Orientadores: Evandro Conforti, Aldario Chrestiani Bordonalli / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-07-23T18:01:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DomingosNeto_Adriano_M.pdf: 2092161 bytes, checksum: 2391c136c8cc8f682ef43ba978dd7571 (MD5) Previous issue date: 1998 / Resumo: Nesta tese, no primeiro experimento, foi obtido o sinal de batimento a partir dos sinais ópticos de dois lasers de cavidade externa (um sintonizável e outro não sintonizável) misturados no fotodetetor. O laser 2 gera um sinal óptico de ?2 = 1,5416 µm enquanto que o laser 1 gera um sinal óptico de ?1 = 1,5496 µm. Para prevenir reflexões do sinal óptico ao laser são colocados isoladores ópticos. O comprimento de onda ?1 foi controlado através do controle de temperatura da cavidade externa do laser 1. A sintonia de ?2 foi realizada mecanicamente. Os dois sinais sofrem ajuste do estado de polarização (SOP) através dos polarizadores 1 e 2 colocados nos percursos dos dois sinais. Devido a menor pureza espectral do sinal do laser 1, o seu sinal passa pelo filtro óptico antes que os dois sinais (k\ e X2) sejam juntados peio acoplador direcional. Os sinais saídos do acoplador direciona! são misturados e detectados pelo fotodetetor cujo sinal de saída na freqüência de diferença (sinal de batimento), ¿ ¿ 1,28 GHz, é apresentado no analisador de espectro. Em outra saída, antes do fotodetetor, o sinal óptico pode ser conectado ao analisador de espectro óptico. Maior resolução da aproximação entre os espectros dos dois sinais ópticos, é conseguida usando o interferômetro Fabry-Perot. Na segunda parte desta tese comprovam-se, experimentalmente, as propriedades não lineares do amplificador óptico semicondutor (SOA) que, além de proporcionar amplificação para os sinais que se propagam pela fibra (> 10 dB), produz, devido a suas características não-lineares, a mistura de duas portadoras ópticas, distantes de 8 nm. O laser 1 do transmissor óptico (TO) foi diretamente modulado com um sinal de modulação na freqüência ¿TO = 250 MHz. Ao laser 2 do oscilador local (LO) foi imposta a modulação externa através do modulador Mach-Zehnder (MZ) na freqüência de modulação ¿LO = 400 MHz. O sinal, com as freqüências de modulação e componentes de intermodulação resultantes dessas freqüências (fw = 400 MHz, ¿ro = 250 MHz, ¿iF = ¿w - ¿ro = 150 MHz, ¿s = ¿w + ¿ro = 650 MHz, ¿s = ¿r - ¿iF = 500 MHz), é detectado na saída pelo fotodetetor e apresentado no analisador de espectro elétrico. Alternativamente o sinal de saída do SOA pode ser conectado ao analisador de espectro óptico antes de conectar o sinal óptico ao fotodetetor. Na seqüência, comprovam-se, experimentalmente, a mistura de duas portadoras ópticas, distantes de 8 nm e moduladas em ¿ro = VOO MHz e ¿w = 1 GHz. Após filtragem de uma das portadoras e detecção, o sinal detectado apresenta as freqüências ¿w = 1 GHz, fro = 700 MHz, ¿iF = ¿w - ¿TO = 300MHz, ¿s = ¿w+ ¿m= U GHz, f5 = & - ¿iF = 1,4 GHz. Note-se que a freqüência de /, = 1,7 GHz efs = 1,4 GHz encontram-se na faixa de microonda, o que prova ser possível a geração de sinais de microonda empregando amplificadores ópticos semicondutores. Nos dois experimentos os resultados obtidos concordam com a previsão teórica / Abstract: Recently, the development of techniques that allow optical transmission and generation of microwave and millimetre-wave signals have received significant attention, mainly due to the fact that considerably low-noise optical wavelenght-division multiplexed systems are available to transmit large amounts of data throughout many points interconnected by optical fibre before antenna radiation, improving overall system noise figure. Many techniques for transmission and reception in these systems require complex and costly schemes to achieve reasonable performance. In this work, a technique for microwave and, potentially, millimetre-wave generation, using commercially available devices, is proposed. Basically, a simple coherent-type system uses the cross-gain saturation property of semiconductor optical amplifiers to mix the fundamental and harmonic frequencies of a modulated local oscillator laser signal with those of an also modulated incoming optical carrier. By carefully choosing the optical signal modulation frequencies, components at the sum and difference frequencies can be observed within the microwave bandwidth after photodetection. This work demonstrates experimentally that the semiconductor optical amplifier cross-gain property can be used in the mixing of two 8-nm spaced modulated optical carriers. In a first experiment, the mixing property was investigated for one and two optical amplifiers. It was observed a superior performance for the two-amplifier set-up, since the detected sum and difference components, at 650 and 150 MHz, respectively, had a 20 dB power level gain in relation to the one amplifier application. The experiment was then repeated with different optical signal modulation frequencies and resulted in 1,7 GHz and 300 MHz for the sum and difference frequencies, respectively, despite the low power level for these components, mainly due to technical limitations / Mestrado / Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador : Evandro Conforti / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-07-28T20:05:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Mattarredona_EdgarAntonioCosta_M.pdf: 1277176 bytes, checksum: 86ae5ea6da667f07e5225456194a3d3e (MD5) Previous issue date: 2001 / Mestrado

