Frecuencia intermedia

Frecuencia a la que se desplaza una onda portadora durante la transmisión o recepción

La etapa IF de un televisor Motorola 19K1 alrededor de 1949

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.

Justificación

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 parabólica 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 distintas frecuencias de las estaciones en una frecuencia común para su procesamiento. Es difícil construir amplificadores , filtros y detectores de múltiples etapas que puedan tener todas las etapas rastreando 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 los 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]

Usos

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 mayor 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) opera a velocidades de muestreo bajas, 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 Ku de microondas, 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.

Historia

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 configurar 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.

Ejemplos

El RCA Radiola AR-812 ^[9] utilizaba 6 triodos: un mezclador, un oscilador local, dos etapas de FI y dos etapas de amplificador de audio, con una FI de 45 kHz.

• hasta c. 20 kHz ^{[ cita necesaria ]} , 30 kHz (ALM Sowerby y HB Dent), ^[10] 45 kHz (primer receptor superheterodino comercial: RCA Radiola AR-812 de 1923/1924), ^[9] c. 50 kHz, ^[10] c. 100 kHz, ^[10] c. 120 kilociclos ^[10]
• Se utilizó 110 kHz en los receptores europeos de radiodifusión AM de onda larga . ^{[1] [11]}
• 175 kHz (primeros receptores de comunicaciones y de banda ancha antes de la introducción de núcleos de hierro en polvo) ^{[1] [11] [10]}
• 260 kHz (primeros receptores de transmisión estándar), ^[11] 250–270 kHz ^[1]
• Asignaciones de frecuencias de Copenhague: 415–490 kHz, 510–525 kHz ^[11]
• Receptores de radio AM : 450 kHz, 455 kHz (el más común), ^[11] 460 kHz, 465 kHz, ^[10] 467 kHz, 470 kHz, 475 kHz y 480 kHz. ^[12]
• Receptores de radio FM : 262 kHz (radios de automóviles antiguos), ^[8] 455 kHz, 1,6 MHz, 5,5 MHz, 10,7 MHz (el más común), ^[11] 10,8 MHz, ^[13] 11,2 MHz, 11,7 MHz, 11,8 MHz, 13,45 MHz, ^[14] 21,4 MHz, 75 MHz y 98 MHz. En los receptores superheterodinos de doble conversión, se suele utilizar una primera frecuencia intermedia de 10,7 MHz, seguida de una segunda frecuencia intermedia de 470 kHz (o 700 kHz con DYNAS ^[15] ). Existen diseños de triple conversión que se utilizan en receptores de escáneres policiales, receptores de comunicaciones de alta gama y muchos sistemas de microondas punto a punto. Las radios de consumo modernas con chip DSP suelen utilizar una ' IF baja ' de 128 kHz para FM.
• Receptores de FM de banda estrecha : 455 kHz (el más común), ^{[11] [16]} 470 kHz ^[16]
• Receptores de onda corta: 1,6 MHz, ^[11] 1,6–3,0 MHz, ^[1] 4,3 MHz (solo para receptores de 40–50 MHz). ^[11] En los receptores superheterodinos de doble conversión, una primera frecuencia intermedia de 3,0 MHz a veces se combina con una segunda FI de 465 kHz. ^[1]
• Receptores de televisión analógica mediante sistema M: 41,25 MHz (audio) y 45,75 MHz (vídeo). Tenga en cuenta que el canal se invierte en el proceso de conversión en un sistema interportador , por lo que la IF de audio es menor que la IF de video. Además, no hay ningún oscilador local de audio; el portador de vídeo inyectado sirve para ese propósito.
• Receptores de televisión analógica que utilizan el sistema B y sistemas similares: 33,4 MHz para la señal auditiva y 38,9 MHz para la visual. (La discusión sobre la conversión de frecuencia es la misma que en el sistema M.)
• Equipo de enlace ascendente y descendente por satélite : primera FI de enlace descendente de 70 MHz, 950–1450 MHz (banda L).
• Equipos de microondas terrestres : 250 MHz, 70 MHz o 75 MHz.
• Radares : 30 MHz.
• Equipos de prueba de RF : 310,7 MHz, 160 MHz y 21,4 MHz.

