Download Comprobación del sistema de transporte de señales de RF/IF por

Comprobación del sistema de transporte
de señales de RF/IF por fibra óptica
para el radiotelescopio de 40 metros
del Observatorio de Yebes.
P. García-Carreño, J.A. López-Pérez, D. Cordobés,
S. García-Álvaro
IT CDT 2016 - 15
Contenido
1. Introducción .................................................................................................................................................. 3
2. Resultados obtenidos. ................................................................................................................................... 4
3. Medidas Realizadas. ...................................................................................................................................... 9
4. Conclusiones. ............................................................................................................................................... 25
ANEXO I. Datasheet Fibra Óptica. .................................................................................................................. 26
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1. Introducción
En el siguiente informe se documentanlos resultados finales de la instalación de un sistema
de fibra óptica monomodo, que permite transportar las señales de los receptores del radiotelescopio
de 40 metros, del Centro Astronómico de Yebes, desde la sala de receptores del radiotelescopio m
hasta la sala de back-ends. Con esta instalación se pretende realizar un cambio en el proceso de
transporte de las señales, puesto que el sistema de fibra óptica presenta una banda de transmisión
más plana y de mayor anchura que los sistemas de cable coaxial convencionales, permitiendo de
esta manera que la señal resultado quede atenuada por igual,en toda su banda, por el sistema de
transporte facilitando posteriormente su procesado, y evitando la fuerte pendiente de la atenuación
con la frecuencia que presentan los cables coaxiales, lo cual implicaría el uso de ecualizadores.
El sistema se compone de un cable de 12 fibras ópticas monomodo, 8 módulos transmisores
(láseres), situados en la cabina de receptores, y 8 módulos receptores (fotodiodos), situados en la
sala de back-ends. Estos módulos disponen de un ancho de banda comprendido entre DC-2GHz, y
sus especificaciones generales se recogen en la tabla 1.
Optical Links TX+RX
Min
Link Length (m)
Typ
0
Fiber Optic
Max
700
Singlemode
Optical connectors
FC-APC
Output Optical Laser Power(dBm)
+3
+4
Receiver optical power allowed
+5
+5
Optical link RF TX+RX Specs
Min
Input / Output RF connectors
Typ
Max
SMA
Input / Output Impedance (Ohm)
50
Input / Output Return loss (dB)
13
Input / Output Link RF Bandwidth (Mhz)
100
RF Link Gain at 1 GHz (dB)
0
Frequency variation of the RF Link Gain(100-2100
Mhz) (dB)
OIP3 (Output IP3) (dBm)
EIN (Equivalent Input Noise) (dBm/Hz)
15
2100
2
4
+/-1
+/-1,5
+30
-135
Tabla 1
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El conexionado de la fibra óptica es el siguiente:
TX
Caja
deconexió
n
Caja
deconexi
ón
F.O.
RX
2. Resultados obtenidos.
Para comprobar la correcta instalación, tanto de la fibra óptica como de los
transmisores y receptores de señal, se procedió a realizar una caracterización empírica
de las propiedades de éstos, de manera que,además de comprobar su funcionamiento,
sus características queden completamente definidas.
En primer lugar se realizó una caracterización de los parámetros S de los
módulos transmisor y receptor en el laboratorio los cuales se muestran en la figura 1.
Figura 1 ParámetrosS
Posteriormente una vez instalados los módulos en el radiotelescopio de 40
metros, se procedió a medir la ganancia introducida por transmisor y receptor. Para
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realizar esta operación, se utilizó un analizador de espectros con generador de tracking
el cual, previa calibración para descontar las pérdidas debidas a cables y transiciones
utilizados en el conexionado para la medida. Para unir transmisores con receptores
ópticos, se utilizó un latiguillo de fibra óptica limpiado correctamente, para librarlo de
impurezas.
Los resultados obtenidos se muestran en la figura 2 donde se observa como la
banda de funcionamiento está comprendida entre DC-2GHz. También se puede
apreciar como las duplas transmisor y receptor tienen ganancias similares, siendo la de
mayor ganancia la primeray la de menor ganancia la séptima.
Figura 2 Ganancia Tx-Rx interconectados con latiguillo de fibra óptica.