Orientador : Jaime Szajner / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica / Made available in DSpace on 2018-07-18T08:55:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Fontes_IvoReis_M.pdf: 5616120 bytes, checksum: c194c8d7d82860311abf979055cf7bf1 (MD5) Previous issue date: 1993 / Resumo: Encontra-se em desenvolvimento no Laboratório de Engenharia de Computação e Automação Industrial (LCA) um protótipo de veículo elétrico autoguiado (AGV) com controle através de computador. Os AGVs encontram diversas aplicações dentro do ambiente industrial automatizado, pela possibilidade que os mesmos oferecem em receber controle de um computador supervisor, através de sistemas de comunicações, a fun de realizar a várias tarefas envolvidas no processo produtivo. Sua aplicação também pode ser extendida a ambientes agressivose de alto risco para o homem, como é o caso em mineração ou em laboratórios onde se manipula substâncias tóxicas. Por se tratar de um desenvolvimento complexo, o projeto de um AGV integra o conhecimento de várias áreas da Engenharia, daí a sua interdisciplinaridade. O projeto do AGV em desenvolvimento incorpora um sistema de tração e um sistema de direção controlados por computador, que por sua vez se u~ de um sistema de aquisição de dados e uma unidade sensora de posição, de forma que o veículo possa seguir uma rota pré-estabelecida constitui da de uma fita refletiva fixa no solo. Este trabalho aborda a fundamentação teórica do controle de velocidade de motores a serem empregados neste tipo de veículo, bem como em outros acionamentos industriais e tem como finalidade principal estabelecer uma metodologia adequada para o controle de velocidade dos motores de acionamento dos sistemas de tração e direção do AGV, através de um microcomputador / Abstract: Presently is in development at the Laboratory of Computational Engineering and Industrial Automation (LCA) a prototype of automated electric vehicle (AGV) controlled through computer. The AGVs find several applications at the automated industrial environment by the possibilities that it offers to receive control from a supervisor computer through communications systems with the aim to do several tasks at the productive processo Its application can be extended to hazardous environment which presents high life risks to the men, case of milling and laboratories where toxic substances are handled. It is a complex development task, since the project of a AGV involves several branches of knowledgment of Engineering and such fact leads to a very high degree of interdisciplinarity. This project incorporates a traction and a steering system controlled by computer which uses a data acquisition system and a position sensor unity in such way that the vehicle is able to follow a reflective path assembled at the ground of the plant. This work shows the theoretic basis for electric drives usually used in this type of vehicle as well in others industrial drives and the maio objective is to investigate a suited methodology for computer control of the velocity for the electrical drives to be used in this AGV / Mestrado / Automação / Mestre em Engenharia Elétrica

[pt] Neste trabalho são estudados os moduladores delta desenvolvido a partir do conhecimento estatístico disponível sobre o sinal a ser transmitido. Estes moduladores são aqui chamados estruturados. Após uma rápida introdução à modulação delta, são descritos alguns sistemas mais conhecidos. Os sistemas estruturados são então formalmente caracterizados e uma análise teórica é desenvolvida, sendo apontadas as dificuldades analíticas envolvidas. A partir de uma configuração básica proposta por C.L. Song, são desenvolvidas equações gerais diferentes das por ele obtidas. A particularização destas equações para sinais Gauss Markov de primeira Ordem dá origem ao chamado sistema Song modificado. Resultados obtidos a partir da simulação digital do sistema de song, do sistema de Song modificado, e do sistema delta simples, são apresentados. Um processo adaptativo para aumentar a faixa dinâmica é proposto com base nos resultados de simulação. / [en] This work examines delta modulation systems in which statistical knowledge about the signal to be tranmitted is explicitly used in sistem design. These modulators are called here structured delta modulators. After a brief introduction to delta modulation some well-known systems are described. Structured systems are then formally defined and analytical difficulties in finding general solutions are pointed out. Starting from a system proposed by C.L. Song, general equations are derived. These equations, which are more complete than the ones obtained by Song are then specialized to first-order Gauss-Maarkov signals, leading to what has been called a modified Song modulators. Digital simulations results are then obtained for song modulators, modified Song modulators and linear delta modulators. An adptive producedure is finally suggested to improve the dynamic range of these systems.

