En comunicaciones e ingeniería electrónica , una frecuencia intermedia ( FI ) es una frecuencia a la que se desplaza una onda portadora como paso intermedio en la transmisión o recepción. [1] La frecuencia intermedia se crea mezclando la señal portadora con una señal de oscilador local en un proceso llamado heterodino , que da como resultado una señal en la diferencia o frecuencia de batido . Las frecuencias intermedias se utilizan en receptores de radio superheterodinos , en los que una señal entrante se cambia a una FI para amplificación antes de la final.la detección está hecha.
La conversión a una frecuencia intermedia es útil por varias razones. Cuando se utilizan varias etapas de filtros, todos se pueden configurar en una frecuencia fija, lo que los hace más fáciles de construir y sintonizar. Los transistores de frecuencia más baja generalmente tienen ganancias más altas, por lo que se requieren menos etapas. Es más fácil hacer filtros muy selectivos a frecuencias fijas más bajas.
Puede haber varias de estas etapas de frecuencia intermedia en un receptor superheterodino; dos o tres etapas se denominan conversión doble (alternativamente, dual ) o triple conversión , respectivamente.
Justificación
Las frecuencias intermedias se utilizan por tres razones generales. [2] [3] A frecuencias muy altas ( gigahercios ), los circuitos de procesamiento de señales funcionan mal. Los dispositivos activos como los transistores no pueden ofrecer mucha amplificación ( ganancia ). [1] Los circuitos ordinarios que utilizan condensadores e inductores deben sustituirse por técnicas engorrosas de alta frecuencia, como líneas de banda y guías de ondas . Por tanto, una señal de alta frecuencia se convierte en una FI más baja para un procesamiento más conveniente. Por ejemplo, en las antenas parabólicas , la señal de enlace descendente de microondas recibida por la antena se convierte en una FI mucho más baja en la antena para que un cable coaxial relativamente económico pueda llevar la señal al receptor dentro del edificio. Llevar la señal a la frecuencia de microondas original requeriría una guía de ondas costosa .
En los receptores que se pueden sintonizar en diferentes frecuencias, una segunda razón es convertir las distintas frecuencias de las estaciones a una frecuencia común para su procesamiento. Es difícil construir amplificadores , filtros y detectores de múltiples etapas que puedan hacer que todas las etapas rastreen la sintonización de diferentes frecuencias, pero es comparativamente fácil construir osciladores sintonizables . Los receptores superheterodinos sintonizan diferentes frecuencias ajustando la frecuencia del oscilador local en la etapa de entrada, y todo el procesamiento posterior se realiza a la misma frecuencia fija: la FI. Sin utilizar un FI, todos los filtros y detectores complicados de una radio o televisión tendrían que sintonizarse al unísono cada vez que se cambiaba la frecuencia, como era necesario en los primeros receptores de radiofrecuencia sintonizados . Una ventaja más importante es que le da al receptor un ancho de banda constante en su rango de sintonización. El ancho de banda de un filtro es proporcional a su frecuencia central. En receptores como el TRF en el que el filtrado se realiza en la frecuencia de RF entrante, a medida que el receptor se sintoniza a frecuencias más altas, su ancho de banda aumenta.
La principal razón para utilizar una frecuencia intermedia es mejorar la selectividad de frecuencia . [1] En los circuitos de comunicación, una tarea muy común es separar, o extraer, señales o componentes de una señal que están muy juntos en frecuencia. A esto se le llama filtrado . Algunos ejemplos son: captar una estación de radio entre varias que tienen una frecuencia cercana o extraer la subportadora de crominancia de una señal de TV. Con todas las técnicas de filtrado conocidas, el ancho de banda del filtro aumenta proporcionalmente con la frecuencia. Por lo tanto, se puede lograr un ancho de banda más estrecho y más selectividad convirtiendo la señal a una FI más baja y realizando el filtrado a esa frecuencia. La radiodifusión de FM y televisión con sus estrechos anchos de canal, así como los servicios de telecomunicaciones más modernos, como los teléfonos móviles y la televisión por cable , serían imposibles sin el uso de la conversión de frecuencia. [4]
Usos
Quizás las frecuencias intermedias más comúnmente utilizadas para receptores de radiodifusión son alrededor de 455 kHz para receptores AM y 10,7 MHz para receptores FM. En receptores de propósito especial se pueden utilizar otras frecuencias. Un receptor de doble conversión puede tener dos frecuencias intermedias, una más alta para mejorar el rechazo de la imagen y una segunda, más baja, para la selectividad deseada. Una primera frecuencia intermedia puede ser incluso más alta que la señal de entrada, de modo que todas las respuestas no deseadas se pueden filtrar fácilmente mediante una etapa de RF sintonizada fija. [5]
En un receptor digital, el convertidor de analógico a digital (ADC) funciona a velocidades de muestreo bajas, por lo que la RF de entrada debe mezclarse con IF para ser procesada. La frecuencia intermedia tiende a ser un rango de frecuencia más bajo en comparación con la frecuencia de RF transmitida. Sin embargo, las opciones para la FI dependen más de los componentes disponibles, como mezcladores, filtros, amplificadores y otros que pueden operar a frecuencias más bajas. Hay otros factores involucrados en la decisión de la frecuencia de FI, porque una FI más baja es susceptible al ruido y una FI más alta puede causar fluctuaciones de reloj.
