Principios de Telecomunaciones. (Ondas de Radio

Principios de Telecomunicaciones

Prof: Eduardo Osorio N.

Telecomunicaciones.

Tal como lo entenderemos en este curso se refiere al envío, recepción yprocesamiento de información mediante medios eléctricos. Es necesario recordar algunosconceptos de señales eléctricas.

Ondas Electromagnéticas.

Las ondas electromagnéticas son variaciones en los campos eléctricos y magnéticosque se propagan a través del aire como las ondas de sonido. Las ondas electromagnéticaspueden provenir de fuentes naturales o de fuentes artificiales. Las ondas electromagnéticasde fuente natural más representativas, es la de la luz del sol.

Las fuentes de ondas electromagnéticas artificiales se utili zan para transportarseñales de numerosos sistemas como la telefonía móvil , la televisión, la radio, etc.

El descubrimiento de las ondas electromagnéticas fue uno de los avances másimportantes del siglo XIX. Cuando Maxwell postuló la existencia de estas ondas consiguióaclarar el problema de la naturaleza de la luz, y además unir la electricidad, el magnetismoy la óptica en una misma rama. Sin embargo no pudo demostrar su existencia , fue Hertz 20años después, en 1887, el primero en producir ondas electromagnéticas y con elloconfirmar las leyes de Maxwell.

T = 1/F Æ F = 1/T

λ = λ = v / Fdonde v = 3* 10 8 [m/s]

Se define la longitud de onda (λ) como ladistancia que recorre el pulso mientras unapartícula del medio que recorre la onda realiza unaoscilación completa. El tiempo que tarda enrealizar la oscilación se llama período ( T) y lafrecuencia ( n) es el número de oscilaciones(vibraciones completas) que efectúa cualquierpartícula, del medio perturbado por donde sepropaga la onda, en un segundo.

Longitud de onda ( λλ) (Lambda) es la distanciaentre dos puntos de la onda adyacentes que tienenla misma fase.Longitud de Onda (Wavelength) Es la distancia que unaonda de presión viaja alejándose de su punto de origen antesde que otra onda sea emitida. En el sonido, las frecuenciasaltas tienen longitudes de onda pequeñas y son fácilmentebloqueadas o reflejadas mientras que en las frecuencias bajases exactamente lo contrario.



Dentro de este tipo de ondas dependiendo de su longitud de onda y frecuencia, seclasifican en distintos tipos. Las aplicaciones fueron inmediatas y hoy en día las ondas deradio y televisión, las microondas, los Rayos X..., son algo cotidiano.

Clasificación de las OEM.

Conceptos básicos

Las ondas de Radio son un tipo de ondas electromagnéticas, lo cual confiere tresventajas importantes:

• No es necesario un medio físico para su propagación, las ondas electromagnéticaspueden propagarse incluso por el vacío.

• La velocidad es aprox. la misma que la de la luz, es decir 300.000 Km/seg.• Objetos que a nuestra vista resultan opacos son transparentes a las ondas

electromagnéticas.No obstante las ondas electromagnéticas se atenúan con la distancia, de igual forma y

en la misma proporción que las ondas sonoras. Pero esta desventaja es posible minimizarla



empleando una potencia elevada en la generación de la onda, además que tenemos laventaja de la elevada sensibili dad de los receptores.

Nota:La propagación de una onda electromagnética es un fenómeno físico que se caracterizapor la disminución de la potencia con el cuadrado de la distancia; de tal manera que aldoble de distancia se tiene cuatro veces menos potencia. Para caracterizar por completouna fuente emisora es necesario conocer la potencia de emisión, la frecuencia, la antenautili zada y sus características y el entorno en el que se propaga la onda. Con estos datos sepuede calcular el nivel de campo producido por la fuente emisora.

En la teoría de antenas se demuestra que sólo se puede radiar una señal en forma efectivasi la antena radiadora (transmisora) es del orden de un décimo o más de la longitud deonda correspondiente a la frecuencia de las señales radiadas en la voz humana, lafrecuencia máxima es ≈ 10 khz, lo cual corresponde a una longitudde onda mínima de 30,000 m. Por lo tanto, el tamañomodulación traslada el espectro de frecuencias de la voz afrecuencias más altas, reduciendo así la longitud de laantena.

