Diseño de Circuitos Electrónicos para Comunicaciones (página 2)

Partes: 1, 2, 3

Receptor superheterodino de simple conversión (IV)
Ventajas del receptor superheterodino:
La mayoría de los filtros de alta frecuencia trabajan a frecuencia fija (a la frecuencia intermedia fIF).
La selectividad la fija el filtro de frecuencia intermedia y es, por tanto, fija.
El cambio de frecuencia disminuye la posibilidad de oscilaciones por acoplamientos parásitos entre entrada y salida.
Limitaciones del receptor superheterodino:
Hay que cambiar simultáneamente la frecuencia del oscilador local y del filtro de RF (esto último si el margen de frecuencias a recibir es amplio).
Un nuevo problema: la influencia de la frecuencia imagen.

Receptor superheterodino de simple conversión (V)
(Gp:) fosc
(Gp:) 2085 kHz
(Gp:) 975 kHz
(Gp:) 455 kHz
(Gp:) 1630 kHz
(Gp:) 520 kHz
(Gp:) fRF
(Gp:) 455 kHz
(Gp:) 0
(Gp:) f

El problema de la frecuencia imagen en el ejemplo anterior, sintonizando una emisora de AM en 1 MHz:
(Gp:) 1455 kHz
(Gp:) 0
(Gp:) f
(Gp:) 1MHz
(Gp:) 455 kHz

(Gp:) Señal 1910 kHz

1910 kHz – 1455 kHz = 455 kHz
(Gp:) 455 kHz

La señal de 1910 kHz es también amplificada por la etapa de IF
(Gp:) 455 kHz

(Gp:) 1430 kHz
(Gp:) 2540 kHz
(Gp:) Banda imagen

Receptor superheterodino de simple conversión (VI)
fant
fosc
fIF
Generalización con mezclador ideal:
fIF = ½fant ± fosc½,
siendo fant o bien fRF o bien fim.
¡¡OJO!!:
El filtro de RF no suprime completamente la fim.
Tres posibilidades de diseño:
1- Frecuencia intermedia diferencia, con el oscilador “por debajo”(fosc < fRF): fIF = fRF – fosc Þ fosc = fRF – fIF
2- Frecuencia intermedia diferencia, con el oscilador “por encima”(fosc > f RF): fIF = fosc – fRF Þ fosc = fRF + fIF
3- Frecuencia intermedia suma (poco habitual y sólo en MF y HF):
fIF = fRF + fosc Þ fosc = fIF – fRF

Concepto de “rechazo a la frecuencia imagen”, IR, en receptores superheterodinos
(Gp:) ½vfitro_RF(f) / vfitro_RF(fo)½ [dB]
(Gp:) -40
(Gp:) -35
(Gp:) -30
(Gp:) -25
(Gp:) -20
(Gp:) -15
(Gp:) -10
(Gp:) -5
(Gp:) 0
(Gp:) 0,5·fo
(Gp:) fo
(Gp:) 1,5·fo
(Gp:) 2·fo
(Gp:) 2,5·fo

(Gp:) fRF

(Gp:) fim

(Gp:) IR

¿Cómo mejorar (aumentar) el IR?

Métodos para mejorar el rechazo a la frecuencia imagen en receptores superheterodinos
Usar estructura de mezcladores con rechazo de banda imagen (I/Q).
Usar un filtro de RF más agudo.
Separar más la frecuencia imagen.
(Gp:) vo
(Gp:) p/2
(Gp:) p/2
(Gp:) -/+
(Gp:) vf2’
(Gp:) vs
(Gp:) Antena
(Gp:)

(Gp:) Filtro de IF
(Gp:) Amplificador de IF
(Gp:) Mezcladores con rechazo de banda imagen

Problema técnico: los desfasadores de 90º sólo se pueden construir si la frecuencia cambia relativamente poco.

Ejemplo de receptor con rechazo de banda imagen por estructura I/Q (I)
(Gp:) PLL

(Gp:) Amplif. de bajo ruido

(Gp:) Mezclador I/Q

Ejemplo de receptor con rechazo de banda imagen por estructura I/Q (II)

Ejemplo de receptor con rechazo de banda imagen por estructura I/Q (III)

Ejemplo de receptor con rechazo de banda imagen por estructura I/Q (IV)

Ejemplo de receptor con rechazo de banda imagen por estructura I/Q (V)
(Gp:) AGC

(Gp:) Filtro de entrada

(Gp:) Varicaps del PLL

(Gp:) Control del PLL

Montaje para su uso

(Gp:) MOD

TANK
(Gp:) PREOUT

Ejemplo de receptor con rechazo de banda imagen por estructura I/Q (VI)
Partes del PLL integradas:
El divisor se puede anular o programar como divisor de doble módulo.
(Gp:) Salida del VCO

(Gp:) Salida del VCO

(Gp:) TANK

(Gp:) VCO ADJUST

Ejemplo de receptor con rechazo de banda imagen por estructura I/Q (VII)
El divisor del PLL:

Uso de un filtro de RF más agudo para mejorar el rechazo a la frecuencia imagen (I)
(Gp:) IR’

(Gp:) ½vfitro_RF(f) / vfitro_RF(fo)½ [dB]
(Gp:) -40
(Gp:) -35
(Gp:) -30
(Gp:) -25
(Gp:) -20
(Gp:) -15
(Gp:) -10
(Gp:) -5
(Gp:) 0
(Gp:) 0,5fo
(Gp:) fo
(Gp:) 1,5fo
(Gp:) 2fo
(Gp:) 2,5fo
(Gp:) fim
(Gp:) fRF