Esta tese apresenta um estudo teórico da aplicação de moduladores eletroópticos em enlaces analógicos a fibra óptica, empregando a técnica de modulação de intensidade e detecção direta. A modulação de intensidade é obtida através do modulador eletroóptico de tipo Mach-Zehnder, sendo o enlace empregado para a transmissão de sinais de RF. Foram abordados inicialmente os fundamentos da propagação de onda em meios anisotrópicos e do efeito eletroóptico, necessários ao entendimento do processo de modulação eletroóptica. Os moduladores de fase de parâmetros concentrados e de parâmetros distribuídos foram apresentados. Abordou-se também o modulador eletroóptico tipo Mach-Zehnder, onde expressões que descrevem as componentes espectrais do campo elétrico do sinal óptico de saída do modulador, bem como da intensidade óptica, foram deduzidas com base nas tensões de polarização aplicadas aos eletrodos do modulador, além da amplitude e defasagem entre os sinais de RF modulante. Dois casos particulares de modulação foram estudados: a modulação em banda lateral dupla e a modulação em banda lateral única. O desempenho do enlace foi analisado em função do ganho de potência, da figura de ruído e da faixa dinâmica, sendo estes parâmetros estimados com base nas características individuais dos diversos componentes que constituem o enlace, em condições de operação típicas. Os efeitos que a dispersão ocorrida no enlace produzem no sinal de RF de saída foram abordados para os dois tipos de modulação de intensidade analisados. Aplicações desta técnica de transmissão de sinais de RF foram apresentadas como forma de ressaltar o potencial de emprego deste sistema em situações em que as linhas de transmissão convencionais não atendem aos requisitos de desempenho impostos. Finalmente foram apresentadas as conclusões obtidas ao longo do desenvolvimento desta tese, bem como algumas sugestões de continuidade dos trabalhos nesta linha de pesquisa.

A distorção em moduladores eletroópticos integrados, amplamente utilizados em enlaces ópticos, é analisada em termos da faixa dinâmica livre de distorção (Spurious Free Dynamic Range-SFDR), especialmente a causada pela intermodulação de terceira ordem. As características de transmissão de vários tipos de moduladores eletroópticos integrados são apresentadas por meio de modelagens adequadas para uma análise comparativa de suas SFDR. Os seguintes tipos de moduladores são estudados: modulador com cavidade em anel (Ring Resonator Modulator - RRM), modulador Mach-Zehnder com cavidade em anel (Ring Resonator Assisted Mach-Zehnder Modulator - RAMZ), modulador com acoplador direcional, modulador com junção "Y" e o modulador Mach-Zehnder (MZM). Para cada modulador, calculam-se as distorções por intermodulações, especialmente as de terceira ordem, as distorções harmônicas, bem como a composição espectral do sinal na saída de cada modulador. Em outras palavras, os parâmetros ópticos, eletrônicos e geométricos, de cada modulador, são selecionados de forma a evidenciar as não-linearidades de suas características de transmissão. Por exemplo, a análise desenvolvida revela que no caso dos moduladores como o acoplador direcional e junção "Y", uma seleção adequada do comprimento de interação e do espaçamento entre os guias de onda, em combinação com a escolha adequada da voltagem de polarização propicia SFDR da ordem de 126.7dB - Hz4/5 e 125.6dB - Hz4/5 , respectivamente. Com respeito aos moduladores com cavidade em anel e Mach-Zehnder e com cavidade em anel, selecionando-se o coeficiente de acoplamento entre o guia de onda óptico e a cavidade e a voltagem de polarização, obtém-se SFDR da ordem de 126.3dB - Hz4/5 e 128dB - Hz4/5 , respectivamente. Uma vez que a faixa dinâmica do MZM operando em quadratura é igual a 108.6dB - Hz2/3, conclui-se que alguns dos moduladores eletroópticos analisados proporcionam SFDR com 17 dB a 19.4 dB superior à do MZM.