¿Cómo se generan ondas de radio?.

En cualquier circuito eléctrico recorrido por una corriente variable se genera unaonda electromagnética que es radiada al espacio alejándose del circuito a una velocidadcercana a la de la luz. La radiación de energía en forma de ondas de radio no resultaapreciable a menos que las dimensiones del circuito sean comparables con las de lalongitud de onda radiada.

Las ondas de radio son generadas aplicando una corriente alterna de radiofrecuenciaa una antena. La antena es un conductor eléctrico de características especiales que debido ala acción de la señal aplicada genera campos magnéticos y eléctricos variables a sualrededor, produciendo la señal de radio en forma de ondas electromagnéticas

Estas ondas se transmiten desde un punto central (la antena emisora) de forma radial y entodas direcciones (isotrópico). Esto quiere decir que las ondas de radio se propagan a partirdel punto en que son generadas, siendo capaces de alcanzar grandes distancias. Lapropagación se hace en tres métodos fundamentales:



1.- Onda Terrestre (o de superficie).

Las ondas terrestres son aquellas que se propagan sobre la superficie de la Tierra omuy cerca de ella. En este tipo de propagación se observa que las ondas terrestresmantienen contacto permanente con la superficie de la tierra desde la antena transmisorahasta la receptora.

Como resultado de ello, su movimiento sobre el terreno provoca la aparición decorrientes eléctricas que debilit an la onda original a medida que la misma se aleja de laantena transmisora. A una determinada distancia (desde la antena transmisora), quedepende de la potencia emitida como así también de la frecuencia, la amplitud de la ondaterrestre se anula. A medida que la longitud de onda disminuye, las corrientes inducidas enel terreno debilit an tanto la onda terrestre que la pérdida total de energía provoca ladesaparición de la onda.

En principio las ondas de radio se desplazan en línea recta, atravesando la mayoríade los objetos que estén en su camino con mayor o menor atenuación. Las pérdidas pordicha atenuación dependen de la frecuencia de la transmisión y de las característicaseléctricas de la tierra o el material atravesado. En términos generales a menor frecuenciamayor es el alcance de la onda y cuanta menor sea la densidad del material más fácil seráatravesarlo.

En esta propagación, las ondas siguen la curvatura de la Tierra y su orografía. Deesta forma pueden salvar montañas y alcanzar una considerable distancia antes de serabsorbidas por el propio suelo. Este tipo de propagación se da en frecuencias bajas,inferiores a los 4 MHz, siendo mayor el alcance para frecuencias más bajas. Este tipo depropagación se da en emisoras de radiodifusión de onda media y onda larga.



2.- Onda Espacial

En este tipo de propagación, las ondas de radio parten del transmisor y llegandirectamente al receptor en línea recta. Para que se establezca este tipo de enlace se necesitaque haya visibili dad óptica entre el emisor y el receptor. Esta propagación se utili za sobretodo en altas frecuencias, por encima de los 50 MHz, pues las altas frecuencias se venmenos afectadas por los fenómenos atmosféricos, además de requerir antenas de longitudmás pequeña. Además, para estas altas frecuencias se puede generar un haz de ondas muydirigido, lo que evita que la información llegue a lugares no deseados, garantizando así unrelativo secreto en las comunicaciones. Este tipo de propagación se da, por ejemplo, entelevisión y en radio FM, así como en las comunicaciones de la policía, bomberos,ambulancias, empresas privadas, etc

La onda espacial representa energía que viaja directamente desde la antenatransmisora a la antena receptora, a través del espacio que la separa. El alcance máximo delenlace esta dado por las suma de las distancias del transmisor al radiohorizonte y de éste alreceptor; esta distancia es relativamente pequeña y depende de la altura de las antenas,estando limitada para efectos prácticos a menos de 100 Km

3.- Onda Ionosférica.

