo de sinal e o zero no ruído, antena totalmente desapontada.
Usei um divisor ativo com ganho de 20 dB. Para entrar com o sinal no analizador de espectro e no detector de RF ao mesmo tempo.
Placa:
Como alterações de ultima hora , foi adcionado o trimpot para ajuste do zero que mostrou-se necessário devido a mudança do nível de sinal quando o sinal de entrada foi trocado de antena.
Meu objetivo em publicar aqui este trabalho foi o de proporcionar aos novatos um método e aos experientes um ponto de partida quando necessitarem de algo como este.
O atraso no projeto deste circuito foi devido a problemas surgidos nas outras partes que compõe este equipamento como um todo, principalmente na mecânica de precisão, ai em Sampa não é facil imaginem aqui na terra do Boi !!!
Abrços a todos
Olá !
Estou trabalhando em um filtro para a entrada do detector de RF, a principio meu interesse esta na faixa destacada na foto, trata-se de uma faixa de frequencia reservada pelo ITU, e destinada para radioastronomia por estar ai a frequência de ressonância do atomo de hidrogênio o elemento mais comum do universo e a mais provavel frequência a ser utilizada para a comunicação entre civilizações extraterresteres que tenham a agua como a base da vida.
Inspirado em artigos da SETI projetei e contrui este filtro
O qual apresentou esta curva de resposta:
Embora não seja este meu objetivo o filtro esta centrado em 1600 MHZ, acredito que a diferença na sintonia esta ligada ao material da placa utilizada é uma FR4, a qual eu não tenho certeza quanto aos parametros construrivos. Vou fazer os ajustes necessários e montar um novo filtro.
Usei dois amplificadores MAR-3 para compensar as perdas os quais de quebra forneceram um ganho acima de 10 dBs
abraços
Oi Joe Nova.
Vi seu projeto,o qual revela que você é um técnico de grande capacitação.
Há alguns meses,tenho estudado sobre os diodos schotkys (agilent,LT) e sobre a possibilidade de construir detectores passivos de RF.
Além de detecção passiva,estudei (teoricamente) a possibilidade de contruir um detector passivo (3D).
Teoria:(Isso se for provável que o angulo de captação poderá ter sinal com potencia diferenciada).
1)metodo A
-Pensei em uma malha de diodos schotkkys associados a Amp Ops.
-Os sinais da malha poderia ser multiplexados
2)metodo B
-Faria uma rede paralela de diodos schotkys.(orientada verticalmente) com centenas de elementos formando um meio circulo.
-Esse circulo,seria associado a encoder (0,05Gº de resolução).
-Enquanto gira em torno do eixo,os sinais são lidos (individualmente nos diodos) e os picos são a indicação da direção do emissor de RF.O angulo é informado ao filtrar o pico do sinal.
(Com 2 dispositivos destes,seria possivel informar em tempo real a posição do emissor em 3D)
Ja tenho um programa com formulas matemáticas que usa a lei dos senos e que informa a posição do emissor.
Olá Almir
Agradeço o reconhecimento ao trabalho que venho fazendo nesta area.
Interessante seu projeto, pelo que entendi vc quer detectar o angulo de polarização da onda eletromagnética.
Acredito que neste caso cada diodo deva ser conectado a um dipolo sintonizado na frequencia da onda.
Um metodo C poderia ser um par de dipolos e diodos detectores, montados ortogonais, um conjunto polarizado verticalmente e outro horizontalmente, girando em elevação e azimute ao mesmo tempo.
e dois encoders de 0.05G°, um em cada eixo. Qual frequencia pretende trabalhar e nivel de potencia do transmissor ?
Trabalhei com o detector linear como demonstrei ai nos posts, tive bons resultados, no momento estou trabalhando com o log, AD 8313.pois a leitura deve ser feita por um operador humano, o linear funciona melhor para controles autonomos.
Estou trabalhando tb com coordenadas em 3D, transformações e rotações.estou tendo dificuldades pois minha especialidade não é matemática.
Meu propósito é apontamento automático de antenas direcionais a partir de plataformas em movimento.
Existem antenas que funcionan baseado em arrays de dipolos já vi em banda KU e X ,acredito que existam para banda KA tb. Quanto maior a frequencia menor o dipolo !
Abços
Joe Nova
Boa noite amigos,
Li toda a discussão e parabéns pelos trabalhos e pelos conceitos muito bem explicitados;
Tenho um desafio, fazer o projeto da disciplina de controle 2, minha ideia é fazer uma antena adaptativa que busca o melhor sinal de wifi e posiciona antena, através de um servo motor na posição de maior nível de sinal. Semelhante a este video:
https://www.youtube.com/watch?v=aqyjLc7buX4
Pelo que vi nas primeiras explicações existe um detector de RF, que eu acredito que se aplicaria muito bem, o que vocês acham?
Devo usar aquele componente da Linear ou um AD389, quero simplificar ao máximo o problema, sugestões
Obrigado
Eu vou usar um ARM Cortex m4, com AD 12bits e fpu.
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