Los receptores de televisión por satélite modernos utilizan varias frecuencias intermedias. [6] Los 500 canales de televisión de un sistema típico se transmiten desde el satélite a los abonados en la banda de microondas Ku , en dos subbandas de 10,7–11,7 y 11,7–12,75 GHz. La señal de enlace descendente es recibida por una antena parabólica . En el cuadro en el foco del plato, llamado convertidor reductor de bloque de bajo ruido (LNB), cada bloque de frecuencias se convierte al rango de FI de 950-2150 MHz mediante dos osciladores locales de frecuencia fija a 9,75 y 10,6 GHz. Uno de los dos bloques se selecciona mediante una señal de control del decodificador interior, que enciende uno de los osciladores locales. Esta FI se lleva al interior del edificio hasta el receptor de televisión a través de un cable coaxial. En de la compañía de cable decodificador , la señal se convierte a un menor IF de 480 MHz para filtrar, por un oscilador de frecuencia variable. [6] Esto se envía a través de un filtro de paso de banda de 30 MHz, que selecciona la señal de uno de los transpondedores en el satélite, que transporta varios canales. El procesamiento posterior selecciona el canal deseado, lo demodula y envía la señal a la televisión.
Historia
Una frecuencia intermedia se utilizó por primera vez en el receptor de radio superheterodino, inventado por el científico estadounidense Major Edwin Armstrong en 1918, durante la Primera Guerra Mundial . [7] [8] Un miembro del Cuerpo de Señales , Armstrong estaba construyendo equipos de radiogoniometría para rastrear señales militares alemanas en las frecuencias entonces muy altas de 500 a 3500 kHz. Los amplificadores de tubo de vacío de triodo de la época no se amplificaban de forma estable por encima de 500 kHz, sin embargo, era fácil conseguir que oscilaran por encima de esa frecuencia. La solución de Armstrong fue configurar un tubo oscilador que crearía una frecuencia cerca de la señal entrante y la mezclaría con la señal entrante en un tubo mezclador, creando una señal heterodina o en la frecuencia de diferencia más baja donde podría amplificarse fácilmente. Por ejemplo, para captar una señal a 1500 kHz, el oscilador local se sintonizaría a 1450 kHz. La mezcla de los dos creó una frecuencia intermedia de 50 kHz, que estaba dentro de la capacidad de los tubos. El nombre superheterodino era una contracción de heterodino supersónico , para distinguirlo de los receptores en los que la frecuencia heterodina era lo suficientemente baja como para ser audible directamente, y que se usaban para recibir transmisiones de código Morse de onda continua (CW) (no habla ni música).
Después de la guerra, en 1920, Armstrong vendió la patente del superheterodino a Westinghouse , quien posteriormente la vendió a RCA . La mayor complejidad del circuito superheterodino en comparación con los diseños de receptores de radiofrecuencia regenerativos o sintonizados anteriores ralentizó su uso, pero las ventajas de la frecuencia intermedia para la selectividad y el rechazo estático finalmente ganaron; en 1930, la mayoría de las radios vendidas eran "superhets". Durante el desarrollo del radar en la Segunda Guerra Mundial , el principio superheterodino fue esencial para la conversión descendente de las frecuencias de radar muy altas a frecuencias intermedias. Desde entonces, el circuito superheterodino, con su frecuencia intermedia, se ha utilizado en prácticamente todos los receptores de radio.