Las reflexiones ionosféricas se producen en las bandas de MF y HF (0.3MHz y 30MHz)

MF : 0 a 2000 km.HF : 50 a 4000km

5DGLR�KRUL]RQWH

K�7[

K�5[

G�7[��!�5K G�5K��!�5[



Sin duda éste es el tipo de propagación más importante. Aquí influye la ionosfera,que es una capa atmosférica situada entre los 40 km y los 320 km, y está formada por aireenrarecido fuertemente ionizado por la radiación solar. Cuando esta capa se hallaeléctricamente cargada, se produce una refracción o desviación de la trayectoria de lasondas de radio que se va repitiendo y se convierte en una reflexión actuando a modo deespejo que devuelve las ondas a la Tierra. Esta reflexión puede salvar la curvatura de laTierra y permitir así la comunicación entre dos estaciones que disten varios miles dekilómetros. Se puede llegar así a una distancia superior a los 4000 km. A veces ocurre quela Tierra refleja también las ondas de radio hacia la ionosfera, que a su vez vuelve areflejarlas otra vez a la Tierra, y así sucesivamente, incrementando la distancia en cadasalto. De esta forma se puede comunicar con cualquier punto del planeta si se dan lascondiciones necesarias. A este tipo de reflexión se le denomina "reflexión múltiple" (osaltos múltiples).

Los estratos de gas ionizado no son fijos. Se producen por la acción ionizante deradiaciones de elevada energía (conocidas como radiaciones cósmicas) sobre las moléculasy átomos de gas presentes en la ionosfera. Esto provoca que los estratos no se encuentrenfijos, sino que varían de altura, espesor y grado de ionización según las condiciones delmomento, la hora del día y la estación del año. Estos estratos no suelen reflejar ondas deradio de frecuencia superior a los 30 MHz, aunque a veces se dan circunstanciasexcepcionales en las que se pueden reflejar frecuencias de hasta 140 MHz, e inclusosuperiores. A los estratos que pueden reflejar estas frecuencias se les llama "estratosesporádicos", y se hallan a una altura comprendida entre los 90 km y los 130 km.

Las posibili dades de comunicación por propagación ionosférica vienendeterminadas por la frecuencia utili zada y por el nivel de ionización de la atmósfera.Cuanto mayor es la frecuencia de la onda, tanto menor será la refracción sufrida por lamisma en la ionosfera. En cada momento del día existe una máxima frecuencia que esreflejada por la ionosfera a la Tierra, y se le conoce como Frecuencia Útil Máxima, MUF.Las frecuencias por encima de la MUF no se reflejan, y se van por el espacio.

La MUF depende del grado de ionización de la ionosfera, que a su vez depende dela radiación solar. Cuanto mayor sea la radiación solar, tanto mayor será la ionización de laionosfera, y tanto mayor será la MUF. Por tanto, la MUF será mayor en verano que eninvierno, y será mayor de día que de noche. Se sabe que la actividad solar está muyrelacionada con la aparición de las manchas solares, y cuanto mayor sea el número demanchas solares, mayor será la actividad solar, y mayor la ionización de la ionosfera. Lasmanchas solares siguen un ciclo de unos 11 años, de forma que cada 11 años la actividadsolar es máxima, y por tanto la MUF también. También existen períodos de mínimaactividad solar, en los que la MUF es mínima.

Existe también una frecuencia mínima utili zable, relacionada directamente con la MUF.Las frecuencias por debajo de un umbral son absorbidas por la ionosfera. De esta forma, se



tiene un rango de frecuencias utili zable que depende de la hora del día, de la estación delaño y de la actividad solar.

Los que posean un receptor de onda corta podrán observar que por el día se recibenemisoras en las bandas de frecuencia más altas, y las bandas de frecuencias más bajaspermanecen prácticamente mudas. Esta situación se invierte por la noche.

Este tipo de propagación es la que permite a los radioaficionados hablar con gentede todo el mundo, y a las emisoras internacionales ser escuchadas a miles de kilómetros dedistancia.

En resumen:

El hecho que las distancias de radio alcancen distancias considerables y que seaposible detectarlas mediante una antena y un receptor, hace que su uso sea conveniente parala repartición de información.

¿Por qué si una señal de voz puede ser transformada mediante un micrófono en señaleléctrica luego ser ampli ficada para posteriormente ser enviada a una antena para serradiada, se requiere de una portadora?.

