En comunicaciones e ingeniería electrónica , una frecuencia intermedia ( IF ) es una frecuencia a la que se desplaza una onda portadora como paso intermedio en la transmisión o recepción. [1] La frecuencia intermedia se crea mezclando la señal portadora con una señal de oscilador local en un proceso llamado heterodinación , lo que da como resultado una señal en la diferencia o frecuencia de batido . Las frecuencias intermedias se utilizan en receptores de radio superheterodinos , en los que una señal entrante se desplaza a IF para su amplificación antes de que se realice la detección final .
La conversión a una frecuencia intermedia es útil por varias razones. Cuando se utilizan varias etapas de filtros, todas ellas pueden configurarse a una frecuencia fija, lo que las hace más fáciles de construir y sintonizar. Los transistores de menor frecuencia generalmente tienen ganancias más altas, por lo que se requieren menos etapas. Es más fácil crear filtros muy selectivos en frecuencias fijas más bajas.
Puede haber varias etapas de frecuencia intermedia en un receptor superheterodino; dos o tres etapas se denominan doble conversión (alternativamente, dual ) o triple conversión , respectivamente.
Las frecuencias intermedias se utilizan por tres razones generales. [2] [3] A frecuencias muy altas ( gigahercios ), los circuitos de procesamiento de señales funcionan mal. Los dispositivos activos como los transistores no pueden ofrecer mucha amplificación ( ganancia ). [1] Los circuitos ordinarios que utilizan condensadores e inductores deben reemplazarse con técnicas engorrosas de alta frecuencia, como líneas de banda y guías de ondas . Por lo tanto, una señal de alta frecuencia se convierte a una FI más baja para un procesamiento más conveniente. Por ejemplo, en las antenas parabólicas , la señal de enlace descendente de microondas recibida por la antena se convierte a una IF mucho más baja en la antena parabólica, de modo que un cable coaxial relativamente económico pueda transportar la señal al receptor dentro del edificio. Llevar la señal a la frecuencia de microondas original requeriría una costosa guía de ondas .
En los receptores que pueden sintonizarse en diferentes frecuencias, una segunda razón es convertir las diferentes frecuencias de las estaciones en una frecuencia común para su procesamiento. Es difícil construir amplificadores , filtros y detectores de múltiples etapas que puedan hacer que todas las etapas sigan la sintonización de diferentes frecuencias, pero es comparativamente fácil construir osciladores sintonizables . Los receptores superheterodinos sintonizan diferentes frecuencias ajustando la frecuencia del oscilador local en la etapa de entrada, y todo el procesamiento posterior se realiza en la misma frecuencia fija: la FI. Sin utilizar una IF, todos los complicados filtros y detectores de una radio o televisión tendrían que sintonizarse al unísono cada vez que se cambiara la frecuencia, como era necesario en los primeros receptores de radiofrecuencia sintonizados (TRF). Una ventaja más importante es que proporciona al receptor un ancho de banda constante en su rango de sintonización. El ancho de banda de un filtro es proporcional a su frecuencia central. En receptores como el TRF en el que el filtrado se realiza en la frecuencia de RF entrante, a medida que el receptor se sintoniza a frecuencias más altas, su ancho de banda aumenta.
La razón principal para utilizar una frecuencia intermedia es mejorar la selectividad de frecuencia . [1] En los circuitos de comunicación, una tarea muy común es separar o extraer señales o componentes de una señal que tienen una frecuencia cercana. Esto se llama filtrado . Algunos ejemplos son: seleccionar una estación de radio entre varias que tienen una frecuencia similar o extraer la subportadora de crominancia de una señal de televisión. En todas las técnicas de filtrado conocidas, el ancho de banda del filtro aumenta proporcionalmente con la frecuencia. Por lo tanto, se puede lograr un ancho de banda más estrecho y una mayor selectividad convirtiendo la señal a una FI más baja y realizando el filtrado a esa frecuencia. La radiodifusión de FM y de televisión con sus estrechos anchos de canal, así como los servicios de telecomunicaciones más modernos, como los teléfonos móviles y la televisión por cable , serían imposibles sin el uso de la conversión de frecuencia. [4]
Quizás las frecuencias intermedias más utilizadas para los receptores de radiodifusión sean alrededor de 455 kHz para los receptores de AM y 10,7 MHz para los receptores de FM. En receptores para fines especiales se pueden utilizar otras frecuencias. Un receptor de doble conversión puede tener dos frecuencias intermedias, una más alta para mejorar el rechazo de la imagen y una segunda, más baja, para la selectividad deseada. Una primera frecuencia intermedia puede ser incluso más alta que la señal de entrada, de modo que todas las respuestas no deseadas puedan filtrarse fácilmente mediante una etapa de RF sintonizada fijamente. [5]
En un receptor digital, el convertidor analógico a digital (ADC) funciona a bajas frecuencias de muestreo, por lo que la RF de entrada debe mezclarse a IF para poder procesarse. La frecuencia intermedia tiende a ser un rango de frecuencia más bajo en comparación con la frecuencia de RF transmitida. Sin embargo, las opciones para IF dependen más de los componentes disponibles, como mezcladores , filtros, amplificadores y otros que pueden funcionar a frecuencias más bajas. Hay otros factores involucrados en la decisión de la FI, porque una FI más baja es susceptible al ruido y una FI más alta puede causar fluctuaciones en el reloj.
