Receptor de conversão direta - Direct-conversion receiver

Um receptor de conversão directa ( DCR ), também conhecido como homódina , synchrodyne , ou zero se o receptor , é uma concepção de receptores de rádio , que desmodula o sinal de rádio de entrada utilizando a detecção síncrona accionado por um oscilador local , cuja frequência é idêntico a, ou muito perto à frequência da portadora do sinal pretendido. Isso está em contraste com o receptor super-heteródino padrão , onde isso é realizado apenas após uma conversão inicial para uma frequência intermediária .

A simplificação de realizar apenas uma única conversão de frequência reduz a complexidade do circuito básico, mas outras questões surgem, por exemplo, em relação à faixa dinâmica. Em sua forma original, não era adequado para receber sinais AM e FM sem implementar um loop de bloqueio de fase elaborado . Embora esses e outros desafios técnicos tenham tornado essa técnica bastante impraticável na época de sua invenção (1930), a tecnologia atual, e o software de rádio em particular, reviveram seu uso em certas áreas, incluindo alguns produtos de consumo.

Princípio da Operação

Um diagrama de blocos do receptor de conversão direta

A conversão do sinal modulado em banda base é feita em uma única conversão de frequência. Isso evita a complexidade das duas (ou mais) conversões de frequência do super - heteródino , estágio (s) de FI e problemas de rejeição de imagem. O sinal de radiofrequência recebido é alimentado diretamente em um misturador de frequência , assim como em um receptor super - heteródino . No entanto, ao contrário do super-heteródino, a frequência do oscilador local não é compensada, mas idêntica à frequência do sinal recebido. O resultado é uma saída demodulada exatamente como seria obtida de um receptor super-heteródino usando detecção síncrona (um detector de produto ) seguindo um estágio de frequência intermediária (IF).

Problemas técnicos

Para corresponder ao desempenho do receptor super - heteródino , várias funções normalmente endereçadas pelo estágio IF devem ser realizadas na banda base . Como não há amplificador de alto ganho de IF utilizando controle automático de ganho (AGC), o nível de saída da banda base pode variar em uma faixa muito ampla, dependendo da intensidade do sinal recebido. Este é um grande desafio técnico que limitou a praticabilidade do projeto. Outro problema é a incapacidade desse projeto de implementar a detecção de envelope de sinais AM. Assim, a demodulação direta de sinais AM ou FM (conforme usado na transmissão) requer bloqueio de fase do oscilador local para a frequência da portadora , uma tarefa muito mais exigente em comparação com o detector de envelope mais robusto ou detector de razão na saída de um estágio IF em um superheterodino Projeto. No entanto, isso pode ser evitado no caso de um projeto de conversão direta usando detecção de quadratura seguida por processamento de sinal digital . Usando técnicas de rádio de software , as duas saídas em quadratura podem ser processadas para realizar qualquer tipo de demodulação e filtragem em sinais convertidos de frequências próximas à frequência do oscilador local. A proliferação de hardware digital, junto com refinamentos nos componentes analógicos envolvidos na conversão de frequência para banda base , tornou, portanto, essa topologia mais simples prática em muitas aplicações.

História e aplicações

O homodino foi desenvolvido em 1932 por uma equipe de cientistas britânicos em busca de um projeto que superasse o super - heteródino ( modelo de conversão em dois estágios ). O design foi posteriormente renomeado como "sincródino". Não apenas apresentou desempenho superior devido ao único estágio de conversão, mas também reduziu a complexidade do circuito e o consumo de energia. O projeto sofreu com a deriva térmica do oscilador local, que mudou sua frequência ao longo do tempo. Para neutralizar esse desvio, a frequência do oscilador local foi comparada com o sinal de entrada transmitido por um detector de fase . Isso produziu uma tensão de correção que faria variar a frequência do oscilador local, mantendo-o em sintonia com o sinal desejado. Esse tipo de circuito de feedback evoluiu para o que agora é conhecido como loop de bloqueio de fase . Embora o método já exista por várias décadas, ele tem sido difícil de implementar devido em grande parte às tolerâncias dos componentes , que devem ser de pequena variação para que esse tipo de circuito funcione com sucesso.

Vantagens

Sinais de batida de subproduto indesejados do estágio de mixagem não precisam de nenhum processamento adicional, pois são completamente rejeitados pelo uso de um filtro passa-baixo no estágio de saída de áudio. O projeto do receptor tem a vantagem adicional de alta seletividade e, portanto, é um demodulador de precisão. Os princípios de design podem ser estendidos para permitir a separação de sinais de transmissão de canal adjacente cujas bandas laterais podem se sobrepor à transmissão desejada. O design também melhora a detecção de sinais de modo de transmissão modulada por pulso .

Desvantagens

Caminhos de vazamento de sinal podem ocorrer no receptor. O ganho de alta frequência de áudio necessário pode resultar em dificuldade na rejeição do zumbido da rede elétrica. A energia do oscilador local pode vazar através do estágio do misturador para a entrada da antena e então refletir de volta para o estágio do misturador. O efeito geral é que a energia do oscilador local se auto-misturará e criará um sinal DC offset . O deslocamento pode ser grande o suficiente para sobrecarregar os amplificadores de banda base e impedir o recebimento do sinal desejado. Existem modificações de design que lidam com esse problema, mas aumentam a complexidade do receptor. A complexidade adicional do projeto geralmente supera os benefícios de um receptor de conversão direta.

Uso moderno

O artigo de Wes Hayward e Dick Bingham de 1968 trouxe um novo interesse em projetos de conversão direta.

O desenvolvimento do circuito integrado e a incorporação de dispositivos de loop de bloqueio de fase completos em pacotes de CI de baixo custo tornaram esse projeto amplamente aceito. O uso não está mais limitado à recepção de sinais de rádio AM, mas também encontra uso no processamento de métodos de modulação mais complexos. Os receptores de conversão direta agora estão incorporados a muitos aplicativos de receptor, incluindo telefones celulares , televisores , aviônicos , aparelhos de imagens médicas e sistemas de rádio definidos por software .

Veja também

Referências

links externos