Sintetizadores de Freqüências são circuitos que geram sinais em freqüências pré-determinadas, sendo estes sinais usados tanto na recepção como na transmissão de Rádio Freqüência. Os circuitos Sintetizadores possuem diversos blocos, dentre os quais podemos citar, osciladores controlados por tensão (VCO Voltage-Controlled Oscillator), divisores programáveis (Prescaler), comparadores de fase (DFF Detectores de Fase e Freqüência), bombas de carga (CP Charge Pump) e Filtros Passa Baixas (LPF Low Pass Filters). Em 2003 foi projetado por Angel M.G. Argüello [Ar04] um circuito Sintetizador de Freqüências com arquitetura tipo Integer-N. Este circuito, projetado para ter banda centrada em torno de 2,4 GHz e 16 canais de 4,78 MHz, foi implementado na tecnologia CMOS 0,35 µm da AMS (Austrian Micro Systems), que possui quatro níveis de metais e dois níveis de polisilício. Após testes do circuito as seguintes conclusões sobre seu funcionamento foram derivadas: o circuito funcionou qualitativamente como projetado, sintetizando 16 tons de freqüência; o ruído de fase medido ficou acima do valor desejado; a potência consumida esteve dentro dos valores previstos, porém elevada. No decorrer de 2004 foram feitas alterações no layout do circuito de Argüello com o objetivo de melhorar o ruído de fase. Estas alterações serviram como estudo preliminar para este trabalho. Dando continuidade ao desenvolvimento de Sintetizadores, em 2005 foram estudadas novas estruturas e layouts mais eficientes no tocante a ruído de fase, dando-se especial atenção às alimentações dos circuitos digitais e analógicos e ao isolamento entre os mesmos. Um novo circuito Sintetizador foi desenvolvido para aplicações em sistemas ZigBee, que operam na banda de freqüência entre 2,400 GHz a 2,485 GHz, com 16 canais de largura igual 2 à 5 MHz. Resultados de simulação sobre o circuito projetado apontaram o funcionamento adequado, com consumo de potência inferior a 32 mW para tensão de alimentação de 3,3 V. / Frequency Synthesizers are circuits that generate pre-determined frequencies, used in both radio frequency reception and transmission. The Synthesizer circuits are composed by several blocks, such as Voltage-Controlled Oscillator (VCO), Prescaler, PFD (Phase/Frequency Detector), Charge Pump (CP), and Low Pass Filters (LPF). In 2003, an Integer-N architecture Frequency Synthesizer circuit was developed by Angel M.G. Argüello [Ar04]. This circuit, designed to have a band centered around 2.4 GHz and 16 channels with a 4.78 MHz, were implemented with the 0.35 µm CMOS technology from AMS (Austrian Micro Systems), using four metal levels and two polisilicon levels. After the circuit tests, the following conclusions about its operation were derived: the designed circuit operated as expected, generating 16 tons of frequency; the phase noise stayed above of the desired value; the power consumption were within the expected values although high. During the year of 2004, several modifications in the Argüello circuit layout have been done in order to improve the phase noise. These modifications were a preliminary study to this work. Advancing in the development of Synthesizers, in 2005 new structures and more efficient layouts, in terms of noise, were studied, with special attention given to the digital and analog power supplies and their isolation. A new Synthesizer was developed for applications with the ZigBee, which operates with frequencies from 2.400 GHz to 2.485 GHz and 16 channels of 5 MHz. The simulation results pointed out the correct operation of the circuit, with power consumption lower than 32 mW for power supply of 3.3 V.

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.

Nestes últimos anos a Força Aérea Brasileira vem adquirindo várias aeronaves que utilizam em seus sistemas o protocolo MIL-STD-1553B. Conseqüentemente, torna-se importante para a FAB empregar esforços no domínio desta tecnologia para acompanhar os constantes avanços da aviação militar, área em que os países dominantes têm como meta criar sua própria tecnologia e nunca comprá-la.Este trabalho tem como objetivo enveredar esforços na pesquisa e desenvolvimento na área de aviônica digital e do barramento de comunicações MIL-STD-1553B. Para isso é proposta a implementação do protocolo de comunicação MIL-STD-1553B em um kit de desenvolvimento baseado no processador de sinais Blackfin ADSP-BF533. São apresentadas inicialmente as características do protocolo, tipos de palavras e a codificação exigida para a transmissão. Segue-se então a modelagem do sistema desde a formação dos dados pela placa ADSP-BF533 incluindo a codificação e a transmissão por um codificador/decodificador Manchester (HD3-6408) até a passagem dos respectivos dados através de uma linha de transmissão para outro dispositivo também baseado na integração ADSP-BF533/HD3-6408. Por fim são relatados os resultados obtidos em testes de comunicação, inicialmente entre dois dispositivos montados em laboratório e finalmente entre um dispositivo ADSP-BF533/HD3-6408 e a placa PASS-PCMCIA2 da SBS Technologies.