Ejemplos de
- hasta c. 20 kHz [ cita requerida ] , 30 kHz (ALM Sowerby y HB Dent), [10] 45 kHz (primer receptor superheterodino comercial: RCA Radiola AR-812 de 1923/1924), [9] c. 50 kHz, [10] c. 100 kHz, [10] c. 120 kHz [10]
- Se utilizó 110 kHz en los receptores de radiodifusión AM europeos de onda larga . [1] [11]
- 175 kHz (primeros receptores de comunicaciones y de banda ancha antes de la introducción de núcleos de hierro en polvo) [1] [11] [10]
- 260 kHz (primeros receptores de radiodifusión estándar), [11] 250–270 kHz [1]
- Asignaciones de frecuencia de Copenhague: 415–490 kHz, 510–525 kHz [11]
- Receptores de radio AM : 450 kHz, 455 kHz (el más común), [11] 460 kHz, 465 kHz, [10] 467 kHz, 470 kHz, 475 kHz y 480 kHz. [12]
- Receptores de radio FM : 262 kHz (radios de coche antiguas), [8] 455 kHz, 1,6 MHz, 5,5 MHz, 10,7 MHz (el más común), [11] 10,8 MHz, [13] 11,2 MHz, 11,7 MHz, 11,8 MHz, 13,45 MHz, [14] 21,4 MHz, 75 MHz y 98 MHz. En los receptores superheterodinos de doble conversión, a menudo se utiliza una primera frecuencia intermedia de 10,7 MHz, seguida de una segunda frecuencia intermedia de 470 kHz (o 700 kHz con DYNAS [15] ). Hay diseños de triple conversión que se utilizan en receptores de escáneres policiales, receptores de comunicaciones de alta gama y muchos sistemas de microondas de punto a punto. Las radios modernas de consumo con chip DSP a menudo utilizan una ' FI baja ' de 128 kHz para FM.
- Receptores de FM de banda estrecha : 455 kHz (el más común), [11] [16] 470 kHz [16]
- Receptores de onda corta: 1,6 MHz, [11] 1,6–3,0 MHz, [1] 4,3 MHz (para receptores solo de 40–50 MHz). [11] En los receptores superheterodinos de doble conversión, a veces se combina una primera frecuencia intermedia de 3,0 MHz con una segunda FI de 465 kHz. [1]
- Receptores de televisión analógica que utilizan el sistema M: 41,25 MHz (audio) y 45,75 MHz (vídeo). Tenga en cuenta que el canal se invierte en el proceso de conversión en un sistema entre portadoras , por lo que la frecuencia de FI de audio es más baja que la frecuencia de FI de vídeo. Además, no hay oscilador local de audio; el portador de video inyectado sirve para ese propósito.
- Receptores de televisión analógica que utilizan el sistema B y sistemas similares: 33,4 MHz para la señal auditiva y 38,9 MHz para la señal visual. (La discusión sobre la conversión de frecuencia es la misma que en el sistema M.)
- Enlace satelital de enlace ascendente - equipo de enlace descendente : 70 MHz, 950–1450 MHz (banda L), primer enlace descendente de FI.
- Equipo de microondas terrestre : 250 MHz, 70 MHz o 75 MHz.
- Radar : 30 MHz.
- Equipo de prueba de RF : 310,7 MHz, 160 MHz y 21,4 MHz.