Esta dissertação apresenta um estudo e caracterização da transmissão de sinais analógicos de radiofrequência por meio de fibras ópticas empregando dois tipos de modulação: direta e externa. Na análise desenvolvida para modulação direta é considerado um diodo laser DFB como fonte de modulação, enquanto que para enlaces envolvendo modulação externa, considera-se um modelo composto por um modulador eletro-óptico de tipo Mach-Zehnder com substrato de LiNbO3. Em ambos os casos se aplica a técnica de modulação de intensidade e detecção direta. Fundamentos básicos acerca dos dispositivos ópticos empregados e modulação eletro-óptica são abordados nos capítulos iniciais para conceituação básica sobre o assunto. Em seguida é considerado um estudo analítico dos parâmetros essenciais para caracterização de enlaces ópticos analógicos, os quais compreendem ganho de potência, figura de ruído e faixa dinâmica. Na modelagem das figuras de mérito são considerados parâmetros intrínsecos de elementos do sistema, de forma a permitir uma observação direta de sua influência no comportamento funcional de um enlace. Testes experimentais envolvendo diferentes arquiteturas de enlaces com modulação externa são realizados para verificação e validação do modelo teórico apresentado. Para a aplicação de sinais analógicos de RF com freqüências próximas a 1 GHz foi obtido um valor de faixa dinâmica livre de distorções de 103,6 dB.Hz2/3, para uma potência óptica de 19 mW. Valores de ganho de potência da ordem de -33 dB até +20 dB foram alcançados para as diferentes configurações de enlaces apresentados. A figura de ruído medida para os enlaces variou de 46 dB a 5,8 dB. Em todas as medidas o modulador foi ajustado para operação na região de quadratura.

Na tese apresenta-se a aplicação da Abordagem de Domínio Espectral para o estudo de moduladores eletroópticos integrados com substratos estratificados. As configurações dos moduladores utilizam estruturas de microondas do tipo ondas caminhantes, com seção transversal limitada por paredes condutoras. Os substratos são constituídos por material eletroóptico e camadas dielétricas isotrópicas. A rede de eletrodos planos, utilizada para configurar o campo de modulação, é posicionada em uma interface apropriada do substrato estratificado, e os guias ópticos do tipo canal, estão localizados na camada eletroóptica. A modelagem da interação eletroóptica, para um modulador faixa larga, deve levar em consideração as características de propagação do sinal óptico e do campo elétrico de modulação. Para os guias ópticos obtém-se uma representação análitica para o campo óptico, aplicando-se hipóteses simplificadoras. Por outro lado, o estudo do campo elétrico de modulação, levando-se em consideração os efeitos de dielétricos em multicamadas, da rede de eletrodos com assimetria geométrica e da blindagem elétrica, é realizado através do método de Abordagem de Domínio Espectral. A formulação desenvolvida é aplicada para moduladores com substratos cujos eixos cristalinos são orientados arbitrariamente em relação aos geométricos. Contudo, ênfase especial especial é dedicada aos moduladores que utilizam CPS e CPW com substratos de LiNbO3 ou LiTaO3, com cortes -Z ou -X e buffer-layer de SiO2, por apresentarem grande importância prática. Para moduladores com multi eletrodos, que utilizam um modo de propagação dominante quase-TEM, é apresentado um modelo fundamentado na representação do sinal de modulação através de uma linha de transmissão equivalente. Leva-se em consideração os efeitos do descasamento entre as velocidades dos sinais óptico e de modulação, e os coeficientes de reflexão nas estremidades dos eletrodos. A largura de faixa e a tensão de meia-onda de moduladores são discutidas em detalhes para diversas configurações de interesse prático.