A propagação de sinais GPS provenientes de satélites com baixa elevação em dutos troposféricos é simulada através de dois métodos de predição: traçado de raios e equações parabólicas. Os dutos troposféricos são geralmente esquecidos na modelagem de enlaces satélite-receptor devido ao fato dos ângulos de elevação envolvidos serem, em geral, elevados. Na situação considerada neste trabalho os ângulos de elevação são bem pequenos, situação na qual os mecanismos de propagação anômala são dominantes e não podem ser descartados. As simulações permitem observar a potência e o ângulo de elevação do sinal confinado no duto, e análises são feitas para averiguar se existe a possibilidade de que a presença de dutos no enlace satélite-receptor possa trazer problemas ao cálculo da posição do usuário GPS.

Tradicionalmente, codificação de fonte e codificação de canal são tratados independentemente, no que se denomina sistema de codificação em dois passos. Isso ocorre porque o teorema da separação das codificações de fonte e canal garante que não há perdas em termos de confiabilidade da transmissão em assim fazê-lo quando o volume de dados gerados pela fonte cresce indefinidamente. No entanto, para seqüências finitas, foi mostrado que pode ser mais eficiente realizar a codificação em apenas um passo, denominada codificação conjunta fonte-canal, que faz uso das características da fonte ou do codificador de fonte para prover proteção contra erros. Este trabalho propõe uma técnica de codificação conjunta utilizando codificadores de fonte e canal consagrados e encontrados em aplicações práticas. São eles o codificador universal adaptativo LZW e o codificador de canal Reed-Solomon. O método proposto utiliza o fato do codificador de fonte não remover completamente a redundância dos arquivos originais para adicionar bits extras, sem perda de desempenho e sem distorção dos dados originais. A redundância remanescente no código é então utilizada para embutir os bits de paridade do código de canal. O desempenho do método é medido através de sua aplicação em arquivos dos corpos de Calgary e Canterbury. A exploração da redundância remanescente no código gerado pelo LZW pode ser aplicada aos codificadores universais LZ78 e suas variações que se baseiam no mesmo princípio de atualização do dicionário.

O serviço de Vídeo sob Demanda tem crescido e sido cada vez mais utilizado atualmente. A praticidade e conforto que este serviço oferece nos leva a crer que este crescimento ainda será muito maior. Na maioria das viagens aéreas, o serviço de Vídeo sob Demanda será bastante apreciado, pois os passageiros terão total liberdade de escolha do tipo de entretenimento que preferem receber: filmes, noticiários, documentários, previsão do tempo, tudo transmitido por satélite. Nosso estudo tem como objetivo mostrar uma proposta de arquitetura de redes para a transmissão de Vídeo sob Demanda a bordo de aeronaves. A transmissão de entretenimento a bordo em redes aeronáuticas pode ser otimizada significativamente com a aplicação de técnica de transmissão multimídia atée então, somente aplicadas na Internet, mas que, com algumas adaptações, podem ser aplicadas com êxito nas redes aeronáuticas. A técnica de multicast ée utilizada em conjunto com uma série de técnicas como batching, patching e o uso de servidores proxy, no intuito de otimizar a utilização da largura de banda utilizada pelo servidor de vídeo - um dos maiores problemas em transmissões de vídeo pelo tamanho dos arquivos transmitidos - e diminuir significativamente o atraso na transmissão do vídeo pedido, fornecendo assim um serviço de alta qualidade e resposta instantânea aos clientes. Ao final deste trabalho, será mostrada a nossa proposta de arquitetura para vídeo sob demanda em redes aeronáuticas como também todas as vantagens e melhorias que esta proposta traz.

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.