Ver también

• Filtro mecánico
• Receptor de FI baja
• Receptor IF cero

Referencias

1. Langford-Smith, Fritz , ed. (Noviembre de 1941) [1940]. "Capítulo 15. Conversión de frecuencia: El principio del superheterodino / Capítulo 17. Amplificadores de frecuencia intermedia: elección de frecuencia". Manual del diseñador de Radiotron (PDF) (cuarta impresión, 3.ª ed.). Sydney, Australia / Harrison, Nueva Jersey, EE. UU.: Wireless Press para Amalgamated Wireless Valve Company Pty. Ltd. / RCA Manufacturing Company, Inc. págs. 90, 99–100, 104, 158–159 [100, 159]. Archivado (PDF) desde el original el 3 de febrero de 2021 . Consultado el 10 de julio de 2021 . Págs. 100, 158-159: […] 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 )
2. Manual técnico del ejército TM 11-665: Transmisores y receptores de radio CW y AM. Departamento del Ejército de EE. UU . 1952, págs. 195-197.
3. Rembovsky, Anatoly; Ashikhmin, Alejandro; Kozmín, Vladimir; et al. (2009). Monitoreo por radio: problemas, métodos y equipos. Springer Science and Business Media. pag. 26.ISBN​ 978-0387981000.
4. Dixon, Robert (1998). Diseño de receptores de radio. Prensa CRC . págs. 57–61. ISBN 0-82470161-5.
5. Hayward, Wes (1977). De Maw, Doug (ed.). Diseño de estado sólido para el radioaficionado . Liga Americana de Retransmisiones de Radio . págs. 82–87.
6. Lundstrom, Lars-Ingemar (2006). Comprensión de la televisión digital: introducción a los sistemas DVB con satélite, cable, banda ancha y terrestre. Estados Unidos: Taylor y Francis . págs. 81–83. ISBN 0-24080906-8.
7. Redford, John (febrero de 1996). "Edwin Howard Armstrong". Ingenieros condenados . Sitio web personal de John Redford. Archivado desde el original el 9 de mayo de 2008 . Consultado el 10 de mayo de 2008 .
8. Wiccanpiper (8 de enero de 2004). "Superheterodino". todo.com . Archivado desde el original el 9 de julio de 2021 . Consultado el 10 de mayo de 2008 .
9. Malanowski, Gregory (2011). La carrera por la tecnología inalámbrica: cómo se inventó (¿o se descubrió?) la radio. Casa de autor. pag. 69.ISBN​ 978-1-46343750-3.
10. Bussey, Gorden (1990). Inalámbrica: la década crucial: Historia de la industria inalámbrica británica, 1924-1934. Serie de Historia de la Tecnología de la IEE. vol. 13. Londres, Reino Unido: Peter Peregrinus Ltd. / Institución de Ingenieros Eléctricos . págs. 18-19, 78. ISBN 0-86341-188-6. ISBN 978-0-86341-188-5 . Archivado desde el original el 11 de julio de 2021 . Consultado el 11 de julio de 2021 . (136 páginas)
11. Sandel, Bill; Hansen, Ian C.; et al. (Enero de 1960) [1953, 1952, 1940, 1935, 1934]. "Capítulo 26. Amplificadores de frecuencia intermedia. Sección 1. Elección de frecuencia (ii) Frecuencias intermedias comúnmente aceptadas / Sección 2: Número de etapas / Capítulo 34. Tipos de receptores AM. Sección 2: El superheterodino / Capítulo 38. Tablas, gráficos y Datos diversos. Sección 4. Frecuencias estándar (iii) Frecuencias estándar intermedias". En Langford-Smith, Fritz (ed.). Manual del diseñador de Radiotron (PDF) (4 ed.). Sydney, Australia / Harrison, Nueva Jersey, EE. UU.: Prensa inalámbrica para Amalgamated Wireless Valve Company Pty. Ltd. / Radio Corporation of America , División de tubos electrónicos. págs. 1021–1022, 1226, 1293–1295, 1361. Archivado (PDF) desde el original el 8 de julio de 2021 . Consultado el 9 de julio de 2021 . Págs. 1021-1022, 1226, 1361: […] 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 tal fin 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 )
12. Ravalico, Domenico E. (1992). Radioelementos (en italiano). Milán, Italia: Hoepli.
13. Radios escáner Electra Bearcat
14. "11. Descripción del circuito - 11.1. Nuevo principio del sistema IF". Sintonizador sintetizador digital F-91 FM/AM - Manual de servicio (PDF) (en inglés, francés y español). Tokio, Japón / Long Beach, Estados Unidos: Pioneer Electronic Corporation . Agosto de 1987. págs. 35–38 [37–38]. Número de pedido ARP1465. Archivado (PDF) desde el original el 11 de abril de 2021 . Consultado el 10 de junio de 2021 . pag. 37: […] 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).
15. "U4292B - IC FM-IF para el sistema DYNAS" (PDF) (hoja de datos). A1 (edición preliminar). Heilbronn, Alemania: Telefunken Semiconductors  [de] / TEMIC TELEFUNKEN microelectronic GmbH  [de] . 1996-08-19. Archivado desde el original el 15 de marzo de 2020 . Consultado el 7 de junio de 2021 . pag. 1: […] 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)
16. ICS - In-Channel-Select - das Empfangssystem der Zukunft / ICS-Restsignalverstärker (folleto y manual del producto) (en alemán). Berlín, Alemania: HuC Elektronik / Hansen & Co. Archivado desde el original el 11 de junio de 2021 . Consultado el 11 de junio de 2021 .(3+7 páginas, falta la página 6)