UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA
El Superheterodino Sistemas de Comunicaciones I
KEVIN NELSON QUIÑONEZ MERCADO
20/05/2011
INGENIERIA ELECTRONICA 4T1-EO
Este documento describe el principio de funcionamiento básico del receptor universal El Superheterodino. Además detalla los antecedentes que dieron paso a este invento que revoluciono las comunicaciones inalámbricas.
Antecedentes
Desde los primeros días de la radio, los aspectos principales "sensibilidad y
selectividad" han sido de primordial importancia. Al principio del siglo 20 cuando los
cohesores y los transmisores a chispa estaban en uso, la falta de sensibilidad de los
receptores, limitó el rango en que las transmisiones podían ser detectadas.
Para eliminar o disminuir estos problemas, el rendimiento del receptor debía
incrementarse en forma importante. Esto resultó en la invención del superheterodino.
El nombre se deriva de las palabras superónicas (más allá del rango audible), y
heterodino por el hecho que dos señales son mezcladas simultáneamente.
El concepto básico fue inventado durante la Primera Guerra Mundial, y si bien
básicamente siguen los mismos lineamientos que entonces, los receptores actuales
tienen un rendimiento mucho mayor
La idea de Armstrong
Cuando las fuerzas americanas llegaron a Europa para unirse a las otras tropas en la
guerra contra Alemania, se encontraron que los receptores que tenían no eran aptos
para el trabajo en alta frecuencia que se requería.
Edwin Armstrong pasó algún tiempo investigando el problema y arribó a una solución
similar a la propuesta por Levy. Sin embargo, él propuso que el receptor debería tener
una frecuencia intermedia de frecuencia fija en lugar de una con frecuencia variable.
Una de las principales
ventajas de este criterio, en
esa época, era que superaba
la pobre performance de las
válvulas en las frecuencias
altas. Mediante el empleo de
una FI de baja frecuencia, el
nivel requerido de ganancia
podía ser conseguido sin los
problemas de inestabilidad
que se presentaban en las
frecuencias más altas. Armstrong estableció que las señales recibidas junto con su
modulación podían ser convertidas a una frecuencia más baja en donde podían ser
amplificadas y luego rectificadas de la manera normal.
Armstrong patentó su idea el 30 de Diciembre de 1918 e incluyó en ellas la posibilidad
de varias conversiones. Fue patentada seis meses después que lo hiciera Schottky en
Alemania. Sin embargo, Armstrong había construido y probado un superheterodino de
ocho válvulas. Sus funciones eran: un primer detector o mezclador, un oscilador
heterodino, tres etapa de amplificación en FI, un segundo detector y dos etapas de
amplificación de baja frecuencia. Schottky no había ni construido ni probado su idea de
modo que generalmente de le acredita a Armstrong la invención del superheterodino.
PRINCIPIO DEL SUPERHETERODINO
El principio del superheterodino involucra el uso de un oscilador local para convertir a
la señal que está siendo recibida en una frecuencia fija más baja, un amplificador de
frecuencia intermedia y un filtro. La sintonía se efectúa mediante el cambio de la
frecuencia del oscilador local de modo que señales que se encuentren a diferentes
frecuencias sean capaces de pasar por el filtro
Todas las frecuencias de todos los sistemas que utilizan las ondas de radio para
transportar información llegan a las antenas de nuestros receptores. El amplificador de
RF (radiofrecuencia) inicial se encarga de “seleccionar” sólo una porción que pueda
interesarnos. Por ejemplo: en un receptor de FM, dejará pasar la porción comprendida
entre los 80Mhz y los 110Mhz para luego permitir que escuchemos con comodidad la
banda de 88Mhz – 108Mhz. Para el caso de la banda de AM, dejará ingresar la banda
que se extiende entre los 500Khz y los 1800Khz. para que podamos recibir las
emisiones entre 550 y 1750Khz. Así, el amplificador de RF nos “pre-selecciona” lo
que deseamos escuchar, rechazando todo lo demás que esté ahí afuera sobre
nuestra antena.
El oscilador local es un circuito interno del receptor que se puede operar desde un
control manual o desde un control sintetizado (PLL) y está encargado de generar una
frecuencia que sea capaz de “mezclarse” con las que nos ha dejado pasar el
amplificador de RF. Una frecuencia única generada por el oscilador local generará
múltiples frecuencias a la salida del mezclador.
La ventaja de esta técnica es que un filtro de buen rendimiento se puede diseñar para
una frecuencia fija. El diseño de un filtro de frecuencia variable es mucho más difícil y
de rendimiento menor.
¿Qué logramos con este tipo de receptores? Por sobre todas las cosas: selectividad.
No podemos dejar de mencionar una notable mejoría en sensibilidad, pero la mejor de
las características que se logra es la selectividad.
Cuando el canal de frecuencia intermedia está bien calibrado y ajustado a una única
banda o frecuencia pasante se logra la selectividad deseada, se posibilita el rechazo a
frecuencias que no coinciden con el canal de paso (ecuaciones en color rojo) y se
obtiene como resultado una única frecuencia para procesar y extraer de ella la
información útil que deseamos recuperar, información que fue incorporada a la
portadora. Todos los demás resultados de la mezcla serán rechazados y
eliminados por el canal de frecuencia intermedia.
En etapas posteriores, la señal recuperada interpretada, decodificada o demodulada.
Esto significa que se utilizan circuitos específicos para obtener la señal original
enviada desde el transmisor. Finalmente la información útil es mostrada en imagen,
amplificada en audio, traducida a datos, etc. Sin duda alguna, estamos ante el
desarrollo de una idea magnífica y de un principio de funcionamiento que no ha podido
ser superado en casi 100 años.
Ventajas del sistema
La mayor parte del trayecto de la señal de radio ha de ser sensible solo a una estrecha
gama de frecuencias. Solamente la parte anterior a la etapa conversora (la
comprendida entre la antena y el mezclador) necesita ser sensible a una gama amplia
de frecuencias.
Como ejemplo, en un receptor de AM podría necesitar ser eficiente en una gama de 1
a 30 MHz, mientras que el resto del receptor solo necesitaría una respuesta correcta a
la FI, esto es a 460 o 470 KHz. según los casos.
Otra ventaja es que se evitan los acoplamientos indebidos entre pasos por
capacidades parásitas generadas por cables y pistas de circuito impreso, al usar una
frecuencia constante.
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