Esta tese explora o tema de fotônica em RF visando a transmissão e o processamento de sinais radar em fibra óptica. Realiza-se um estudo teórico e experimental de um enlace analógico a fibra óptica com faixa de frequência de 0,5 a 18 GHz, considerando seu emprego como linha de transmissão de RF isoladamente, bem como usando pré-amplificação e pós-amplificação de RF. O enlace a fibra óptica é caracterizado com relação ao ganho de potência, à figura de ruído e à faixa dinâmica livre de sinais espúrios de intermodulação de terceira ordem. Valores experimentais de figura de ruído de até 4,2 dB e faixa dinâmica de 107,5 dB.Hz2/3 são obtidos, com ganho médio de 10 dB em toda faixa de frequência do enlace. A transmissão em fibra óptica de um sinal radar pulsado é analisada em condições de laboratório e também em uma rede de fibra óptica externa, que é usada como "backbone" de comunicações digitais do Departamento de Ciência e Tecnologia Aeroespacial da Aeronáutica (DCTA). Uma análise comparativa do uso de fibra óptica e cabos coaxiais para transmissão de sinais de RF é realizada. Duas novas técnicas de controle fotônico da fase de RF em um enlace analógico a fibra óptica são apresentadas. A primeira técnica é baseada no controle da polarização da luz acoplada em um percurso de fibra óptica mantenedora de polarização. A segunda técnica baseia-se no controle da intensidade de duas fontes laser, com comprimentos de onda distintos, moduladas com o sinal de RF. Faixas de variação de fase de 180 são obtidas. Duas topologias de linhas de alimentação de RF com controle amplitude, fase e tempo de retardo são apresentadas, usando os defasadores fotônicos apresentados nesta tese em associação com linhas de retardo de RF com chaveamento de comprimento de fibra.

A comunicação óptica no espaço livre (Free Space Optical Communication - FSO) é atualmente uma área na fotônica de grande interesse, demonstrado pelos estudos realizados por diversos grupos de pesquisas da área, devido aos benefícios oferecidos como a imunidade a bloqueio e interferência, facilidade de instalação, mobilidade, inexistência de uma regulamentação oficial para emprego, grande largura de banda, velocidade de transmissão e permitir o acesso a ultima milha (last mile). Para aplicações do FSO na área de defesa, estes benefícios citados são de grande importância, principalmente a imunidade a bloqueio e interferência. O fator limitante no desempenho do enlace FSO são os efeitos atmosféricos causados pela atenuação, composta pelo fenômeno de absorção e espalhamento, a turbulência atmosférica, representada principalmente pelo efeito da cintilação, além do fenômeno da dispersão atmosférica, pouco comentado na literatura. A conseqüência destes efeitos atmosféricos é a degradação do sinal óptico, reduzindo sua intensidade e alcance de propagação. Com isso, a fim de analisar o desempenho do enlace analógico de FSO, este trabalho tem por objetivo apresentar um estudo teórico do enlace empregando modulação externa através do modulador eletroóptico Mach-Zehnder de dupla entrada, detecção direta e sem amplificação, recorrendo aos conceitos de efeito eletroóptico, propagação do feixe óptico na atmosfera sob o efeito da atenuação, turbulência e dispersão atmosférica e as técnicas de detecção óptica através da fotodetecção. A partir dos conceitos, são modeladas expressões analíticas do sinal óptico na modulação analógica tipo banda lateral dupla (Double Side Band - DSB) e banda lateral simples (Single Side Band - SSB) na saída do transmissor e o modelo analítico do sinal de RF na saída do receptor sob influência dos fenômenos atmosféricos em questão. Definido os modelos citados, realiza-se a análise de desempenho do enlace a partir de dados atmosféricos de Manaus/AM e parâmetros de dispositivos disponíveis no mercado. O resultado deste estudo é apresentado através do balanço de potência óptica do enlace, da potência de RF em relação ao comprimento do enlace e das figuras de mérito, através da combinação das equações do ganho de RF, figura de ruído e da faixa dinâmica livre de espúrios. No fim desta dissertação, são apresentadas as conclusões com base nos conceitos apresentados e resultados obtidos, além da sugestão de trabalhos futuros para esta linha de pesquisa.

Este trabalho apresenta um estudo da transmissão de sinais de micro-ondas baseada em enlaces ópticos com modulação externa. Após contextualizar os enlaces ópticos e discutir sobre as características gerais de seus principais componentes, tais como fonte laser, modulador, fibra óptica e fotodetector é apresentada uma análise detalhada da função de transferência de um modulador óptico do tipo Mach-Zehnder (MZM), com apenas uma entrada de RF (single drive). A análise realizada serviu de base para a implementação de uma ferramenta computacional no ambiente MATLAB. O programa desenvolvido, permitiu analisar diversos parâmetros do enlace, tais como ganho de potência, figura de ruído e faixa dinâmica livre de espúrios em função do valor de tensão VDC, usado para ajustar o ponto de operação do modulador MZM ao longo da sua função de transferência. Com uma potência óptica entre 10 mW e 15 mW e usando sinal de teste de 1 GHz é apresentada a verificação experimental em termos dos parâmetros analisados. Foram obtidos valores de ganho de potência da ordem de -33 dB e faixa dinâmica livre de espúrios de 84 dB.Hz2/3. Em termos da aplicação do enlace óptico de micro-ondas o presente trabalho teve como aplicação um sistema dedicado para modulação por deslocamento de fase binária (BPSK).