Dos son las principales limitantes, para ello:

¾ Como la frecuencia es muy baja, la longitud de onda es muy grande por lo tanto laantena debería tener dimensiones impracticables.

¾ Todos los seres humanos producen el mismo rango de frecuencia con su voz, por lotanto el uso de un sistema semejante implicaría que un solo individuo podríscomunicarse.

Afortunadamente existe un proceso que permite trasladar la información contenida enuna banda base a los alrededores de cualquier frecuencia, frecuencia que puede ser muchomayor que la frecuencia en la banda base. Este proceso se conoce como Modulación.



Modular :

Consiste en hacer variar algunos de los parámetros de una onda en forma proporcional a laamplitud de la señal de información y al ritmo de ella.

La expresión matemática de una onda es la siguiente.

V(t) = E sen (wt + φ)

Donde:

E= Vmax de la señalwt = frecuencia angularφ = ángulo de fase (con respecto a una referencia)

RF (Radio Frecuencia):Las frecuencias que son lo suficientemente altas para radiarse demanera eficiente por una antena y propagarse por el espacio libre.

A.M. Comercial: 535KHZ a 1605KHZTV Comercial: VHF baja 2-6 (54MHZ a 88MHZ)VHF alta 7-13 (174 a 216 MHZ)VHF 14 -83 (470MHZ a 890MHZ)



EMISIÓN Y RECEPCIÓN DE AM

MODULACIÓN.-

En la figura se presenta una onda de radiofrecuencia (R.F.) pura, una señal de B.F. y unaonda modulada en amplitud por la señal de B.F.

La salida del bloque anterior corresponde a la señal Modulada en Amplitud que serátransportada hacia la antena para su radiación.

Generación de AM.

Se produce modulación de amplitud de una señal portadora por parte de una señalmodulante de más baja frecuencia cuando ambas señales se aplican a un dispositivo nolineal (D.N.L.).

Recordemos que un dispositivo o sistema se dice que es lineal cuando la relaciónentre la magnitud de salida y la de entrada es descrita por la ecuación de una línea recta(ecuación de primer grado).

Modulador deAmpli tud



Un sistema o dispositivo no lineal en cambio, es aquel en el cual la magnitud desalida está relacionado con la magnitud de entrada a través de una ecuación matemática degrado superior, que graficada da origen a una curva cualquiera.

De las características no lineales la más simple es la cuadrática. Un dispositivo conestas características podría generar una serie de señales armónicos entre las que estarían

io = k (vm + vp) + k (vm + vp)2

io = kvm + kvp + k (vm2 + 2 vm vp + vp2)

io = kvm + kvp + kvm2 + 2k vm vp + vp2

comovm = Vm sen wmtvp = Vp sen wpt , entonces.

io = k Vm sen wmt + k Vp sen wpt + k (Vm senwmt)2 + 2k (Vm sen wmt) (Vp sen wpt) +k (Vp sen wpt)2

Recordemos algunas identidades trigonométricas necesarias.

senx seny = ½ ( cos (x - y) - cos (x + y) )

sen2x = 1/2 -1/2 cos2x

Así;

io = k Vm senwmt + k Vp sen wpt + k Vm2 (1/2 – ½ cos2wmt) + k Vm Vp ( cos (wp –wm)t - cos (wp + wm)t) + k Vp2 (1/2 – ½ cos2wpt)

D.N.L

Io = k vin + kvin2

Vm

Vp



io = k Vm sen wmt + k Vp sen wpt + (k Vm2 )/2 – (k Vm2/2) cos2wmt + k Vm Vp ( cos(wp – wm)t - k Vm Vp cos (wp + wm)t + (k Vp2 )/2 - (k Vp2 /2) cos2wpt

Identificándose en el resultado anterior los tres componentes típicos de una señal deAM (portadora, FLS, FLI).

Estos componentes pueden ser separados de todos los demás mediante un filt roadecuado. En consecuencia el esquema de bloques de un modulador será.