Los receptores de televisión por satélite modernos utilizan varias frecuencias intermedias. [6] Los 500 canales de televisión de un sistema típico se transmiten desde el satélite a los suscriptores en la banda de microondas Ku , en dos subbandas de 10,7–11,7 y 11,7–12,75 GHz. La señal de enlace descendente es recibida por una antena parabólica . En la caja en el foco del plato, llamada convertidor reductor de bloques de bajo ruido (LNB), cada bloque de frecuencias se convierte al rango IF de 950 a 2150 MHz mediante dos osciladores locales de frecuencia fija a 9,75 y 10,6 GHz. Uno de los dos bloques se selecciona mediante una señal de control procedente del decodificador interior, que activa uno de los osciladores locales. Esta IF se lleva al interior del edificio hasta el receptor de televisión mediante un cable coaxial. En el decodificador de la compañía de cable , la señal se convierte a una IF inferior de 480 MHz para su filtrado mediante un oscilador de frecuencia variable. [6] Esta se envía a través de un filtro de paso de banda de 30 MHz, que selecciona la señal de uno de los transpondedores del satélite, que transporta varios canales. El procesamiento posterior selecciona el canal deseado, lo demodula y envía la señal al televisor.
Una frecuencia intermedia se utilizó por primera vez en el receptor de radio superheterodino, inventado por el científico estadounidense Mayor Edwin Armstrong en 1918, durante la Primera Guerra Mundial . [7] [8] Armstrong, miembro del Cuerpo de Señales , estaba construyendo equipos de radiogoniometría para rastrear señales militares alemanas en las entonces muy altas frecuencias de 500 a 3500 kHz. Los amplificadores de válvulas de vacío triodo de la época no amplificaban de manera estable por encima de 500 kHz; sin embargo, fue fácil lograr que oscilaran por encima de esa frecuencia. La solución de Armstrong fue instalar un tubo oscilador que crearía una frecuencia cerca de la señal entrante y la mezclaría con la señal entrante en un tubo mezclador, creando una señal heterodina o de diferencia de frecuencia más baja donde podría amplificarse fácilmente. Por ejemplo, para captar una señal a 1500 kHz, el oscilador local se sintonizaría a 1450 kHz. La mezcla de los dos creó una frecuencia intermedia de 50 kHz, que estaba dentro de la capacidad de los tubos. El nombre superheterodino era una contracción de supersonic heterodyne , para distinguirlo de los receptores en los que la frecuencia heterodina era lo suficientemente baja como para ser directamente audible y que se utilizaban para recibir transmisiones de código Morse de onda continua (CW) (no voz ni música).
Después de la guerra, en 1920, Armstrong vendió la patente del superheterodino a Westinghouse , quien posteriormente se la vendió a RCA . La mayor complejidad del circuito superheterodino en comparación con diseños anteriores de receptores de radiofrecuencia regenerativos o sintonizados ralentizó su uso, pero las ventajas de la frecuencia intermedia para la selectividad y el rechazo estático finalmente prevalecieron; en 1930, la mayoría de las radios vendidas eran "superhets". Durante el desarrollo del radar en la Segunda Guerra Mundial , el principio superheterodino fue esencial para la conversión descendente de las muy altas frecuencias del radar a frecuencias intermedias. Desde entonces, el circuito superheterodino con su frecuencia intermedia se utiliza prácticamente en todos los receptores de radio.