Posteriormente se caracterizó el tramo de fibra óptica instalada, de unos 90
metros de longitud. Para ello se realizó un barrido en frecuencias mediante un
sintetizador recorriendo la banda comprendida entre DC y 3 GHz, inyectando una
potencia constante de -20 dBm al transmisor de fibra óptica, situado en la cabina de
receptores, y midiendo la potencia recibida en el receptor óptico, situado en la sala de
back-ends, mediante un analizador de espectros.
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Figura 3 Ganancia Tx-FO-Rx
Puesto que para inyectar la potencia a la entrada y medir la potencia de salida se
necesitan cables coaxiales, que provocarán una atenuación de la señal, es necesario
medir estas pérdidas para descontarlas posteriormente de las medidas.
Figura4 Pérdidas asociadas a cables coaxiales utilizados en las medidas.
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En la figura 5 se muestra el banco de medidas utilizado.
Figura 5 Banco de medidas empleado
Descontando la potencia introducida y las pérdidas existentes, mediante una
interpolación con splines, se pueden derivar las pérdidas debidas a la fibra óptica.
Hay que destacar que existen 12 fibras pero solo 8 transmisores y receptores, por
los que las fibras 9, 10, 11 y 12 se midieron con el transmisor y receptor número 8.
Así, los resultados obtenidos del estudio fueron los siguientes.
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Figura6 Pérdidas de inserción de la fibra óptica.
En el siguiente apartado, se mostrará el conjunto de todas las medidas realizadas
de forma individual y de forma más detallada.
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3. Medidas Realizadas.
Figura7 Tx-Rx1
Figura8Pérdidas cables coaxiales
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Figura 9 Ganancia TX-FO-RX 1
Figura10Ganancia FO 1
10
Figura11Ganancia TX-RX 2
Figura 12 Ganancia Tx-FO-Rx 2
11
Figura13Ganancia FO 2
Figura14GananciaTx-Rx 3
12
Figura 15 Ganancia Tx-FO-Rx 3
Figura16Ganancia FO3
13
Figura17GananciaTx-Rx 4
Figura 18 Ganancia Tx-FO-Rx 4
14
Figura19Ganancia FO 4
Figura20GananciaTx-Rx 5
15
Figura21Ganancia FO 5
Figura22GananciaTx-Rx 6
16
Figura 23 Ganancia Tx-FO-Rx 6
Figura24Ganancia FO 6
17
Figura 25 Ganancia Tx-FO-Rx 7
Figura26GananciaTx-Rx 7
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Figura27Ganancia FO 7
Figura28GananciaTx-Rx 8
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Figura 29 Ganancia Tx-FO-Rx 8
Figura 30 Ganancia FO8
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Puesto que únicamente existen 8 transmisores y receptores, a partir de este
momento las fibras ópticas restantes fueron medidas utilizando el transmisor y receptor
8.
Figura 31 Ganancia Tx-FO-Rx 9
Figura32Ganancia FO 9
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Figura 33 Ganancia Tx-FO-Rx 10
Figura34Ganancia FO 10
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Figura 35 Ganancia Tx-FO-Rx 11
Figura36Ganancia FO 11
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Figura 37 Ganancia Tx-FO-Rx 12
Figura 38 Ganancia FO12
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4. Conclusiones.
En el informe desarrollado se muestran los resultados obtenidos tras realizar unas
medidas de comprobación, para asegurar el correcto funcionamiento del sistema de fibra
óptica instalado para el transporte de la señal de RF/IF delos receptoresdel
radiotelescopio de 40 metros.
Se puede apreciar como el conjunto transmisor, receptor, y fibra óptica no presentan una
atenuación de la señal en la mayoría de los canales, incluso llegan a tener ganancia,
debido a los efectos de amplificación del conjunto Tx-Rx, mientras que los canales que
presentan pérdidas no son superiores a los 3 dB.
Si se descuentala ganancia del conjunto transmisor y receptor, se puede ver como las
pérdidas asociadas a la fibra óptica oscilan entre un mínimo de 3 dB y un máximo de 6
dB. Esto puede ser debido a la pérdidas de la propia fibra, si bienpor tratarse de fibra
monomodo éstas deberían ser muy pequeñas, y a otros efectos como pérdidas por
conectores (0.2 dB por cada conector, aproximadamente), suciedad en éstos e
imperfecciones en los empalmes/fusionados, que afectan de forma más importante
provocando dichas pérdidas.
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ANEXO I.Datasheet Fibra Óptica.
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