Si la características del dipositivo no lineal fuera representada por la ecuación io = kvin2,entonces se constata que a la saliuda del modulador no aparece la señal de frecuencia iguala la de la portadora; sólo están las frecuencias o bandas laterales, es decir a la salida setendrá lo que se denomina “Doble Banda Lateral sin Portadora” (D.B.L.S.P.). En ese casohay que agregar posteriormente la señal portadora para tener AM con portadora (DSB – LC= Double Side Band – Large Carrier).

Para modular interesa que el dispositivo a usar tenga una característica no linela lomás simple posible, con el objeto de dismunuir la cantidad de productos no deseados a lasalida de el. De esta forma, la tarea del filt ro se facilit a, tarea que consistirá en atenuar lomás posible las señales no deseadas.

Como dispositivos moduladores de baja potencia se pueden utili zar; Diodos, Fets,Transistores polarizados en clase C; para más altas potencias se modula con transistores oválvulas en clase C.

D.N.L Fil tro PasaBanda.

vm

vp

Señal de AM.FLSPFLI

D.N.L Fil tro PasaBanda.

vm

vp

Señal de AMSumadorFLS

FLI



Examinaremos a continuación algunos conceptos y funciones que se utili zan en latelecomunicaciones y que posteriormente serviran para comprender otras sistemaselectrónicos.

Multiplicadores de Frecuencia.

Un multiplicador de frecuencia entrega a su salida una señal cuya frecuencia es unmúltiplo de la frecuencia de la señal aplicada a la entrada.

Del punto de vista de diagrama en bloques.

En general, con un multiplicador el factor de multiplicación máximo que se usa enla práctica es de 4. Si se requiere multiplicar por un factor mayor, es preferible disponer unacascada de multiplicadores.

Ej Si N= 3 y M=4 Æ fout =12fin.

El principio de operación de un multiplicador es simple: la señal sinusoidal deentrada se aplioca a un dispositivo no lineal con el onjeto de distorcionarla lo más posible.De acuerdo a lo estudiado la señal de salida estará constituida por una serie de sinusoides.

Æ la fundamental más una serie de armónicos.

Como filt ro puede usarse un filt ro LC resonante o un tipo más elavorado de filt ro queprovoque una baja atenuación a la frecuencia que se desea hacer pasar por el y una altaatenuación a todas las demás frecuencias.

Vin (f) x N Vout (2f ó 3f ó 4f ó Nf)

Vin (f) x N fout = N x M x finx M

Vin (f) DNL fout = 2f ó 3f ó 4f ó etc.

FiltroPasabanda, debanda pasante

reducida.fo = 2f ó

fo = 3f ó etc.

V out = Vo sen2wt +vo´sen3wt+vo``sen4wt+vo´´´sen5wt+ etc.



Como dispositivo no lineal puede utili zarce un diodo común de Sili cio un diodo varactor,transistores o válvulas operando como ampli ficador en clase C.

Ejemplos de multiplicadores de frecuencia simples se muestran a continuación



Diagrama en bloques simpli ficado de un TX de AM.

Diagrama en bloques típico de un TX de AM.

OsciladorVFO – Xtal

OSintetizador

Separador oBuffer.

Multiplicadorde

frecuencia.

Amplif.De Potencia

de R.F.

Etapa deFilt ro y

adaptaciónde R.F.

Pre-Amplifde Audio.

Procesadorde Audio o

Voz.

Driver oExcitador.

Modulador.

Fuente dePoder.

Driver oExcitador.



Funciones que cumple cada bloque.Oscilador : Entregar una frecuencia de salida o un submúltiplo de ella con la mayorestabili dad posible. Para tener alta estabili dad de frecuencia debe:

9 Entregar una frecuencia baja.9 No producir potencia elevada que aumente las variaciones de Tº a la cual está sometida.

Si es crítico deberá funcionar dentro de un entorno de Tº constante.9 Deberá ser alimentado con tensión estabili zada.9 Deberá ser muy bien construido.9 Su carga deberá ser constante.

Separador o Buffer: Ampli fica en potencia la señal del oscilador y le presentan unaimpedancia de entrada constante (generalmente ampli ficadores en clase A).

Multiplicador . Su función es elevar la frecuencia del oscilador por multiplicación porfactor entero, llevándolo a la frecuencia deseada de salida. Normalmente es un ampli ficadoren clase B o C.

