La intermodulación ( IM ) o la distorsión de intermodulación ( IMD ) es la modulación de amplitud de señales que contienen dos o más frecuencias diferentes , causada por no linealidades o variaciones de tiempo en un sistema. La intermodulación entre componentes de frecuencia formará componentes adicionales en frecuencias que no están solo en frecuencias armónicas ( múltiplos enteros ) de cualquiera, como la distorsión armónica , sino también en las frecuencias de suma y diferencia de las frecuencias originales y en sumas y diferencias de múltiplos de esas. frecuencias.
La intermodulación se debe a un comportamiento no lineal del procesamiento de la señal (equipo físico o incluso algoritmos) que se utiliza. El resultado teórico de estas no linealidades se puede calcular generando una serie de Volterra de la característica, o más aproximadamente mediante una serie de Taylor . [1]
Prácticamente todos los equipos de audio tienen cierta no linealidad, por lo que presentarán cierta cantidad de IMD, que, sin embargo, puede ser lo suficientemente baja como para ser imperceptible para los humanos. Debido a las características del sistema auditivo humano , el mismo porcentaje de IMD se percibe como más molesto en comparación con la misma cantidad de distorsión armónica. [2] [3] [ dudoso ]
La intermodulación también suele ser indeseable en radio, ya que crea emisiones espurias no deseadas , a menudo en forma de bandas laterales . Para las transmisiones de radio, esto aumenta el ancho de banda ocupado, lo que genera interferencias en los canales adyacentes , lo que puede reducir la claridad del audio o aumentar el uso del espectro.
La IMD solo se diferencia de la distorsión armónica en que la señal de estímulo es diferente. El mismo sistema no lineal producirá tanto una distorsión armónica total (con una entrada de onda sinusoidal solitaria) como IMD (con tonos más complejos). En la música, por ejemplo, el IMD se aplica intencionalmente para guitarras eléctricas utilizando avellanados amplificadores o pedales de efectos para producir nuevos tonos en sub armónicos de los tonos que se está reproduciendo en el instrumento. Consulte Análisis de número de acordes de potencia .
La IMD también es distinta de la modulación intencional (como un mezclador de frecuencia en receptores superheterodinos ) donde las señales que se van a modular se presentan a un elemento no lineal intencional ( multiplicado ). Vea mezcladores no lineales como diodos mezcladores e incluso circuitos mezcladores osciladores de un solo transistor . Sin embargo, mientras que los productos de intermodulación de la señal recibida con la señal del oscilador local están previstos, los mezcladores superheterodinos pueden, al mismo tiempo, producir efectos de intermodulación no deseados a partir de señales fuertes cercanas en frecuencia a la señal deseada que caen dentro de la banda de paso del receptor. .
Causas de la intermodulación
Un sistema lineal no puede producir intermodulación. Si la entrada de un sistema lineal invariante en el tiempo es una señal de una sola frecuencia, entonces la salida es una señal de la misma frecuencia; solo la amplitud y la fase pueden diferir de la señal de entrada.
Los sistemas no lineales generan armónicos en respuesta a una entrada sinusoidal, lo que significa que si la entrada de un sistema no lineal es una señal de una sola frecuencia,entonces la salida es una señal que incluye varios múltiplos enteros de la señal de frecuencia de entrada; (es decir, algunos de).
La intermodulación ocurre cuando la entrada a un sistema no lineal se compone de dos o más frecuencias. Considere una señal de entrada que contiene tres componentes de frecuencia en, , y ; que puede expresarse como
donde el y son las amplitudes y fases de los tres componentes, respectivamente.
Obtenemos nuestra señal de salida, , pasando nuestra entrada a través de una función no lineal :
contendrá las tres frecuencias de la señal de entrada, , , y (que se conocen como las frecuencias fundamentales ), así como una serie de combinaciones lineales de las frecuencias fundamentales, cada una en la forma
dónde , , y son números enteros arbitrarios que pueden asumir valores positivos o negativos. Estos son los productos de intermodulación (o IMP ).
En general, cada uno de estos componentes de frecuencia tendrá una amplitud y fase diferente, que depende de la función no lineal específica que se utilice, y también de las amplitudes y fases de los componentes de entrada originales.
De manera más general, dada una señal de entrada que contiene un número arbitrario de componentes de frecuencia , la señal de salida contendrá una serie de componentes de frecuencia, cada uno de los cuales puede describirse mediante
donde los coeficientes son valores enteros arbitrarios.