Ver también
- Filtro mecánico
- Receptor de baja FI
- Receptor de FI cero
Referencias
- ^ a b c d e f g h Langford-Smith, Fritz , ed. (Noviembre de 1941) [1940]. "Capítulo 15. Conversión de frecuencia: El principio del superheterodino / Capítulo 17. Amplificadores de frecuencia intermedia: Elección de frecuencia". Manual del diseñador de Radiotron (PDF) (4ª impresión, 3ª ed.). Sydney, Australia / Harrison, Nueva Jersey, EE.UU .: Prensa inalámbrica para Amalgamated Wireless Valve Company Pty. Ltd. / RCA Manufacturing Company, Inc. págs. 90, 99–100, 104, 158–159 [100, 159]. Archivado (PDF) desde el original el 3 de febrero de 2021 . Consultado el 10 de julio de 2021 . pp. 100, 158-159:
[…] se puede suponer que la frecuencia intermedia deseada es 465 Kc / s […] por esta razón las frecuencias en la región de 450-465 Kc / s son muy utilizadas […] Superheterodino Los receptores , diseñados específicamente para trabajos de comunicación de onda corta, suelen tener una frecuencia más alta para la FI, de aproximadamente 1.600 a 3.000 Kc / s, y también pueden incorporar cambio de doble frecuencia. Por ejemplo, el receptor puede cambiar la señal entrante primero a 3000 Kc / sy luego a 465 Kc / so menos. […] Se utilizan varias frecuencias para los amplificadores de FI de los receptores de radio. Una frecuencia de 110 Kc / s. se ha utilizado ampliamente en Europa, donde se utiliza la banda de onda larga . Ofrece una selectividad extremadamente buena pero un corte de banda lateral serio. Una frecuencia de 175 Kc / s. se ha utilizado para la recepción de bandas de radiodifusión tanto en Estados Unidos como en Australia durante varios años, pero su uso en la banda de onda corta no es muy satisfactorio. Una frecuencia en la región de 250-270 Kc / s. También se ha utilizado de forma limitada como un compromiso entre 175 y 465 Kc / s. Las frecuencias más comunes para los receptores de onda dual están entre 450 y 465 Kcs. […] Y, particularmente si se utilizan transformadores de FI con núcleo de hierro, esta banda de frecuencia es un muy buen compromiso. Para los receptores de onda corta que no están destinados a funcionar a frecuencias más bajas, una frecuencia intermedia de 1.600 Kc / s. o superior. […] Una frecuencia de 455 Kc / s. está recibiendo aceptación universal como frecuencia estándar y se están realizando esfuerzos para mantener esta frecuencia libre de interferencias de radio. […]
(NB. Algunos receptores de onda corta funcionan con una FI de 1600 kHz y que "a una frecuencia tan alta son necesarias una o dos etapas de FI adicionales para proporcionar suficiente ganancia). (Consulte también: Manual del diseñador de Radiotron ) - ^ Army Technical Manual TM 11-665: Transmisores y receptores de radio CW y AM . Departamento del Ejército de los Estados Unidos . 1952. págs. 195-197.
- ^ Rembovsky, Anatoly; Ashikhmin, Alexander; Kozmin, Vladimir; et al. (2009). Monitoreo de radio: problemas, métodos y equipos . Springer Science and Business Media. pag. 26. ISBN 978-0387981000.
- ^ Dixon, Robert (1998). Diseño de receptor de radio . Prensa CRC . págs. 57–61. ISBN 0-82470161-5.
- ^ Hayward, Wes (1977). De Maw, Doug (ed.). Diseño de estado sólido para el radioaficionado . Liga de retransmisiones de radio estadounidense . págs. 82–87.
- ^ a b Lundstrom, Lars-Ingemar (2006). Comprensión de la televisión digital: Introducción a los sistemas DVB con satélite, cable, banda ancha y terrestre . Estados Unidos: Taylor & Francis . págs. 81–83. ISBN 0-24080906-8.
- ^ Redford, John (febrero de 1996). "Edwin Howard Armstrong" . Ingenieros condenados . Sitio web personal de John Redford. Archivado desde el original el 9 de mayo de 2008 . Consultado el 10 de mayo de 2008 .
- ^ a b Wiccanpiper (8 de enero de 2004). "Superheterodino" . everything.com . Archivado desde el original el 9 de julio de 2021 . Consultado el 10 de mayo de 2008 .
- ^ a b Malanowski, Gregory (2011). La carrera por la tecnología inalámbrica: ¿cómo se inventó (o se descubrió la radio?) . Authorhouse. pag. 69. ISBN 978-1-46343750-3.
