Circuitos de RF y las Comunicaciones Analógicas. Capítulo XI: Translación de frecuencia y El receptor Superheterodino

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Capítulo XI:

Translación de frecuencia y

El receptor Superheterodino

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223 Como ejemplo consideremos una onda DSB:

( ) ( ) El espectro de ( ) ocupa por tanto las frecuencias:

fc - W  f  fc + W y -fc - W  f  -fc + W

Fig. 12.1 Espectro de una señal modulada en DSB

Si se quiere trasladar esta onda modulada hacia frecuencias más bajas, se multiplica primero ( ) por un coseno a la frecuencia f1 para obtener:

1( ) DSB( ) 1 x t x t Cost 1( ) ( ) c 1 x t x t Cost Cos t 1 1 1 1 1 ( ) ( ). ( ) ( ). ( ) 2 c 2 c x t  x t Cos   t x t Cos   t (12.1)

Cuyo espectro será:



 

( ) ( )



4 1 ) ( ) ( 4 1 ) ( ₁ ₁ ₁ ₁ 1 f X f fc f X f fc f X f fc f X f fc f X             (12.2)

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Fig. 12.2 Señal en DSB modulada con un Cos t₁

X1(f) se pasa a través de un filtro pasabanda de frecuencia media f 0 = fc - f 1 y ancho de banda 2W.

Si f1 >W, la salida del filtro será:

2 1 0 1 1 ( ) ( ) ( ) ( ) 2 c 2 x t  x t Cos   t  x t Cost (12.3) 12.2 Mezclador

El dispositivo que realiza la translación de frecuencia de una onda modulada se llama MEZCLADOR y la operación por sí misma se llama MEZCLA HETERODINA.

Por tanto el mezclador es un multiplicador + filtro pasabanda.

Fig. 12.3Mezclador heterodino

a. Si f1 = fc: Se trata de una mezcla de homodina =Detector sincrónico.

b. Si f1 < fc: Se trata de una mezcla subheterodina.

c. Si f1 > fc: Se trata de una mezcla superheterodina.

La heterodinización es una operación lineal.

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Fig. 12.4 Receptor Superheterodino

El amplificador de RF sintoniza la frecuencia de la portadora fc y automáticamente la frecuencia del oscilador local cambia de tal forma que al mezclarse, la frecuencia de salida es siempre la misma. Es decir:

Fig. 12.5 Esquema básico del mezclador

De esta forma cualquiera que sea la frecuencia de entrada, se traslada a la frecuencia intermedia fija para ser amplificada en forma selectiva. Luego se demodula el mensaje y se amplifica para adecuarlo a los niveles que requiere el circuito de salida.

El receptor AM comercial es un receptor de radio AM superheterodino cuyas emisoras comerciales van:

540KHz  fc  1600KHz y fiF = 455KHz (12.4) Al mezclarse fc con la frecuencia del oscilador local se produce:

f0L fc = 455KHz (12.5) Se podría escoger: a) f0L₁  fc455KHz(Receptor Subheterodino): 540 455 85 13 :1 1600 455 1145 KHz KHz KHz Relación KHz KHz KHz      (12.6) b) f0L₂  fc455KHz(Receptor Superheterodino):

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226 540 455 995 2 :1 1600 455 2055 KHz KHz KHz Relación KHz KHz KHz      (12.7)

Por esta razón se escogió la operación b) es decir la operación superheterodina:

IF

L fc f

f₀  

Se observa que la frecuencia del Oscilador Local es superior a la frecuencia de entrada

fc: Característica de la operación Superheterodina.

El Ancho de Banda del amplificador de Frecuencia Intermedia (IF) se puede calcular como:

BIF = BTransm = 10KHz

12.4 Frecuencia Imagen: fc'

En un receptor la frecuencia imagen se define como:

fc'= fc+2 fIF (12.8) Se sabe que:

fOL - fc = fIF (12.9) Pero si se sintoniza una fc' tal que:

fc' - fOL = fIF (12.10) Se puede deducir que las frecuencias imágenes máximas y mínimas en los extremos de la banda del AM es:

KHz KHz KHz KHz KHz KHz f fc fc f f f f f f IF IF IF OL C C OL 2510 1450 455 * 2 1600 455 * 2 540 2 ' '           (12.11)

Se puede apreciar que en el receptor superheterodino no se produce interferencia alguna por efecto de mezclas espurias en la entrada del amplificador de RF por efecto de la captación de señales de RF en la antena que cubre ese ancho de banda.

Fig 12.6 Ubicación de la fC' (imagen) respecto a fc (portadora) En consecuencia se puede establecer:

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227 ganancia en la frecuencia imagen es el IFRR:

√ (12.14) En donde:

Q = Factor de calidad del preselector

(12.15) En decibelios:

(12.16) Si hay más de un circuito sintonizado, el IFRR total es simplemente el producto de las dos relaciones.

12.6 Otros Tipos de Receptores:

Un Receptor bastante utilizado en equipos de transmisión para instrumentación es el Receptor de doble conversión. En consecuencia este receptor tiene 2 etapas de IF, como se muestra en la Fig. 12.7.

La primera etapa de IF está sintonizada a una frecuencia alta, donde sus frecuencias imágenes están lejos, y la segunda etapa está sintonizada a una frecuencia baja y requiere un amplificador de gran selectividad, alto Q.

Este tipo de receptor tiene la ventaja que discrimina mejor los canales con respecto a los sistemas tradicionales.

Por lo general estos receptores son típicamente empleados también en los receptores de AM (Modulación de Amplitud de alta calidad) y sistemas SSB (Banda Lateral Única).

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Fig. 12.7 Receptor con doble etapa de conversión de frecuencia intermedia

12.6 Ejercicios propuestos

12.6.1 Un receptor AM superheterodino tiene una frecuencia del oscilador local de 1355 KHz. Si la señal RF se encuentra modulada con un tono de 5 KHz, generando líneas espectrales en 900 (banda lateral superior), 905 (portadora) y 895 KHz (banda lateral superior), determine las frecuencias del espectro después del filtro de IF:

a) La frecuencia intermedia.

b) La frecuencia de la banda lateral superior. c) La frecuencia de la banda lateral inferior.

d) Dibuje el espectro de la señal antes de la detección.

12.6.2 Un receptor superheterodino de AM, con frecuencias de RF del oscilador local de 1055 KHz, frecuencia máxima de la banda lateral superior: 1055 KHz, frecuencia mínima de la banda lateral superior: 455 KHz respectivamente, determine:

a) La frecuencia imagen.