Apresenta-se um estudo sobre o uso de técnicas de processamento digital de sinais para analisar circuitos ópticos interferométricos de tipo Sagnac e Mach-Zehnder. Os circuitos ópticos investigados utilizam um modulador de fase óptica em um dos seus braços interferométricos o qual proporciona o controle de suas funções de transferências visando aplicações em giroscópio a fibra óptica, GFO, e analisador de circuitos ópticos. No caso do GFO ênfase especial é dedicada à configuração tipo malha aberta com entrada e saída comum e dois tipos de sinais moduladores foram empregados: a modulação harmônica simples e a modulação harmônica secundária. As implicações da escolha de uma destas modulações na largura de faixa do circuito de detecção óptica são investigados. Já no caso do circuito interferom''etrico baseado na configuração de tipo Mach-Zehnder o tipo de modulação empregada é a dente-de-serra uma vez que esta modulação permite realizar a supressão de uma banda espectral lateral do sinal de saída do interferômetro e conseqüentemente permite utilizar este tipo de interferômetro para caracterizar a função de transferência de um dispositivo óptico, isto é, o interferômetro desempenha a função de um analisador de circuitos ópticos. Na aplicação em GFO tem-se como objetivo determinar a variação de fase de um sinal óptico gerada por uma rotação do interferômetro com relação a um referencial inercial. A análise da fase é realizada através da aplicação do algoritmo de divisão de harmônicos ao sinal de saída do interferômetro. Os vários harmônicos necessários neste algoritmo são determinados através da transformada de Fourier do sinal de saída do interferômetro, para este efeito é utilizado o algoritmo de Goertzel. Como o cálculo dos harmônicos é realizado de forma digital o sinal de saída do interferômetro é quantizado e processado digitalmente, desta forma os erros decorrentes da quantização são analisados, utilizando a teoria estatística do processo de quantização. No caso do processamento do sinal quantizado são analisados os erros decorrentes da implementação do algoritmo de Goertzel em aritmética de ponto fixo. O desvio padrão do valor médio da fase foi analisado levando em consideração o ruído shot de natureza quântica e o ruído de quantização inerente ao processamento digital. Os resultados numéricos obtidos por simulações corfirmam que dependendo do número de bits utilizado na quantização o fator limitante na resolução de GFO será o ruído shot de natureza quântica , assim é possível obter GFO em malha aberta com desempenho comparável àquele obtido em configuração tipo malha fechada. O processamento digital também foi utilizado para analisar a amplitude e a fase do sinal óptico na saída do analisador de circuitos ópticos que emprega modulação tipo dente-de-serra. Com este tipo de modulação analisou-se também a influência do ruído shot de natureza quântica e do ruído de quantização em função do número de bits. Os resultados obtidos mostram que o erro de fase cometido utilizando 14 bits na quantização é menor a 0.0039o na fase, e menor a 0.7 10-5 na amplitude apresentando concordância satisfatória com dados disponíveis na literatura.

O emprego de sistemas de transmissão óptica de grande capacidade tem-se ampliado de maneira marcante nos últimos anos. A demanda por uma variedade de serviços tem exigido um aumento na largura de faixa que impõe a modulação do feixe óptico por taxas de bits cada vez mais elevadas. A técnica de modulação externa do feixe óptico tem sido uma solução que permite a comunicação em grandes larguras de faixa, através da tecnologia de óptica integrada. Muitos trabalhos têm sido publicados nos últimos anos, procurando sistematizar os métodos de análise e de projeto destes dispositivos. A comparação entre essas publicações mostra a grande dificuldade encontrada na tentativa de se abordarem os problemas que envolvem sinal modulador de freqüência elevada, transmitido em um guia de ondas que utiliza eletrodos de pequenas dimensões tranversais. Neste trabalho, foi feito um estudo dos principais problemas envolvendo o projeto e a análise de desempenho de moduladores eletroópticos em óptica integrada. Estudou-se a influência dos parâmetros geométricos no comportamento desses dispositivos, salientando-se as grandezas responsáveis pela limitação da largura de faixa em altas freqüências. Desenvolveu-se método de cálculo da distribuição do campo modulador em estruturas de múltiplas camadas dielétricas e múltiplos eletrodos e apresentou-se uma abordagem para cálculo das perdas de potência e das características de dispersão. Esta proposta é considerada mais abrangente do que os métodos comumente encontrados na literatura especializada. A maioria das publicações propõem soluções que se aplicam em algumas situações específicas. Os problemas de perda e de dispersão são avaliados a partir da distribuição do campo gerado pelos eletrodos do modulador integrado, levando-se em conta a influência de suas espessuras na distribuição do campo e nas características de propagação. O desenvolvimento teórico foi realizado para uma estrutura com múltiplos condutores e múltiplos dielétricos, com dimensões arbritárias. O tratamento final foi baseado no guia de ondas coplanar, com o qual se garante a propagação de modo único até uma faixa de freqüências bem elevada, determinadas pela geometria do dispositivo.