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] [4] 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 lo 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. [5]
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. [6]
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. [7] 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 a 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. [7] 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 . [8] [9] 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
- Se utilizó 110 kHz en receptores de radiodifusión de onda larga . [1] : 159
- 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.)
- Receptores de radio FM : 262 kHz, 455 kHz, 1,6 MHz, 5,5 MHz, 10,7 MHz, 10,8 MHz, 11,2 MHz, 11,7 MHz, 11,8 MHz, 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. 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 radio AM : 450 kHz, 455 kHz, 460 kHz, 465 kHz, 467 kHz, 470 kHz, 475 kHz y 480 kHz. [10]
- 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
Referencias
- ^ a b c d F. Langford Smith (ed) Radiotron Designer's Handbook , 3rd Edition (Wireless Press 1946) Página 99
- ^ Manual técnico del ejército 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.
- ^ El Manual del diseñador de Radiotron de 1946observa en la página 159 que algunos receptores de onda corta operan 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".
- ^ Dixon, Robert (1998). Diseño de receptor de radio . Prensa CRC. págs. 57–61. ISBN 0824701615.
- ^ Wes Hayward, Doug De Maw (ed), Diseño de estado sólido para el radioaficionado , (Liga de retransmisiones de radio estadounidense, 1977) págs. 82-87
- ^ a b Lundstrom, Lars-Ingemar Lundstrom (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 0240809068.
- ^ 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 .
- ^ alisdair. "Superheterodino" . everything.com . Consultado el 10 de mayo de 2008 .
- ^ Ravalico DE, Radioelementi , Milán, Hoepli, 1992.