- ^ a b c d e f Bussey, Gorden (1990). Inalámbrico: la década crucial - Historia de la industria inalámbrica británica 1924–34 . Serie de Historia de la Tecnología de IEE. 13 . Londres, Reino Unido: Peter Peregrinus Ltd. / Institución de ingenieros eléctricos . págs. 18-19, 78. ISBN 0-86341-188-6. ISBN 978-0-86341-188-5 . Archivado desde el original el 11 de julio de 2021 . Consultado el 11 de julio de 2021 . (136 páginas)
- ^ a b c d e f g h yo Sandel, Bill; Hansen, Ian C .; et al. (Enero de 1960) [1953, 1952, 1940, 1935, 1934]. "Capítulo 26. Amplificadores de frecuencia intermedia. Sección 1. Elección de la frecuencia (ii) Frecuencias intermedias comúnmente aceptadas / Sección 2: Número de etapas / Capítulo 34. Tipos de receptores de AM. Sección 2: El superheterodino / Capítulo 38. Tablas, gráficos y Datos varios. Sección 4. Frecuencias estándar (iii) Frecuencias intermedias estándar ". En Langford-Smith, Fritz (ed.). Manual del diseñador de Radiotron (PDF) (4 ed.). Sydney, Australia / Harrison, Nueva Jersey, EE. UU .: Prensa inalámbrica para Amalgamated Wireless Valve Company Pty. Ltd. / Radio Corporation of America , División de tubos de electrones. pp. 1021–1022, 1226, 1293–1295, 1361. Archivado (PDF) desde el original el 2021-07-08 . Consultado el 9 de julio de 2021 . pp. 1021-1022, 1226, 1361:
[…] Como resultado de la experiencia adquirida durante varios años, además de las consideraciones expuestas anteriormente, los valores seleccionados para las frecuencias intermedias de la mayoría de los receptores comerciales se han estandarizado bastante bien. Para la mayoría de los receptores de radiodifusión que sintonizan las bandas de 540 a 1600 Kc / sy de 6 a 18 Mc / s , es habitual una frecuencia de aproximadamente 455 Kc / s. En Europa se ha utilizado ampliamente una frecuencia de 110 Kc / s, donde está en funcionamiento la banda de onda larga de 150–350 Kc / s. Los receptores que se utilizan sólo en la banda de onda corta, normalmente la banda de 40–50 Mc / s, suelen utilizar 4,3 Mc / s si, y para la banda de 88–108 Mc / s utilizan 10,7 Mc / s. Este último valor se ha adoptado como estándar en EE. UU. Y en algunos otros países para los receptores de vhf . […] Receptores de onda corta que utilizan 1600 Kc / s si los transformadores normalmente emplean dos etapas (3 transformadores) aunque a menudo se utiliza una etapa […] En los receptores de banda ancha y comunicaciones, se suelen utilizar dos o más etapas. La frecuencia intermedia de uso general es de 455 Kc / s. Los receptores anteriores usaban 175 Kc / s, pero con la aparición de núcleos de hierro en polvo y el desarrollo de válvulas amplificadoras de pendiente alta, se anuló la objeción anterior al uso de frecuencias intermedias más altas, es decir, una ganancia más baja. […] Se recomienda que los receptores superheterodinos que operan en la banda de radiodifusión de frecuencia media utilicen una frecuencia intermedia de 455 Kc / s. Esta frecuencia está reservada como un canal claro para este propósito en la mayoría de los países del mundo. […] Las " asignaciones de frecuencias de Copenhague " europeas proporcionan las dos bandas de frecuencias intermedias siguientes: 415–490 Kc / sy 510–525 Kc / s. […] También se utiliza una frecuencia intermedia de 175 Kc / s. […] La RTMA estadounidense ha estandarizado las siguientes frecuencias intermedias (REC-109-B, marzo de 1950): Receptores de transmisión estándar: 260 o 455 Kc / s. Receptores de radiodifusión VHF: 10,7 Mc / s.
[1] [2] (Consulte también: Manual del diseñador de Radiotron ) - ^ Ravalico, Domenico E. (1992). Radioelementi (en italiano). Milán, Italia: Hoepli.