Orden de intermodulación
El orden de un producto de intermodulación dado es la suma de los valores absolutos de los coeficientes,
Por ejemplo, en nuestro ejemplo original anterior, los productos de intermodulación de tercer orden (IMP) ocurren donde :
En muchas aplicaciones de radio y audio, los IMP de orden impar son de mayor interés, ya que se encuentran cerca de los componentes de frecuencia originales y, por lo tanto, pueden interferir con el comportamiento deseado. Por ejemplo, la distorsión de intermodulación de tercer orden ( IMD3 ) de un circuito se puede ver al observar una señal que se compone de dos ondas sinusoidales , una en y uno en . Cuando reduce al cubo la suma de estas ondas sinusoidales, obtendrá ondas sinusoidales en varias frecuencias, incluidas y . Si y son grandes pero muy juntos entonces y estará muy cerca de y .
Intermodulación pasiva (PIM)
Como se explicó en una sección anterior , la intermodulación solo puede ocurrir en sistemas no lineales. Los sistemas no lineales se componen generalmente de componentes activos , lo que significa que los componentes deben estar polarizados con una fuente de alimentación externa que no es la señal de entrada (es decir, los componentes activos deben estar "encendidos").
Sin embargo, la intermodulación pasiva (PIM) ocurre en dispositivos pasivos (que pueden incluir cables, antenas, etc.) que están sujetos a dos o más tonos de alta potencia. [4] El producto PIM es el resultado de dos (o más) tonos de alta potencia que se mezclan en las no linealidades del dispositivo, como uniones de metales diferentes o uniones de óxido de metal, como conectores sueltos y corroídos. Cuanto más altas sean las amplitudes de la señal, más pronunciado será el efecto de las no linealidades y más prominente será la intermodulación que se produce, aunque en la inspección inicial, el sistema parecería ser lineal e incapaz de generar intermodulación.
También es posible que una única portadora de banda ancha genere PIM si pasa a través de una superficie o defecto de generación de PIM. Estas distorsiones aparecerían como lóbulos laterales en una señal de telecomunicaciones e interferirían con los canales adyacentes e impedirían la recepción.
PIM puede ser un problema grave en los sistemas de comunicación modernos. Las rutas que comparten tanto la transmisión de alta potencia como la señal de recepción son las más susceptibles a este tipo de interferencia. Una vez que la interferencia PIM encuentra su camino para recibir la ruta, no se puede filtrar ni separar. [5]
Fuentes de PIM
Los materiales ferromagnéticos son los materiales más comunes a evitar e incluyen ferritas, níquel (incluido el niquelado) y aceros (incluidos algunos aceros inoxidables). Estos materiales exhiben histéresis cuando se exponen a campos magnéticos inversos, lo que resulta en la generación de PIM.
PIM también se puede generar en componentes con defectos de fabricación o mano de obra, como juntas de soldadura frías o agrietadas o contactos mecánicos mal hechos. Si estos defectos se exponen a altas corrientes de RF, se puede generar PIM. Como resultado, los fabricantes de equipos de RF realizan pruebas PIM de fábrica en los componentes para eliminar la PIM causada por estos defectos de diseño y fabricación.
PIM también puede ser inherente al diseño de un componente de RF de alta potencia donde la corriente de RF se fuerza a canales estrechos o restringida.
En el campo, la PIM puede ser causada por componentes que se dañaron en tránsito al sitio de la celda, problemas de mano de obra de instalación y por fuentes externas de PIM. Algunos de estos incluyen:
- Superficies o contactos contaminados por suciedad, polvo, humedad u oxidación.
- Uniones mecánicas sueltas debido a un par inadecuado, una mala alineación o superficies de contacto mal preparadas.
- Uniones mecánicas sueltas causadas durante el transporte, golpes o vibraciones.
- Escamas o virutas de metal dentro de las conexiones de RF.
- Contacto inconsistente de metal con metal entre las superficies del conector de RF causado por cualquiera de los siguientes:
- Materiales dieléctricos atrapados (adhesivos, espuma, etc.), grietas o distorsiones en el extremo del conductor externo de los cables coaxiales, a menudo causadas por apretar demasiado la tuerca trasera durante la instalación, conductores internos sólidos distorsionados en el proceso de preparación, conductores internos huecos excesivamente agrandados o se hace ovalada durante el proceso de preparación.
- La PIM también puede ocurrir en conectores, o cuando los conductores hechos de dos metales galvánicamente no emparejados entran en contacto entre sí.
- Objetos metálicos cercanos en el haz directo y lóbulos laterales de la antena de transmisión, incluidos tornillos oxidados, tapajuntas de techo, tubos de ventilación, cables de sujeción, etc.
