Receptor de conversión directa

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Un receptor de conversión directa ( DCR ), también conocido como homodino , sincrodino o receptor de FI 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 solo después de una conversión inicial a una frecuencia intermedia . ^[1]

La simplificación de realizar una única conversión de frecuencia reduce la complejidad básica del circuito, pero surgen otros problemas, por ejemplo, relacionados con el rango dinámico. En su forma original, no era adecuado para recibir señales de AM y FM sin implementar un elaborado bucle de enganche de fase . Aunque estos y otros desafíos técnicos hicieron que esta técnica fuera poco práctica en la época de su invención (década de 1930), la tecnología actual, y la radio por software en particular, han revivido 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 del superheterodino , las etapas de FI y los problemas de rechazo de imagen. La señal de radiofrecuencia recibida se alimenta directamente a un mezclador de frecuencia , al igual que en un receptor superheterodino . Sin embargo, a diferencia del superheterodino, la frecuencia del oscilador local no está desplazada con respecto a la frecuencia de la señal recibida, sino que es idéntica a ella. El resultado es una salida demodulada, tal como se obtendría de un receptor superheterodino que utiliza detección sincrónica (un detector de producto ) después de una etapa de frecuencia intermedia (FI).

Para igualar el rendimiento del receptor superheterodino , varias de las funciones que normalmente aborda la etapa de FI deben realizarse en banda base . Dado que no hay un amplificador de FI de alta ganancia que utilice control automático de ganancia (AGC), el nivel de salida de 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 el bloqueo de fase del oscilador local a la frecuencia portadora , una tarea mucho más exigente en comparación con el detector de envolvente o el detector de relación más robustos a la salida de una etapa de FI en un diseño superheterodino . Sin embargo, esto se puede evitar en el caso de un diseño de conversión directa que utilice detección en cuadratura seguida de procesamiento de señal digital . Usando técnicas de radio por software , las dos salidas en cuadratura se pueden procesar para realizar cualquier tipo de demodulación y filtrado en señales convertidas a frecuencias cercanas a la frecuencia del oscilador local. La proliferación de hardware digital, junto con mejoras 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 ). El diseño fue posteriormente rebautizado como "sincrodino". No solo tenía un rendimiento superior debido a la etapa de conversión única, sino que también tenía una complejidad de circuito y un consumo de energía reducidos. El diseño sufría la deriva térmica del oscilador local que cambiaba su frecuencia con el tiempo. Para contrarrestar esta deriva, la frecuencia del oscilador local se comparó con la señal de entrada transmitida por un detector de fase . Esto produjo un voltaje de corrección que variaría la frecuencia del oscilador local manteniéndola sincronizada con la señal deseada. Este tipo de circuito de retroalimentación evolucionó a lo que ahora se conoce como bucle de enganche de fase . Si bien el método ha existido durante varias décadas, había sido difícil de implementar debido en gran medida a las tolerancias de los componentes , que deben ser de pequeña variación para que este tipo de circuito funcione correctamente.

Las señales de batido no deseadas de la etapa de mezcla no necesitan ningún procesamiento adicional, ya que se rechazan por completo 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 lo tanto, es un demodulador de precisión. Los principios de diseño se pueden ampliar para permitir la separación de señales de transmisión de canales adyacentes cuyas bandas laterales pueden superponerse a la transmisión deseada. El diseño también mejora la detección de señales de modo de transmisión moduladas por pulsos .

En el receptor pueden producirse fugas de señal. La alta ganancia de frecuencia de audio necesaria puede dificultar el rechazo del zumbido de la red eléctrica. La energía del oscilador local puede filtrarse a través de la etapa del mezclador hasta la entrada de la antena y luego reflejarse de nuevo en la etapa del mezclador. El efecto general es que la energía del oscilador local se automezclará y creará una señal de compensación de CC . La compensación puede ser lo suficientemente grande como para sobrecargar los amplificadores de banda base e impedir la recepción de la señal deseada. Existen modificaciones de diseño que solucionan 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 generó un nuevo interés en los diseños de conversión directa. ^[2]

El desarrollo del circuito integrado y la incorporación de dispositivos de bucle de enganche de fase completo en paquetes de circuitos integrados de bajo coste hicieron que este diseño fuera ampliamente aceptado. Su 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 se incorporan ahora a muchas aplicaciones de recepción, incluidos teléfonos móviles , buscapersonas , televisores , aviónica , aparatos de imágenes médicas y sistemas de radio definidos por software . ^[4]

• Radio de cristal
• Mezclador armónico
• Heterodino
• Detección de heterodinos
• Detección de homodina
• Receptor de FI baja
• Neutrodino
• Receptor reflexivo
• Receptor de radio regenerativo
• Receptor superheterodino
• Receptor de radiofrecuencia sintonizado

• La historia del homodino y el sincrodino The Journal of the British Institution of Radio Engineers, abril de 1954
• Patente estadounidense 706.740 , "Señalización inalámbrica" ​​( principio heterodino ) – 12 de agosto de 1902 – por Reginald Fessenden