Radar(V): Mezclando frecuencias

En este artículo nos vamos a centrar en los pasos intermedios del receptor de radar, es decir lo que le ocurre a la onda electromagnética desde que es recibida hasta que llega al final, denominando ese “final” como una señal que luego la magia de la electrónica convierte en un pitido, un número en un LCD, una lucecita o en lo que sea. No voy a hablar de los pasos para llegar a la emisión, ya que pare entender el funcionamiento de un anti-radar que en el fondo es nuestro objetivo, no lo considero necesario.

COCTEL DE FRECUENCIAS

Antes de nada primero vamos a explicar lo que ocurre cuando mezclamos 2 señales senoidales (ya explicadas en su momento lo que era una señal senoidal).

Existen los siguientes casos:

– Que las ondas senoidales mezcladas sean de igual frecuencia y fase: La resultante será una onda senoidal de igual frecuencia y de una amplitud suma de las amplitudes de las 2 ondas sumando.

– Que las ondas senoidales mezcladas sean de igual frecuencia pero distinta fase: La resultante será una onda senoidal de igual frecuencia y de amplitud la suma vectorial de las 2 anteriores:

– Que las ondas senoidales mezcladas sean de distinta frecuencia: Este caso es el que verdaderamente nos interesa para el caso práctico que nos ataña. Al mezclar 2 frecuencias obtendremos a la salida:
                                                – Las 2 frecuencias sin mezclar.
                                                – Una senoidal de frecuencia suma de las 2.
                                                – Una senoidal de frecuencia diferencia de las 2.

NOTA: No voy a entrar en como se mezcla estas frecuencias, hagamos acto de fe y supongamos que son cajas cerradas que nos hacen el milagro de la mezcla que arriba aparece.

HETERODINAJE, ESE GRAN PALABRO

Utilizando el principio visto anteriormente, podemos convertir una frecuencia elevada en otra mas baja simplemente mezclándola con otra frecuencia, y aprovechando la diferencia entre ambas frecuencias.

Ejemplo: Supongamos que recibimos una señal de 1GHz, es decir 1000MHz, si la mezclamos con una señal, por ejemplo de 500Mhz, ¿Qué obtendremos? Pues como hemos visto de entrada obtendremos las 2 frecuencias sin mezclar, pero esto no nos sirve de nada, la frecuencia suma, que tampoco nos sirve de mucho ya que es mayor que cualquiera de las 2, y la señal diferencia, que esta si que nos vale.

Pues esto, básicamente es lo que se entiende por un receptor heterodino, aquel que obtiene una frecuencia mas baja y… si, hay mas historia en esta película.

Seguramente lo primero que nos preguntamos es que de donde sale una de las frecuencias, porque la frecuencia mayor se supone, que en nuestro caso, es la que recibimos del radar, pero ¿y la otra?

Pues la otra la genera nuestro receptor (sea del radar de la DGT o de nuestro detector anti-radar) en lo que se llama OSCILADOR LOCAL, así que un oscilador local es un circuito electrónico que se encarga de generar una onda senoidal de una frecuencia F para mezclarla con la frecuencia recibida y así obtener una frecuencia mas baja.

Pero claro, ahora tenemos otro problema. ¿Qué hacemos con las senoidales que no nos interesan? Es decir, con la suma y las 2 senoidales por separado. Aquí es donde definimos otro nuevo elemento, denominado FILTRO.

Un filtro no es ni más ni menos que un circuito electrónico (en este caso) que deja pasar unas determinadas frecuencias pero no deja pasar otras. Haciendo un pequeño inciso, definiremos 4 clases principales de filtros:

– Filtro pasa bajos: Como su nombre indica, es un filtro que deja pasar todo aquello que se encuentre por debajo de una frecuencia denominada “frecuencia de corte del filtro”. Así si la frecuencia de corte del filtro es F, entonces desde 0Hz hasta F el filtro dejará pasar todas las frecuencias, y las frecuencias superiores a F no pasarán.

– Filtro pasa altos: El concepto es similar al anterior solo que al revés, deja pasar todo lo que se encuentre por encima de la frecuencia de corte F, y las frecuencias inferiores a F no las deja pasar.

– Filtro pasa banda: Básicamente es una mezcla entre los 2 anteriores, es un filtro que tiene 2 frecuencias de corte, F1 y F2, una superior y otra inferior, que deja pasar todas las frecuencias comprendidas entre F1 y F2 (la banda correspondiente entre F1 y F2, de ahí su nombre) y no deja pasar nada que esté por debajo de F1 ni por encima de F2.

– Filtro rechazo de banda: Es el simétrico al anterior, es aquel que no deja pasar las frecuencias comprendidas entre F1 y F2 (rechaza la banda F1-F2) y si deja pasar el resto.

Entonces está clara la situación a nuestro problema, a continuación del mezclador pondremos un filtro pasa banda, pero ¿a que frecuencias de corte? Aquí es donde vamos a descubrir otra de las grandes ventajas del heterodinaje, supongamos un receptor de radio de casa, de los normales, vemos que no solamente escuchamos una emisora, escuchamos muchas que tienen distintas frecuencias ¿Cómo logramos que nuestro receptor se pueda amoldar a todas esas frecuencias? Muy sencillo, lo que hacemos es que el “oscilador local” sea variable en frecuencia, y ajustando la frecuencia de este siempre podemos hacer que la emisora que queremos escuchar, es decir, la frecuencia de esta emisora sea siempre su diferencia la misma.

