Un receptor de conversión directa ( DCR ), también conocido como receptor homodino , sincrodino o IF cero , es un diseño de receptor de radio que demodula la señal de radio entrante mediante detección sincrónica impulsada por un oscilador local cuya frecuencia es idéntica o muy cercana. a la frecuencia portadora de la señal deseada. Esto contrasta con el receptor superheterodino estándar , donde esto se logra sólo después de una conversión inicial a una frecuencia intermedia . [1]
La simplificación de realizar una sola conversión de frecuencia reduce la complejidad básica del circuito, pero surgen otros problemas, por ejemplo, con respecto al rango dinámico. En su forma original, no era adecuado para recibir señales AM y FM sin implementar un elaborado bucle de bloqueo de fase . Aunque estos y otros desafíos técnicos hicieron que esta técnica fuera poco práctica en el momento de su invención (década de 1930), la tecnología actual, y el software de radio en particular, han reavivado su uso en ciertas áreas, incluidos algunos productos de consumo.
La conversión de la señal modulada a banda base se realiza en una única conversión de frecuencia. Esto evita la complejidad de las dos (o más) conversiones de frecuencia, las etapas IF y los problemas de rechazo de imágenes del superheterodino . La señal de radiofrecuencia recibida se envía directamente a un mezclador de frecuencia , como en un receptor superheterodino . Sin embargo, a diferencia del superheterodino, la frecuencia del oscilador local no está compensada, sino idéntica a, la frecuencia de la señal recibida. El resultado es una salida demodulada tal como se obtendría de un receptor superheterodino usando detección síncrona (un detector de producto ) siguiendo una etapa de frecuencia intermedia (IF).
Para igualar el rendimiento del receptor superheterodino , varias de las funciones que normalmente realiza la etapa IF deben realizarse en banda base . Dado que no existe un amplificador IF de alta ganancia que utilice control automático de ganancia (AGC), el nivel de salida de la banda base puede variar en un rango muy amplio dependiendo de la intensidad de la señal recibida. Este es un desafío técnico importante que limitó la viabilidad del diseño. Otro problema es la incapacidad de este diseño para implementar la detección de envolvente de señales AM. Por lo tanto, la demodulación directa de señales AM o FM (como se usa en radiodifusión) requiere bloquear la fase del oscilador local a la frecuencia portadora , una tarea mucho más exigente en comparación con el detector de envolvente o detector de relación más robusto a la salida de una etapa IF en un superheterodino. diseño. Sin embargo, esto se puede evitar en el caso de un diseño de conversión directa que utiliza detección en cuadratura seguida de procesamiento de señal digital . Utilizando técnicas de radio de software , las dos salidas en cuadratura se pueden procesar para realizar cualquier tipo de demodulación y filtrado de señales convertidas a frecuencias cercanas a la frecuencia del oscilador local. La proliferación de hardware digital, junto con los refinamientos en los componentes analógicos involucrados en la conversión de frecuencia a banda base , ha hecho que esta topología más simple sea práctica en muchas aplicaciones.
El homodino fue desarrollado en 1932 por un equipo de científicos británicos que buscaban un diseño que superara al superheterodino ( modelo de conversión de dos etapas ). Posteriormente, el diseño pasó a llamarse "sincrodino". No solo tenía un rendimiento superior debido a la etapa de conversión única, sino que también reducía la complejidad del circuito y el consumo de energía. El diseño sufrió la deriva térmica del oscilador local que cambió su frecuencia con el tiempo. Para contrarrestar esta deriva, un detector de fase comparó la frecuencia del oscilador local con la señal de entrada transmitida . Esto produjo un voltaje de corrección que variaría la frecuencia del oscilador local manteniéndolo sincronizado con la señal deseada. Este tipo de circuito de retroalimentación evolucionó hasta convertirse en lo que ahora se conoce como bucle de bloqueo de fase . Si bien el método existe desde hace varias décadas, ha sido difícil de implementar debido en gran parte a las tolerancias de los componentes , que deben ser de pequeña variación para que este tipo de circuito funcione con éxito.
Las señales de ritmo no deseadas derivadas de la etapa de mezcla no necesitan ningún procesamiento adicional, ya que son completamente rechazadas mediante el uso de un filtro de paso bajo en la etapa de salida de audio. El diseño del receptor tiene la ventaja adicional de una alta selectividad y, por tanto, es un demodulador de precisión. Los principios de diseño pueden ampliarse para permitir la separación de señales de radiodifusión de canales adyacentes cuyas bandas laterales puedan superponerse a la transmisión deseada. El diseño también mejora la detección de señales en modo de transmisión modulada por impulsos .
Pueden producirse rutas de fuga de señal en el receptor. La alta ganancia de frecuencia de audio requerida puede resultar en dificultades para rechazar el zumbido de la red. La energía del oscilador local puede filtrarse a través de la etapa del mezclador hasta la entrada de la antena y luego reflejarse nuevamente en la etapa del mezclador. El efecto general es que la energía del oscilador local se mezclará automáticamente y creará una señal de compensación de CC . El desplazamiento puede ser lo suficientemente grande como para sobrecargar los amplificadores de banda base e impedir la recepción de la señal deseada. Hay modificaciones de diseño que abordan este problema, pero aumentan la complejidad del receptor. La complejidad adicional del diseño a menudo supera los beneficios de un receptor de conversión directa.
El artículo de Wes Hayward y Dick Bingham de 1968 despertó un nuevo interés en los diseños de conversión directa. [2]
El desarrollo del circuito integrado y la incorporación de dispositivos completos de bucle de bloqueo de fase en paquetes de circuitos integrados de bajo costo hicieron que este diseño fuera ampliamente aceptado. El uso ya no se limita a la recepción de señales de radio AM, sino que también se utiliza en el procesamiento de métodos de modulación más complejos. [3] Los receptores de conversión directa ahora se incorporan a muchas aplicaciones de recepción, incluidos teléfonos celulares , buscapersonas , televisores , aviónica , aparatos de imágenes médicas y sistemas de radio definidos por software . [4]