Driver o Excitador : eleva la potencia de la señal para que la excitación de la etapa finalsea la correcta.

Ampli ficador de Potencia RF. Eleva la potencia de la señal al nivel deseado; en ella serealiza la modulación. Es un ampli ficador en clase C.

Etapas de filtro y adaptación de impedancia. Atenúa fuertemente las armónicas de laseñal de salida y adapta la impedancia de salida del ampli ficador o la impedancia de laantena.Modulador.Entrega la potencia de audio necesaria para modular al 100%, ella debe ser como mínimoigual a la mitad de la potencia de la portadora . Es un ampli ficador en baja frecuencia enclase AB o B.

Driver o Excitador . Es un ampli ficador de mediana potencia cuya función es entregar lapotencia de entrada que requiere el modulador.

Pre-Ampli ficador de Audio. Su función es elevar la tensión entregada por el micrófono,tensión que es de unos pocos milivolt.

Procesador de Audio. Tengamos presente lo siguiente en una señal de voz la mayor parteparte de la potencia de ella, esta contenida bajo 500Hz (±60%) mientras que la mayor partede la inteligibili dad de la voz se debe a la frecuencia comprendida entre 500 y 3,5kHz.Resulta posible, entonces restringir el espectro de la frecuencia de la voz a un rango de 300a 3kHz sin que se vea afectada la inteligibili dad pero dejando fuera la mayor parte de la



potencia contenida en la voz, lo cual permite aumentar el índice de modulación en aquellasfrecuencias que más contribuyen a la inteligibili dad.Una señal de voz presentada en función del tiempo mostraría que se caracteriza por unaamplitud promedio bastante baja y por algunas crestas provocadas por ciertos fenómenostales como muestra el dibujo.

Es claro que las crestas de las señales de voz serán las primeras en sobremodular eltransmisor con lo cual la mayor parte de la señal de voz imprimirá un índice de modulaciónmuy bajo que se traduce en una pequeña potencia de información transmitida.

Para aumentar la eficiencia deberá recortarse, limitarse o comprimirse la amplitud de lascrestas de modulación (voz) antes de modular al transmisor.

Recor tador o limitador de ampli tud

Un recortador actúa descrestando la onda de manera que se pueda elevar el valor promediode ella sin que se produzca sobremodulación en las crestas. Todo recortado debe serseguido por un buen filt ro pasa bajos que atenúe los armónicos que se generan, en casocontrario el canal ocupado tiende a aumentar enormemente.

Los recortador pueden construirse con circuitos simples basados en diodos comunes ozener´s.

5YL /2:�

3$66

� W

YR]



Compresores de Audio.

Los compresores de modulación están constituidos por un ampli ficador de gananciacontrolable, controlable con una tensión continua que se realimenta desde la salida y cuyovalor es proporcional a la tensión de salida. A mayor tensión de salida mayor tensiónrealimentada y menos ganancia del ampli ficador. Es una especie de C.A.G. (ControlAutomático de Ganancia).

Usualmente se emplea en el circuito de control de ganancia del ampli ficador un FET,trabajando como resistor variable con la tensión (Gate). Recordemos la forma de lascaracterísticas de Drain de un FET.

� W

YR] YR

W�5HFRUWDGRU

Nivel deGanancia

Controlable.

Rectificador yFilt ro.

Señal deAudio

Señal desalida

comprimida.

Vcc deControl

ID

VDS

VGS = 0

VGS = -1

VGS = -2

ID

VDS

VGS

VGS1

VGS2



Si el FET ha de trabajarse como ampli ficador el punto de trabajo debe quedar ubicado en lazona horizontal de las características.

En la primera parte se puede constatar que la resistencia Drain – Source (RDS) depende dela tensión entre gate y source.

A medida que aumenta la tensión Gate Source, aumenta la resistencia entre Drain y Source(RDS).

Esta variación de RDS puede utili zarce en diversas formas para controlar la ganancia de unampli ficador, por ejemplo, haciéndolo formar parte de un divisor de tensión a la entrada delampli ficador o formar parte de un circuito de realimentación negativa del ampli ficador.