(Gp:) IR

Fácil de conseguir si fRF cambia relativamente poco.
Se pueden usar varios circuitos resonantes o “SAWs” (en UHF o VHF)
En caso contrario, hay que usar condensadores variables de varias secciones o varios diodos varicap.
(Gp:) Al amplificador de RF
(Gp:) Oscilador
local

(Gp:) Condensador
variable de tres secciones

(Gp:) Control del oscilador local

(Gp:) + Vcc
(Gp:) G
(Gp:) D
(Gp:) S
(Gp:) Al mezclador
(Gp:) Oscilador
local

(Gp:) Control del oscilador local

Uso de un filtro de RF más agudo para mejorar el rechazo a la frecuencia imagen (II)
(Gp:) G
(Gp:) D
(Gp:) S
(Gp:) Oscilador
local

(Gp:) Control con diodos varicap

(Gp:) ½vfitro_RF(f) / vfitro_RF(fo)½ [dB]
(Gp:) -40
(Gp:) -35
(Gp:) -30
(Gp:) -25
(Gp:) -20
(Gp:) -15
(Gp:) -10
(Gp:) -5
(Gp:) 0
(Gp:) 0,5fo
(Gp:) fo
(Gp:) 1,5fo
(Gp:) 2fo
(Gp:) 2,5fo
(Gp:) fim
(Gp:) fRF

(Gp:) fim’

(Gp:) IR

(Gp:) IR’

¿Cómo se puede aumentar la diferencia entre fRF y fim?
Aumentando fIF. Esto ocurre con las tres posibilidades de diseño del receptor:
Aumento de la diferencia entre fRF y fim para mejorar el rechazo a la frecuencia imagen (I)
Diseño Caso 1 (fosc = fRF – fIF): fRF – fim = 2fIF Þ crece con fIF
Diseño Caso 2 (fosc = fRF + fIF): fim – fRF = 2fIF Þ crece con fIF
Diseño Caso 3 (fosc = fIF – fRF): fim – fRF = 2(fIF – fRF) Þ crece con fIF

Problema: la selectividad del receptor está fijada por la del filtro de IF. Si aumenta fIF aumenta su ancho de banda (para igual Q) y, por tanto, disminuye la selectividad del receptor. Para solucionar este problema hay dos soluciones posibles:
Usar filtros de más calidad (filtros cerámicos de alta calidad o filtros de cristal de cuarzo en vez de cerámicos).
Usar una estructura de conversión múltiple (doble o triple).
Superheterodino de doble conversión:
Aumento de la diferencia entre fRF y fim para mejorar el rechazo a la frecuencia imagen (II)
(Gp:) RF
(Gp:) 1ªIF
(Gp:) 2ªIF
(Gp:)
Demodulador

(Gp:) fosc1
(Gp:) fIF1
(Gp:) fRF
(Gp:) fosc2
(Gp:) fIF2 < fIF1

Receptor superheterodino de doble conversión
Dos frecuencias intermedias:
La primera frecuencia intermedia, fIF1, se elige relativamente alta para conseguir buen rechazo a la frecuencia imagen.
La segunda frecuencia intermedia, fIF2, se elige relativamente baja para obtener una buena selectividad.
La solución se puede generalizar a más conversiones
(Gp:) RF
(Gp:) 1ªIF
(Gp:) 2ªIF
(Gp:)
Demodulador

(Gp:) fosc1
(Gp:) fIF1
(Gp:) fRF
(Gp:) fosc2
(Gp:) fIF2 < fIF1

(Gp:) fosc2
(Gp:) fIF2 < fIF1
(Gp:) 2ªIF
(Gp:) RF
(Gp:) fosc1
(Gp:) fIF1
(Gp:) 1ªIF
(Gp:)
Demodulador

(Gp:) fRF
(Gp:) fosc3
(Gp:) fIF3 < fIF2
(Gp:) 3ªIF

Receptor superheterodino de doble conversión y frecuencia variable de recepción (I)
Mejor solución si el margen de variación de fRF es grande.
El oscilador de más alta frecuencia es el variable (posibles problemas de estabilidad térmica.
La solución es usar PLLs o DDSs.
Posibilidades :
1ª. Primer oscilador variable y primera IF constante:
(Gp:) RF
(Gp:) 1ªIF
(Gp:) 2ªIF
(Gp:) fosc1_min
fosc1_max
(Gp:) fIF1
(Gp:) fRF_min – fRF_max
(Gp:) fosc2
(Gp:) fIF2 < fIF1
(Gp:) Sintonía
(Gp:)
Demodulador

(Gp:)
Demodulador

(Gp:) RF
(Gp:) 1ªIF
(Gp:) 2ªIF
(Gp:) fosc2_min – fosc2_max
(Gp:) fIF1-min – fIF1-max
(Gp:) fRF_min – fRF_max
(Gp:) fosc1
(Gp:) fIF2 < fIF1
(Gp:) Sintonía

El oscilador de más alta frecuencia es de frecuencia fija (mejor desde el punto de vista de la estabilidad térmica).
Solución sólo adecuada si el margen de variación de fRF es pequeño. En caso contrario, existen problemas con el ruido y con el margen dinámico, ya que toda la banda a recibir es procesada por los amplificadores de RF y 1ª IF, que deben ser de banda ancha.
2ª. Primer oscilador constante y primera IF variable:
Receptor superheterodino de doble conversión y frecuencia variable de recepción (II)

Demoduladores de AM: el detector de pico (I)
(Gp:) +
(Gp:) –
(Gp:) vdp
(Gp:) R
(Gp:) vpAM
(Gp:) +
(Gp:) C
(Gp:) D

(Gp:) vpAM

(Gp:) vdp

Demoduladores
En general, es materia abordada en la titulación de grado.
Aquí recordaremos unos pocos ejemplos.