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

    Belépés
    címtáras azonosítással

    vissza a tantárgylistához   nyomtatható verzió    

    Integrált rádiók a vezeték-nélküli távközlésben

    A tantárgy angol neve: Integrated Radios in Wireless Telecommunications

    Adatlap utolsó módosítása: 2009. október 30.

    Tantárgy lejárati dátuma: 2012. július 2.

    Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
    Villamosmérnöki és Informatikai Kar

    Villamosmérnöki Szak

    Mérnök Informatika Szak

    Szabadon választható tárgy

    Tantárgykód Szemeszter Követelmények Kredit Tantárgyfélév
    VIHVJV13   4/0/0/v 4  
    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 rendek grafikus formában itt láthatók.

    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 óra56
    Félévközi készülés órákra10
    Felkészülés zárthelyire10
    Házi feladat elkészítése10
    Kijelölt írásos tananyag elsajátítása0
    Vizsgafelkészülés34
    Összesen120
    15. A tantárgy tematikáját kidolgozta

    Név:

    Beosztás:

    Tanszék, Int.:

    Dr. Zólomy Attila

    Egyetemi docens


    HVT, BME

    Dr. Berceli Tibor

    Egyetemi professzor

    HVT, BME