[…] se puede suponer que la frecuencia intermedia deseada es 465 Kc/s […] por esta razón se utilizan ampliamente frecuencias en la región de 450-465 Kc/s […] Superheterodino Los receptores , diseñados específicamente para trabajos de comunicación en onda corta, suelen tener una frecuencia más alta para la FI, de unos 1.600 a 3.000 Kc/s, y también pueden incorporar doble cambio de frecuencia. Por ejemplo, el receptor puede cambiar la señal entrante primero a 3.000 Kc/s y luego a 465 Kc/s o menos. […] Se utilizan varias frecuencias para los amplificadores IF de los receptores de radio. Una frecuencia de 110 Kc/s. se ha utilizado ampliamente en Europa, donde se utiliza la banda de onda larga . Proporciona una selectividad extremadamente buena pero un corte de banda lateral serio. Una frecuencia de 175 Kc/s. se ha utilizado para la recepción en banda de radiodifusión tanto en Estados Unidos como en Australia durante varios años, pero su uso en la banda de onda corta no es muy satisfactorio. Una frecuencia en la región de 250–270 Kc/s. También se ha utilizado de forma limitada como compromiso entre 175 y 465 Kc/s. Las frecuencias más comunes para los receptores de onda dual están entre 450 y 465 Kcs.[…] y, particularmente si se utilizan transformadores de IF con núcleo de hierro, esta banda de frecuencia es un muy buen compromiso. Para los receptores de onda corta que no estén destinados a funcionar a frecuencias inferiores, se aplicará una frecuencia intermedia de 1.600 Kc/s. o superior se puede utilizar. […] Una frecuencia de 455 Kc/s. está recibiendo aceptación universal como frecuencia estándar y se están haciendo esfuerzos para mantener esta frecuencia libre de interferencias de radio. […](Ver también: Manual del diseñador de Radiotron )
[…] Como resultado de la experiencia adquirida durante varios años, además de las consideraciones expuestas anteriormente, los valores seleccionados para las frecuencias intermedias de la mayoría de los receptores comerciales se han estandarizado bastante bien. Para la mayoría de los receptores de radiodifusión que sintonizan las bandas 540-1600
Kc/s
y 6-18
Mc/s
, es habitual un if de aproximadamente 455 Kc/s. En Europa se ha utilizado ampliamente una frecuencia de 110 Kc/s, donde está en funcionamiento la
banda de onda larga
de 150 a 350 Kc/s. Los receptores que se utilizan únicamente en la
banda de onda corta,
comúnmente la banda de 40 a 50 Mc/s, generalmente usan 4,3 Mc/s, y para la banda de 88 a 108 Mc/s usan 10,7 Mc/s. Este último valor se ha adoptado como estándar en EE. UU. y en algunos otros países para los receptores
VHF
. […] Los receptores de onda corta que utilizan 1600 Kc/s si los transformadores comúnmente emplean dos etapas (3 transformadores) aunque a menudo se usa una etapa […] En receptores de banda ancha y comunicaciones, comúnmente se usan dos o más etapas. La frecuencia intermedia de uso general es de 455 Kc/s. Los receptores anteriores utilizaban 175 Kc/s, pero con la aparición de núcleos de hierro pulverizado y el desarrollo de válvulas amplificadoras de pendiente elevada, se anuló la objeción anterior al uso de frecuencias intermedias más altas, es decir, de menor ganancia. […] Se recomienda que
los receptores superheterodinos
que operan en la
banda de transmisión
de frecuencia media
utilicen una frecuencia intermedia de 455 Kc/s. Esta frecuencia está reservada como canal claro para este propósito en la mayoría de los países del mundo. […] Las "
asignaciones de frecuencias de Copenhague
" europeas proporcionan las dos bandas de frecuencia intermedias siguientes: 415–490 Kc/s y 510–525 Kc/s. […] También se utiliza una frecuencia intermedia de 175 Kc/s. […] La
RTMA americana
ha estandarizado las siguientes frecuencias intermedias (REC-109-B, marzo de 1950): Receptores de transmisión estándar: 260 o 455 Kc/s. Receptores de radiodifusión VHF: 10,7 Mc/s.[1][2] (Ver también: Manual del diseñador de Radiotron )
[…] El mezclador […] realiza el cambio de frecuencia para multiplicar la señal FM de entrada por la salida
VCO
. F-91 introduce la FI secundaria como 13,45 MHz. El filtro de paso de banda […] tiene la misma característica de ancho de banda estrecho que el filtro de paso de banda […] La señal de entrada […] que pasa a través del filtro de paso de banda […] se multiplica por la salida VCO en el mezclador […] luego cambia[ d] a la frecuencia original. La señal original es detectada por el detector de FM […] se obtiene salida de audio. […] a pesar de utilizar el filtro de frecuencia central fija, el F-91 opera con el filtro variable para que la frecuencia central siga la señal de entrada como equivalente. […][3][4][5] (4 de 40 páginas) (NB. El Pioneer Elite F-91 y el muy similar Pioneer Reference Digital Synthesizer Tuner F-717 (como se vende en Japón) admitían el sistema de seguimiento activo en tiempo real ( ARTS) en 1987, mientras que los Pioneer Digital Synthesizer Tuner F-717 y F-717L , completamente diferentes pero con nombres casi idénticos (vendidos internacionalmente en 1987) se basaron en el F-77 y no eran compatibles con ARTS).
[…] Sistema
DYNAS
[…] para aplicaciones de radio de automóvil y receptores domésticos […] sistema de procesamiento
FM
-IF […]
filtros de paso de banda
con un
ancho de banda
de hasta aproximadamente 20 kHz en comparación con los 160 kHz de un filtro convencional […] […] rastrea la
frecuencia resonante
hasta la frecuencia real […][6] (13+1 páginas)