Sesión X - Traslación en frecuencia.

Al elevar una señal en frecuencia es posible transportar una señal de información en forma de ondas electromagnéticas o de luz, ya sea por un medio guiado o inalámbrico. Esta traslación en frecuencia es parte principal de las técnicas de modulación, tanto lineales como angulares, analógicas o digitales. Por otra parte, para compartir el medio de transmisión, es necesario establecer una frecuencia central y un ancho de banda considerando otras emisiones que usen este medio. Finalmente, el concepto de receptor heterodino permite hacer procesamiento de en banda base a baja frecuencia y acondicionamiento de la señal a frecuencias intermedias, evitando el procesamiento en alta frecuencia.

¿En que consiste un mezclador?

A menudo es necesario trasladar una señal pasa-banda a una nueva frecuencia central, y esto es utilizado en la implementación de receptores de comunicación, al igual que otras aplicaciones. Este proceso del cambio de una señal a otra frecuencia en donde sea mas fácil trabajar para obtener la señal de información es conocido como mezclado.

Dibuja una situación que ilustre el problema con los mezcladores expresado en la ec. 3.81.

Un problema de los mezcladores consiste en que dos diferentes señales de entrada pueden encontrarse en la misma frecuencia, resultando en interferencias y creando problemas a la hora de tener una recepción adecuada. Se puede ver la representación de frecuencia imagen en la siguiente figura:

Este es un claro ejemplo de frecuencia imagen. Como se observa en f2, existen dos señales que ocupan esta misma frecuencia, dando como resultado una suma de estas y se vería reflejado en las señales posteriores. Como se dijo anteriormente, esto causa interferencias y problemas de recepción, por lo cual es muy complicado saber cual de estas señales tiene que pasar por el filtro correspondiente y por lo tanto, no habrá recuperación de la señal.

¿Qué es una frecuencia imagen?

Como se menciono anteriormente, hay casos en donde se pueden encontrar dos señales en la misma frecuencia, y esto es conocido como frecuencia imagen. Consiste en una entrada no deseada interpuesta en la misma señal de la entrada deseada, es decir, una encima de otra, ocupando la misma banda de frecuencia y por lo tanto complicando la tarea de obtener la información de la señal deseada.

¿Qué es un receptor heterodino?

Heterodinar significa mezclar dos frecuencias a fin de obtener la suma o diferencia de las dos frecuencias de entrada. Estos receptores basan su funcionamiento en la utilización de una o mas etapas mezcladoras y poseen muy buena sensibilidad para la detección de señales débiles, además de selectividad, en donde trasladan la frecuencia de recepción a un valor de frecuencia normalizado denominado Frecuencia Intermedia, y para poder realizar la mezcla o heterodinar dos señales, se debe disponer de una etapa mezcladora y un oscilador local, en donde este ultimo es el encargado de seleccionar la frecuencia que se desea recibir.

¿Cuál es la relación entre la sensibilidad y la selectividad de un receptor heterodino con su filtro de frecuencia intermedia?

Dado que uno de estos receptores tiene las cualidades de sensibilidad y selectividad resulta casi obligatorio tener una frecuencia intermedia ya que por medio del oscilador y la frecuencia recibida tratara de realizar la separación del canal de la señal deseada de las que interfieren para la recepción, esto además facilita la amplificación y mejora la selectividad de la señal deseada.

¿Es importante que el filtro sea o no sintonizable?, ¿porque?

Si, es importante que el filtro que se encuentre en el receptor heterodino sea sintonizable ya que esto, al estar relacionado con la frecuencia intermedia, los elementos que trabajan a partir de la etapa en donde se efectúa una mezcla, lo hacen en una frecuencia fija, por lo tanto, son mas fáciles de ajustar y así mejoraría la selectividad y el diseño de etapas amplificadoras de la señal deseada.

¿Cuál es la diferencia entre los sistemas representados por la figura 3.18 y 3.19?

La diferencia entre un mezclador y un receptor heterodino es muy notable ya que el mezclador funciona de manera no lineal y permite trasladar las frecuencias de la señal en donde aparece un filtro pasa-banda que traslada a e(t) a la banda deseada.

Esto se realiza gracias a que la frecuencia es relativamente grande, pero de ahí proviene la diferencia en cuanto a un receptor heterodino, ya que este ultimo no depende de que la frecuencia intermedia sea grande debido al uso del filtro sintonizable, donde se obtiene una buena sensibilidad al final debido a que la señal pasa por un amplificador y posteriormente por el demodulador correspondiente.

¿Qué son las bandas de guarda?

Las bandas de guarda son utilizadas para asegurarse de que las señales no interfieran entre ellas, separándolas una de la otra para que la información no se encuentre mezclada.

La siguiente imagen representa, de forma muy esquematizada, un conjunto multiplexor-demultiplexor por división de frecuencia para tres canales, cada uno de ellos con el ancho de banda típico del canal telefónico analógico (0,3 a 3,4 kHz).

En esta figura, se puede ver como la señal de cada uno de los canales modula a una portadora distinta, generada por su correspondiente oscilador (O-1 a O-3). Siguiente a esto, las multiplicaciones aplicada para la modulación son filtradas mediante filtros paso banda, para seleccionar la banda lateral adecuada. Finalmente, se combinan las salidas de los tres filtros (F-1 a F-3) y se envían al medio de transmisión que, en este ejemplo, debe tener una de banda de paso comprendida, al menos, entre 8,6 y 19,7 kHz. En el extremo distante, el demultiplexor realiza la función inversa. Así, mediante los filtros F-4 a F-6, los demoduladores D-1 a D-3 (cuya portadora se obtiene de los osciladores O-4 a O-6) y finalmente a través de los filtros paso bajo F-7 a F-9, que nos seleccionan la banda lateral inferior, volvemos a obtener los canales en su banda de frecuencia de 0,3 a 3,4 kHz.

Se presenta un transmisor y receptor estereofónico FM:

El primer diagrama de bloques representa la radiodifusión FM, es decir, la transmisión, donde se observa la señales l(t) y r(t), pasando por la suma y resta correspondiente. En la grafica siguiente al diagrama, correspondiente al espectro de la banda base, se observa que la modulación DSB causa que la señal se traduzca a una frecuencia de 38KHz, y de donde se identifica la frecuencia portadora de 19KHz que pasa por un multiplicador de frecuencia x2 y de la cual se hace uso, junto con la de 19KHz para la suma de las señales anteriores. Y el ultimo diagrama de bloques corresponde a un receptor FM que tiene en la entrada un discriminador FM de la cual tiene una salida de la señal de banda base igual a la que había entrado en el modulador del diagrama anterior (

x

c

(
t
# )

x

r

(
t
)

{\displaystyle x\_{c}(t)=x\_{r}(t)}

). La señal de cada lado del canal se puede obtener haciendo un filtro pasa - bajo con un ancho de banda 15KHz. Ahora, la para la demodulación primero se obtiene la resta de la señal del canal izquierdo menos el derecho, luego aplicando la demodulación correspondiente a la señal DSB se utiliza una señal portadora de 38KHz, obteniéndose a partir de recuperar la señal de 19KHz que se pudo observar en el primer diagrama de bloques, y su proceso es el de pasarlo por un filtro de pasa - bajo junto con un multiplicador de frecuencia. Ambas señales que se habían sumado y restado como en el primer diagrama para la modulación, vuelven a realizar las mismas operaciones correspondientes para obtener cada una de las señales l(t) y r(t).