Un heterodino (oscilador de referencia) en un receptor (transmisorEn la mayoría de los casos, el generador de señales que determina la frecuencia de la recepción se llama heterodino. Aunque su función se describe como auxiliar, tiene un impacto muy significativo en la calidad de la unidad receptora o transmisora.
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Designación de heterodino y principio de recepción heterodina
En los primeros tiempos de la recepción de radio, un heterodino era esencial para construir un circuito receptor. La señal captada por el circuito de entrada oscilante se amplificaba y luego se detectaba y se introducía en un amplificador de baja frecuencia. Con el desarrollo de los circuitos, surgió el problema de construir un amplificador de radio de alta ganancia.
Para solapar un gran alcance, se diseñó con un amplio ancho de banda, lo que lo hacía propenso a la autoexcitación. Los amplificadores conmutables resultaron ser demasiado complicados y engorrosos.
Todo esto cambió con la invención de la recepción heterodina. La señal de un oscilador sintonizable (o fijo) se introduce en un mezclador. La otra entrada del mezclador es la señal recibida y la salida es un gran número de frecuencias Raman, que son las sumas y diferencias de las frecuencias de la señal heterodina y la recibida en varias combinaciones. En la aplicación práctica suele haber dos frecuencias:
- f señal heterodina-f;
- f-señal - f-heterodina.
Estas frecuencias se denominan frecuencias espejo entre sí. La recepción se realiza en un canal, el otro es filtrado por los circuitos de entrada del receptor. La diferencia se llama frecuencia intermedia (FI) y su valor se elige al diseñar el receptor o el transmisor. Las demás frecuencias combinadas se filtran con el filtro de frecuencia intermedia.
En el caso de los equipos industriales, existen normas para seleccionar la frecuencia de FI. En los equipos de aficionados, esta frecuencia se selecciona en función de diversas condiciones, como la disponibilidad de componentes para construir un filtro de banda estrecha.
La frecuencia intermedia filtrada se amplifica en el amplificador de FI. Como esta frecuencia es fija y el ancho de banda es pequeño (2,5...3 kHz es suficiente para la información vocal), el amplificador para ella puede hacerse fácilmente de banda estrecha con una alta ganancia.
Hay circuitos que utilizan la frecuencia combinada - señal f + f-heterodina. Estos circuitos se denominan de "conversión ascendente". Esto simplifica el circuito de entrada del receptor.
También existe una técnica de conversión directa (¡no confundir con la amplificación directa!) en la que la recepción es casi en la frecuencia heterodina. Este sistema de circuitos es sencillo en cuanto a su construcción y ajuste, pero las técnicas de conversión directa tienen inconvenientes inherentes que pueden restar rendimiento.
También se utilizan heterodinas en el transmisor. Tienen la función inversa de llevar una señal modulada de baja frecuencia a la frecuencia de transmisión. Puede haber más de un heterodino en los equipos de comunicación. Así, si se utiliza un circuito con dos o más conversiones de frecuencia, se utilizan dos o más heterodinas respectivamente. También puede haber heterodinas en el circuito que realicen funciones adicionales: restauración de una portadora suprimida durante la transmisión, formación de paquetes telegráficos, etc.
La potencia del heterodino en el receptor es pequeña. En la mayoría de los casos, unos pocos milivatios son suficientes para cualquier aplicación. Pero la señal heterodina, si el circuito del receptor lo permite, puede filtrarse en la antena y puede recibirse a varios metros de distancia.
Existe una historia popular entre los radioaficionados según la cual, cuando se prohibieron las emisoras de radio occidentales, los representantes de los servicios de seguridad solían pasearse por la entrada de las casas con receptores sintonizados en las frecuencias de las "voces enemigas" (corregidas por la frecuencia intermedia). Supuestamente era posible determinar quién escuchaba las transmisiones prohibidas por la presencia de señales.
Requisitos de los parámetros heterodinos
El principal requisito de una señal heterodina es la pureza espectral. Si el heterodino genera una tensión distinta a la sinusoidal, se generan frecuencias Raman adicionales en el mezclador. Si éstas caen dentro del ancho de banda de los filtros de entrada, se producen canales de recepción adicionales, así como "puntos de impacto": se producen silbidos en algunas frecuencias de recepción, lo que interfiere en la recepción de una señal útil.
Otro requisito es la estabilidad del nivel y la frecuencia de la señal de salida. El segundo es especialmente importante cuando se procesan señales con una portadora suprimida (SSB, DSB, etc.) La estabilidad del nivel de salida se obtiene fácilmente aplicando reguladores de tensión para alimentar los osciladores maestros y seleccionando correctamente el modo de elemento activo (transistor).
La constancia de la frecuencia depende de la estabilidad de los elementos de referencia de la frecuencia (capacitancia e inductancia del circuito oscilante) y también de la constancia de la capacitancia de la instalación. La inestabilidad de los elementos LC viene determinada principalmente por las variaciones de temperatura durante el funcionamiento del heterodino. Para estabilizar los componentes del circuito, éstos se colocan en termostatos o se toman medidas especiales para compensar la deriva de la temperatura de la capacitancia y la inductancia. Las bobinas de inductancia suelen intentar ser totalmente termoestables.
Para ello se utilizan construcciones especiales: las bobinas se enrollan con una fuerte tensión de alambre, las espiras se rellenan con un compuesto para evitar el desplazamiento de las espiras, el alambre se quema en un marco de cerámica, etc.
Para reducir la influencia de la temperatura en la capacidad del condensador de referencia, éste se compone de dos o más elementos, seleccionándolos con diferentes valores y signos del coeficiente de temperatura de la capacitancia, de manera que se compensen mutuamente por calentamiento o enfriamiento.
Las heterodinas controladas electrónicamente, que utilizan varicaps como capacitadores, no son muy utilizadas debido a los problemas de estabilidad térmica. La dependencia de la temperatura no es lineal y es difícil de compensar. Por lo tanto, los varicaps sólo se utilizan como elementos de desintonización.
La capacitancia del conjunto se suma a la capacitancia del condensador de referencia, y su inestabilidad también conduce a la deriva de la frecuencia. Para evitar la inestabilidad de la instalación, todos los elementos heterodinos tienen que estar montados de forma muy rígida para evitar los más mínimos desplazamientos entre ellos.
Un verdadero avance en la construcción de osciladores fue el desarrollo en los años 30 de la tecnología de fundición en polvo en Alemania. Esto permitió fabricar complejas formas tridimensionales para los componentes de la radio, lo que permitió lograr una rigidez de montaje sin precedentes en la época. Esto llevó la fiabilidad de los sistemas de radio de la Wehrmacht a un nuevo nivel.
Si el heterodino no es sintonizable, el elemento de captación de frecuencia suele ser un oscilador de cristal. El resultado es una oscilación extremadamente estable.
En los últimos años ha habido una tendencia a utilizar sintetizadores de frecuencia digitales en lugar de osciladores LC como heterodinos. Es fácil conseguir una tensión y una frecuencia de salida estables, pero la pureza espectral deja mucho que desear, sobre todo si la señal se genera con microchips baratos.
Hoy en día, las antiguas tecnologías de recepción de radio están siendo sustituidas por otras nuevas, como la DDC (digitalización directa). No está lejos el momento en que las heterodinas en los equipos receptores desaparezcan como clase. El momento no llegará pronto, por lo que el conocimiento de las frecuencias heterodinas y los principios de la recepción heterodina serán demandados durante mucho tiempo.
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