Con un ejemplo creo que se verá mas claro:

Tenemos radio catachampum que emite en 93MHz, y ajusto mi oscilador local a 82,3MHz, y las mezclo.

Nuestro equipo tiene un filtro pasa-banda que únicamente deja pasar el ancho de banda entre 10 y 11 MHZ por lo que solamente pasará la señal de 10,7MHz (93-82,3).

Pero ahora queremos escuchar otra emisora, que emite por ejemplo en 103MHz, entonces si yo ajusto mi oscilador local a 92,3MHz mirar lo que ocurre:

Vemos que volvemos a obtener la FRECUENCIA INTERMEDIA de 10,7MHz, es decir, que para cada frecuencia que queremos recibir, siempre podemos encontrar una frecuencia de oscilador local de tal manera, que la conversión sea siempre una frecuencia fija (en este caso 10,7MHz).

¿Y esto que ventaja tiene? Pues que todos los filtros, amplificadores, cables, apantallamientos, etc solo deberán estar diseñados para una frecuencia fija (las Frecuencias intermedias FI) y sin embargo, podremos sintonizar un montón de frecuencias, simplemente ajustando el oscilador local.

SUPERHETERODINO ¿UN SUPER HEROE?

Quizás estemos mas acostumbrados a oír la palabra superheterodino que heterodino (es un receptor superheterodino) pero aunque nos suela, no se trata de ningún súper héroe que nos salve de las garras de la DGT, se trata simplemente de un heterodino pero con mas pasos, con varias frecuencias intermedias, y varias conversiones.

En el receptor heterodino encontramos, por ejemplo, que es muy complicado hacer el salto en una sola conversión, además se corre el peligro, por ejemplo, de que una combinación “no deseada”de una frecuencia espurea con el receptor local, caiga dentro de paso del filtro y produzca interferencias.

¿Y que es una espurea? Bueno se denomina así a señales no deseadas, ruidos, armónicos que hacen que interfieran en nuestro equipo. Por ahora no voy a entrar en mas detalles ni el motivo de esto, quizás para futuros artículos de mas nivel, solamente decir que es conveniente que la primera conversión sea de una frecuencia elevada, y que los pasos sucesivos sean frecuencias mas bajas.

Internacionalmente existen una serie de frecuencias que no se pueden utilizar por ningún equipo emisor, que se utilizan como estándares de frecuencias intermedias, ya que si no estuviese legislado nos encontraríamos que existirían grandes problemas de interferencias entre equipos de tal manera que los dejarían inutilizados, las frecuencias intermedias mas utilizadas son 455KHz y 10,7MHz (entre otras).

AMPLIFICADORES Y PASOS INTERMEDIOS

Gracias a este tipo de diseño, no solamente se pueden diseñar un filtro específico para cada frecuencia intermedia, sino que se pueden diseñar amplificadores especiales para estas frecuencias, de ahí que este sistema de detección, vemos que tienen un gran número de ventajas. Denominamos PASOS INTERMEDIOS a estos escalones que existen en cada salto de frecuencia.

Para finalizar, pondremos un esquema de lo que sería un receptor de microondas con sus correspondientes pasos, muy esquematizado por supuesto.

La recepción se realiza por la antena, y puede ser amplificada en primera instancia por un amplificador de banda ancha, a continuación se mezcla con un oscilador local de frecuencia variable controlado por la electrónica (así se pueden generar barridos por ejemplo de bandas enteras, o centrarse en frecuencias fijas, bandas acotadas, etc) pasado el filtro ( y el amplificador si se diera el caso) obtenemos la 1ª frecuencia intermedia que ronda los 2 a 5GHz, mezclando con otro oscilador local ( este ya si es de frecuencia fija) y su correspondiente filtro, obtenemos una frecuencia intermedia de 10,7MHz, y repitiendo el proceso obtengo una frecuencia final de 455KHz, siento esta frecuencia la que luego es tratada por la electrónica para generar todas las opciones del radar, o del detector de radar.

Para finalizar, solo hacer un pequeño inciso en que la electrónica también puede gestionar, por ejemplo, la ganancia de los amplificadores (cuanto amplifican) de las etapas intermedias, el oscilador local variable, etc, así podemos controlar el detector en sus modalidades como:

– Bandas a detectar
– Bandas acotadas
– Midway o city (que no es ni mas ni menos que mas o menos sensibilidad)
– Marcar la frecuencia en el display.
– Etc.

En el siguiente artículo, vamos a hacer una pequeña recopilación de todo lo subido, y nos centraremos en:

– Que es y como funciona un oscilador.
– Como controlar la frecuencia de un oscilador.
– Amplificadores y osciladores, casi casi lo mismo.
– La electrónica de control, ese gran desconocido.

Articulos relacionados

Radar(I): Introducción y generalidades
Radar(II): Ondas electromagnéticas, efecto Doppler
Radar(III): Aplicación del efecto Doppler, microondas
Radar(IV): Antenas, guiaondas y otros menesteres
Radar(V): Mezclando frecuencias
Radar(VI): Amplificaciones y osciladores
Radar(VII): La electrónica de control