- ^ Radios de escáner Electra Bearcat
- ^ "11. Descripción del circuito - 11.1. Nuevo principio del sistema IF". Sintonizador de sintetizador digital F-91 FM / AM - Manual de servicio (PDF) (en inglés, francés y español). Tokio, Japón / Long Beach, Estados Unidos: Pioneer Electronic Corporation . Agosto de 1987. págs. 35-38 [37-38]. Núm. De pedido ARP1465. Archivado (PDF) desde el original el 11 de abril de 2021 . Consultado el 10 de junio de 2021 . pag. 37:
[…] En el caso de [el] sistema convencional, [la] señal pasa a través del filtro sin generar distorsión […] el filtro es amplio. En este momento, el sistema se ve afectado por una señal no deseada. En el caso del nuevo sistema, [la] señal pasa a través de […] [un] filtro estrecho que sigue a la señal. […] El sistema no se ve afectado por una señal no deseada. El filtro de este sistema está controlado por el control de avance [-], por lo tanto, [la] estabilidad es muy alta y [no hay] […] oscilación. Este sistema [implementa un] filtro de tipo [-] de modo que [la] frecuencia de la señal de FM de entrada se controle en el centro del filtro en cualquier momento. ([En un] sistema convencional, [el] filtro es seguido por la señal de entrada.) […] [El] sistema consiste en el bloque de control y el bloque de filtro. [El] bloque de control […] consta de [un] filtro de paso de banda […], detector de FM […] y filtro de paso bajo […] El filtro de paso de banda […] tiene la misma característica que el filtro estrecho del sintonizador convencional , y este filtro tiene una característica selectiva suficientemente. Cuando se ingresa la señal de FM, la señal de FM es detectada por el detector de FM […] después de pasar a través del filtro de paso de banda […] luego, la señal de salida del detector de FM […] corta los elementos inútiles de alta frecuencia por el filtro de paso bajo […] El bloque de filtro consta de dos mezcladores […] filtro de paso de banda […] y VCO . El mezclador […] realiza el cambio de frecuencia para que multiplique la señal de FM de entrada por la salida de VCO. F-91 introduce la frecuencia de FI secundaria como 13,45 MHz. El filtro de paso de banda […] tiene la misma característica de ancho de banda estrecho que el filtro de paso de banda […] Este filtro (BPF2) corta la onda de obstrucción, incluida la señal de entrada. La señal de entrada que pasa a través del filtro de paso de banda (BPF2) se multiplica por la salida del VCO en el mezclador […] nuevamente, luego cambia a la frecuencia original. La señal original es detectada por el detector de FM […] y luego se obtiene la salida de audio. De esta manera, a pesar de utilizar el filtro de frecuencia central fija, el F-91 opera al filtro variable para que la frecuencia central siga la señal de entrada como equivalente. […]
[3] [4] [5] (4 de 40 páginas) (NB. El Pioneer Elite F-91 y el muy similar sintetizador digital Pioneer Reference F-717 (vendido en Japón) admitían el sistema de rastreo activo en tiempo real ( ARTS) en 1987, mientras que los sintetizadores Pioneer Digital Synthesizer Tuner F-717 y F-717L (vendidos internacionalmente en 1987) , completamente diferentes pero con nombres casi idénticos, se basaron en el F-77 y no eran compatibles con ARTS). - ^ "U4292B - FM-IF IC para el sistema DYNAS" (PDF) (hoja de datos). A1 (edición preliminar). Heilbronn, Alemania: Telefunken Semiconductors / TEMIC TELEFUNKEN microelectronic GmbH . 1996-08-19. Archivado desde el original el 14 de marzo de 2020 . Consultado el 7 de junio de 2021 . pag. 1:
El U4292B es un circuito FM - IF integrado bipolar , que está controlado por software. Realiza todas las funciones del sistema DYNAS. El dispositivo está diseñado para aplicaciones de radio de coche y receptor doméstico. DYNAS es un sistema completamente nuevo de procesamiento FM-IF. Utiliza filtros de paso de banda con un ancho de banda de hasta aproximadamente 20 kHz en comparación con los 160 kHz de un filtro de paso de banda convencional, y rastrea la frecuencia resonante hasta la frecuencia real. La implementación del sistema DYNAS mejora drásticamente las dos características básicas y clásicas de la recepción de radio: selectividad y sensibilidad de recepción . DYNAS asegura la mejora hasta niveles que hasta ahora no se consideraban físicamente factibles.
[6] (13 + 1 páginas) - ^ a b ICS - In-Channel-Select - das Empfangssystem der Zukunft / ICS-Restsignalverstärker (folleto del producto y manual) (en alemán). Berlín, Alemania: HUC Elektronik / Hansen & Co. Archivado desde el original, el 11/06/2021 . Consultado el 11 de junio de 2021 . (3 + 7 páginas, falta la página 6)