Muchos compresores de volumen vienen incluidos en el micrófono que acompaña altransmisor de radio. Tanto los recortadores como compresores de volumen hacen aumentarnotablemente la eficiencia de un transmisor. Desde el punto de vista de un máximoaprovechamiento de la potencia de información.

En la actualidad es mas factible encontrar un Circuito Integrado realizando dicha función;existen integrados que pueden ser usados como compresores o expansores de “volumen”uno de cuyos representantes es el NE570 y el NE571.

En los transmisores de BLU (Banda Lateral Única) se prefiere un compresor de volumen ocontrol de la ganancia, no a nivel de los circuitos de audio sino que a nivel de los circuitosde R.F. de salida del transmisor.

A continuación, se muestra el esquema de un transmisor de AM.

También, se ha agregado un gráfico que permitirá encontrar el valor de algunoscomponentes, de acuerdo a la frecuencia que se requiera transmitir.

Mayor información:

http://www.frn.net/tech/xmitters/mw/personal/amxmit.pdf





Mezcladores (Mixers).

Los mezcladores son circuitos electrónicos que entregan a su salida señales que tienen unafrecuencia igual a la suma o a la diferencia de las frecuencias de las dos señales de entrada.

Para los mezcladores se utili za, a veces, el siguiente símbolo.

La estructura básica de un mezclador es la siguiente:

* En este punto podemos encontrar; Señales de frecuencia igual a las de entrada mássus armónicos (o algunos…dependiendo de lo compleja que sea la característica no linealdel dispositivo o sistema utilizado) más señales cuya frecuencia es igual a la suma y a ladiferencia de las señales de entrada.

Mixerv1 = V1sen w1t (f1)

v2 = V2sen w2t (f2)

(f1+f2) v0= Vo sen (w1+w2)t

ó

(f1-f2) v0= Vo sen (w1-w2)t

f1

f1

f1+f2 óf1-f2

D.N.Lv1 = V1sen w1t (f1)

v2 = V2sen w2t (f2)

(f1+f2 ó(f1-f2)

Filtro PasaBanda. (BWadecuado)

*



Como dispositivo No lineal se pueden usar cualquiera (diodos, fet´s, transistores bipolarespolarizados en zonas no lineales, etc.) pero se prefieren los JFET o los MOSFET porqueadecuadamente polarizados y excitados, poseen una característica no lineal simple con locual la cantidad de productos de mezcla a la salida de ellos es reducida, lo cual facilit a elfilt raje.

La figura siguiente muestra la estructura típica de mezcladoras simples con FET. En ellaLO, significa Local Oscill ator), que corresponde a una de las señales de entrada,proveniente normalmente de un oscilador local. RF corresponde a la segunda señal deentrada y normalmente de pequeña amplitud. IF (frecuencia intermedia) corresponde a laseñal de salida cuya frecuencia es igual a la diferencia de las frecuencia de RF y LO, sellama IF ya que es más baja que RF pero más alta que la baja frecuencia).

/�2�

5�)��VRXUFH

,�)��ORDG



Receptor Superheterodino para AM.

Nota:CAG: Es una tensión continua cuyo valor depende de la amplitud de la portadora que llega al demodulador.F.I. = Frecuencia Intermedia, es la misma para cualquier frecuencia de entrada deseada. F.I. es constante.

)LOWUR�6LQWRQL]DEOH 0L[HU

2VF��/RFDO

) ) ) 'HPRGXODGRU�$0&$*

$PSOLI�%�)�

$PSOLI��3RWHQFLD%�)�



En un receptor superheterodino la frecuencia de entrada, normalmente de alto valory que puede ser cualquiera, es trasladada en frecuencia a una más baja que pasa adenominarse “Frecuencia Intermedia” . Lo anterior se hace mediante un Mixer y unOscilador Local de frecuencia adecuada. La señal de frecuencia intermedia, que es lamisma para cualquier valor de frecuencia de entrada, se ampli fica y filt ra en unampli ficador llamado de “frecuencia intermedia”, constituido por varios ampli ficadores encascada y filt ros apropiados. Los filt ros pueden ser del tipo LC ajustable, cerámicos o decristal; dichos filt ros le confieren al receptor la totalidad de su selectividad a canaladyacente, es decir, de su capacidad para separar el canal deseado de los adyacentes(superior e inferior). El ampli ficador de F.I. es de alta ganancia y en los receptores de AMcontrolado automáticamente en ganancia por la señal proveniente del demodulador.