Pruebas PIM
IEC 62037 es el estándar internacional para pruebas PIM y proporciona detalles específicos sobre configuraciones de medición PIM. El estándar especifica el uso de dos tonos de +43 dBm (20W) para las señales de prueba para la prueba PIM. Este nivel de potencia ha sido utilizado por los fabricantes de equipos de RF durante más de una década para establecer especificaciones PASA / FALLO para componentes de RF.
Intermodulación en circuitos electrónicos
La distorsión inducida por desplazamiento (SID) puede producir distorsión de intermodulación (IMD) cuando la primera señal se desplaza (voltaje cambiante) en el límite del producto de ancho de banda de potencia del amplificador . Esto induce una reducción efectiva de la ganancia, modulando parcialmente la amplitud de la segunda señal. Si SID solo ocurre para una parte de la señal, se denomina distorsión de intermodulación "transitoria". [6]
Medición
La distorsión de intermodulación en audio generalmente se especifica como el valor cuadrático medio (RMS) de las diversas señales de suma y diferencia como un porcentaje del voltaje RMS de la señal original, aunque puede especificarse en términos de potencias de componentes individuales, en decibelios , como es común con el trabajo de RF . Las pruebas estándar de audio IMD incluyen el estándar SMPTE RP120-1994 [6] donde se utilizan dos señales (a 60 Hz y 7 kHz, con relaciones de amplitud de 4: 1) para la prueba; muchos otros estándares (como DIN, CCIF) utilizan otras frecuencias y relaciones de amplitud. La opinión varía sobre la proporción ideal de frecuencias de prueba (por ejemplo, 3: 4, [7] o casi, pero no exactamente, 3: 1, por ejemplo).
Después de alimentar el equipo bajo prueba con ondas sinusoidales de entrada de baja distorsión, la distorsión de salida se puede medir usando un filtro electrónico para eliminar las frecuencias originales, o se puede realizar un análisis espectral usando Transformaciones de Fourier en software o un analizador de espectro dedicado , o al determinar la intermodulación efectos en el equipo de comunicaciones, pueden realizarse utilizando el receptor bajo prueba.
En las aplicaciones de radio , la intermodulación se puede medir como la relación de potencia del canal adyacente . Son difíciles de probar las señales de intermodulación en el rango de GHz generadas a partir de dispositivos pasivos (PIM: intermodulación pasiva). Los fabricantes de estos instrumentos PIM escalares son Summitek y Rosenberger. Los desarrollos más recientes son instrumentos PIM para medir también la distancia a la fuente PIM. Anritsu ofrece una solución basada en radar con baja precisión y Heuermann ofrece una solución de analizador de redes vectoriales de conversión de frecuencia con alta precisión.
Ver también
- Beat (acústica)
- Medidas del sistema de audio
- Punto de intersección de segundo orden
- Punto de intercepción de tercer orden , una métrica de un amplificador o sistema relacionado con la intermodulación
- Efecto Luxemburg-Gorky
Referencias
- ^ Rouphael, Tony J. (2014). Arquitectura y diseño de receptores inalámbricos: antenas, RF, sintetizadores, señal mixta y procesamiento de señal digital . Prensa académica. pag. 244. ISBN 9780123786418.
- ^ Francis Rumsey; Tim Mccormick (2012). Sonido y grabación: una introducción (5ª ed.). Prensa Focal. pag. 538. ISBN 978-1-136-12509-6.
- ^ Gary Davis; Ralph Jones (1989). El manual de refuerzo de sonido (2ª ed.). Yamaha / Hal Leonard Corporation. pag. 85 . ISBN 978-0-88188-900-0.
- ^ Interferencia de intermodulación pasiva en sistemas de comunicación, PL Lui, Electronics & Communication Engineering Journal, año: 1990, volumen: 2, número: 3, páginas: 109-118.
- ^ "Características de intermodulación pasiva", M. Eron, Microwave Journal, marzo de 2014.
- ^ a b Referencia de audio AES Pro para mensajería instantánea
- ^ http://www.leonaudio.com.au/3-4.ratio.distortion.measurement.pdf Graeme John Cohen: relación 3-4; Un método para medir los productos de distorsión.
Este artículo incorpora material de dominio público del documento de la Administración de Servicios Generales : "Norma Federal 1037C" .(en apoyo de MIL-STD-188 )
enlaces externos
- Lloyd Butler (1997). "Rendimiento de intermodulación y medición de componentes de intermodulación" . VK5BR . "Amateur Radio", agosto de 1997 . Consultado el 30 de enero de 2012 .