¿Qué es un receptor superheterodino?

Answer 1

Un receptor superheterodino [1] es un receptor para señales de radiofrecuencia (RF) AM (modulada en amplitud) o FM (modulada en frecuencia). Un superhet tiene cuatro componentes principales:

• Amplificador (es): aumenta la amplitud de la señal de entrada
• Mezclador (es) de frecuencia: “multiplica” dos señales juntas
• Filtro (s): bloquea ciertos rangos de frecuencias
• Oscilador (es) local (es): proporciona una señal con frecuencia y amplitud conocidas

Supongamos que tiene una señal, con frecuencia portadora [matemática] f = 150 [/ matemática] MHz. [matemáticas] 150 [/ matemáticas] MHz es bastante alto, y es probable que desee hacer algo con la señal (digitalizarla, demodularla, etc.). Seguro que sería más fácil trabajar con una señal [matemática] 5 [/ matemática] MHz, ¿no? Aquí es donde entra el receptor superheterodino.

1. Primero, podemos usar un filtro de RF (paso alto, paso bajo o paso de banda) para bloquear las frecuencias lejos de [math] 150 [/ math] MHz que nos interesan (ruido [math] 60 [/ math] Hz, otro Ruido de RF de diferentes fuentes de radio, etc.).
2. Entonces, dado que las señales de RF captadas con una antena a menudo son bastante pequeñas ([matemática] \ sim 10 ^ {- 6} [/ matemática] V), podemos amplificar la señal.
3. Luego, usamos un mezclador para multiplicar dos señales juntas: nuestra señal de entrada y una señal de RF conocida del oscilador local (LO). Un mezclador toma dos señales sinusoidales como entradas: una con frecuencia [matemática] f_ \ text {rf} [/ matemática] (= [matemática] 150 [/ matemática] MHz) en nuestro caso, y la otra con frecuencia [matemática] f_ \ text {LO} \ neq f_ \ text {rf} [/ math] (de ahí la parte “hetero” [es decir, “diferente”] de superheterodino). La salida del circuito es una superposición de señales sinusoidales, una con frecuencia [matemática] f_ \ text {rf} -f_ \ text {LO} [/ matemática] y la otra con frecuencia [matemática] f_ \ text {rf} + f_ \ texto {LO} [/ math]. (Esta es una aplicación del mundo real de la identidad trigonométrica [matemáticas] \ cos a \ cos b = \ frac {1} {2} [\ cos (ab) + \ cos (a + b)] [/ matemáticas])
4. Por lo general, queremos “seleccionar” la porción de frecuencia más baja de la señal de salida, [math] f_ \ text {rf} -f_ \ text {LO} [/ math], y descartar la porción de frecuencia más alta. Se usa un filtro de paso bajo para bloquear la porción de frecuencia más alta.
5. Después de mezclar y filtrar, la señal ha sido atenuada por al menos un factor de 4 (un factor de 2 de 1/2 en la identidad trigonométrica y un factor de 2 de filtrar el componente de alta frecuencia), por lo que queremos para amplificarlo una vez más. Si elegimos [math] f_ \ text {LO} = 145 [/ math] MHz, ahora tendríamos la frecuencia de portadora deseada [math] 5 [/ math] MHz. Mejor aún, la mezcla ha preservado la modulación de la señal original.
6. Si es necesario, podemos realizar los pasos 3–5 nuevamente, esta vez con una frecuencia de oscilador local más baja para “mezclar” aún más la frecuencia portadora. Esto puede ser deseable si deseamos filtrar todo excepto un rango muy estrecho de frecuencias.
7. Después de haber mezclado la señal tanto como queramos, podemos digitalizar, demodular o procesar la señal de baja frecuencia, ahora mucho más fácil de manejar.

Obviamente, este tipo de receptor se usa bastante en aplicaciones de radio (audio), pero también es útil en otros lugares. En mi investigación (mediciones de profundidad de penetración de RF de superconductores en campos magnéticos altos), generalmente usamos un receptor superheterodino con dos etapas de amplificación de filtro de mezcla. La “señal” que buscamos es un cambio en la frecuencia [matemática] \ Delta f [/ matemática] de un circuito autorresonante. La “frecuencia portadora”, es decir, la frecuencia de resonancia del circuito, es típicamente alrededor de [math] f_0 = 300 [/ math] MHz, y la “sensibilidad” de la medición viene dada por [math] \ Delta f / f_0 [/ math ] Ahora, [matemática] \ Delta f [/ matemática] es típicamente del orden de [matemática] 50 [/ matemática] kHz [matemática] = 0.05 [/ matemática] MHz, por lo que sin un receptor superheterodino, nuestra sensibilidad estaría en el orden de [matemáticas] 10 ^ {- 4} [/ matemáticas], no muy bueno. Sin embargo, con un superheterodino, esencialmente podemos hacer que [math] f_0 [/ math] sea tan pequeño como queramos (siempre que sea más grande que [math] \ Delta f [/ math]), mientras mantenemos [math] \ Delta f [/ matemática] sin cambios, lo que significa que podemos lograr sensibilidad [matemática] \ Delta f / f_0 \ sim 1 [/ matemática], mientras que al mismo tiempo filtramos mucho ruido en otras frecuencias.

Notas al pie

[1] Receptor superheterodino