Uno de los principales problemas de este receptor es que responde a señales nodeseadas que pueden interferir con la señal deseada en forma muy desagradable; enparticular destacaremos la respuesta a la llamada frecuencia imagen de la deseada. Lafrecuencia imagen corresponde a una frecuencia que siempre se encuentra distanciada de laseñal deseada en dos veces el valor de la frecuencia intermedia, hacia arriba o hacia debajode esta dependiendo de si el oscilador local tiene una frecuencia mayor o menor que ladeseada respectivamente. Note que el oscilador local tiene siempre una frecuencia quesiempre está entre la frec deseada y la frec imagen.

En el ejemplo anterior, si

FI = 455 kHzfd = 5,000 MHzf Loc = 5,455 Mhzfi = fd + 2 FI = fd + 2 x 455kHzfi = 5,910 MHz.

IG I/RF IL IGI/RFIL), ),

�), �),

),),

O si

f Loc = 4,545 Mhzfi = fd - 2 FI = fd - 2 x 455kHzfi = 4,090 MHz.



Como se ve claramente del análisis anterior, dada que la frecuencia imagen estáalejada de la deseada en dos veces el valor de FI, parecería deseable tener una frecuenciaintermedia alta de tal forma que el filt ro previo al mixer, atenúe más fácilmente lafrecuencia imagen antes de que ella llegue al mixer; el razonamiento es correcto pero nohay que olvidar que se desea una frecuencia intermedia baja para conseguir buenaselectividad a canal adyacente. La FI de 455kHz, usualmente en la gran mayoría de losreceptores, es un valor de compromiso entre los requerimientos de buena selectyividad acanal adyacente y razonable buen rechazo de la señal de frecuencia imagen, siempre ycuando la señal de entrada deseada no sea muy alta. La FI de 455kHz es un valor adecuadoentonces para señales de entrada de menos de 3Mhz. El rechazo a imágenes en un receptorque los utili za se desmejora rápidamente a medida que la frecuencia de entrada sube; a15Mhz por ejemplo la señal de frecuencia imagen llega casi sin atenuación a la entrada delMixer, al igual que la señal deseada.

Una manera de disminuir la respuesta a imágenes de este receptor, para frecuencuiade entyrada de hasta 15MHz, es aumentando al pendiente de las faldas de la curva derespuesta del sistema de filt ros previo al mixer, cosa que se logra muy bien utili zando másde un filt ro simple acoplado activamente. La inclusiuón de ampli ficadorews de RF previosal mixer tiene dos ventajas adicionales.

1.-Aumenta la aislación entre la antena y el oscilador local.2.-Aumenta la sensibili dad del recveptor puesto que lñas señales débiles, al serampli ficadas, logran sobresalr del ruido propio del mixer y dar así, salida útil desde eldemodulador.

En los receptores profesionales se prefiere el uso de dos o más frecuenciasintermedias distintas, hablandose entonces de receptores de receptores de doble, triple ocuadruple conversión. En ella la primera FI es alta para alejar a la frecuencia imagen de la

Mixer

OsciladorLocal

fd

fi = fd + 2FI

fi = fd – 2FI

Si1- floc > fd Æ flos = fd + FI

2- floc < fd Æ floc = fd - FI

Caso 1floc – fd = (fd + FI) - fd = FIfi – floc = (fd + 2FI) - floc = (fd + 2FI)- (fd + FI) = FI

Caso 2fd – floc = fd - (fd - FI) = FIfloc – fi = (fd - FI) - fi = (fd - FI)- (fd - 2FI) = FI



deseada y facilit ar así su atenuación; la última frecuencia intermedia es baja para permitiruna óptima selectividad a canal adyacente; la última FI es usualmente de 455kHz, las otraspueden ser de 10,7Mhz u otros valores altos.



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