Los receptores llevan a cabo
la operación inversa de los transmisores. Tienen que amplificar una señal de
bajo nivel que reciben de una antena, separarla lo más posible del ruido y la
interferencia que está presente en el canal de comunicación, desmodularla y
amplificar la señal de banda base a un nivel de potencia suficiente para la
aplicación específica.
Dos especificaciones
importantes son fundamentales para los receptores. La sensibilidad es una
medida de la intensidad de señal requerida para lograr una determinada relación
de señal a ruido y la selectividad es la capacidad para rechazar señales no
deseadas a frecuencias distintas a la de la señal requerida. Estos conceptos permitirán
que el estudiante entienda la siguiente explicación de tipos de receptores. Las
definiciones matemáticas exactas y las técnicas para medir estos parámetros
difieren dependiendo de la aplicación y se describen después en este capítulo,
junto con muchas otras especificaciones importantes.
Parámetros
del receptor
Se utilizan varios
parámetros para evaluar la habilidad de un receptor para demodular con éxito
una señal de RF. Estos parámetros incluyen la selectividad, mejora el ancho de
banda, la sensibilidad, el rango dinámico, la fidelidad, la perdida por
inserción, la temperatura de ruido y la temperatura equivalente de ruido.
Selectividad
La selectividad es la medida
de la habilidad de un receptor, para aceptar una banda de frecuencias
determinada y rechazar las otras. Por ejemplo, en la banda comercial de
radiodifusión de AM, a cada transmisor de la estación se le asigna un ancho de
banda de 10 kHz (la portadora + o - 5kHz) Por lo tanto, para que un receptor
seleccione solamente aquellas frecuencias asociadas a un solo canal, la entrada
al demodulador tiene que estar limitada en banda deseada con filtros pasa-banda
de 10 kHz. Si el pasa-banda del receptor es mayor que 10 kHz, se puede recibir
más de un canal y demodular simultáneamente. Si el pasa-bandas del receptor es
menor que 10 kHz, una porción de la información de la fuente, para ese canal,
se rechaza o se bloquea desde la entrada al demodulador y, por consecuencia, se
pierde.
La selectividad se
define como la medida de la extensión que un receptor es capaz de diferenciar entre
las señales de información deseada y las perturbaciones o señales de información en
otras frecuencias. Puede expresarse cuantitativamente como el ancho de banda y
la relación del ancho de banda del receptor en algún factor de atenuación
predeterminado (comúnmente -60 dB) al ancho de banda en los puntos de -3 dB
(media potencia) Esta relación frecuentemente se llama el factor de figura (SF)
y se determina por el número de polos y los factores Q de los filtros de
entrada del receptor. El factor de figura define la forma de la ganancia contra
el trazo de frecuencia para un filtro y se expresa matemáticamente como
Para una filtración
perfecta, el factor de atenuación es infinito y el ancho de banda en las
frecuencias de -3 dB es igual al ancho de banda en las frecuencias de -60 dB.
Por lo tanto, el factor de figura es unitario. La selectividad frecuentemente
se da en porcentajes y se expresa matemáticamente como %Selectividad = SF x 100
Mejora
del ancho de banda
Como se indicó
anteriormente, el ruido térmico es directamente proporcional al ancho de banda.
Por lo tanto, si se reduce el ancho de banda, el ruido también se reduce en la
misma proporción. La relación de reducción del ruido, que se logra reduciendo
el ancho de banda, se llama mejora del ancho de banda (BI) Conforme se propaga
una señal, desde la antena a través de la sección de RF, la sección de
mezclador/convertidor, y la sección de IF, se reduce el ancho de banda.
Efectivamente, esto es equivalente a reducir (mejorar) la figura de ruido del receptor.
El factor de mejora del ancho de banda es la relación del ancho de banda de RF
al ancho de banda de IF. Matemáticamente, la mejora en el ancho de banda es
BI =
BF/BIF
BI =
mejora del ancho de banda
BRF =
ancho de banda de RF (hertz)
BIF =
ancho de banda de IF (hertz)
La reducción
correspondiente en la figura de ruido, debido a la reducción en el ancho de
banda, se llama mejora en la figura de ruido y se expresa temáticamente como
NFmejora
= 10 log BI
EJEMPLO 4-2
Determine la mejora, en la figura de
ruido, para un receptor con un ancho de banda de RF igual a 200 kHz y un ancho
de banda de IF igual a 10 kHz.
Solución
La mejora del ancho de banda se encuentra al
sustituir en la ecuación 4-2a BI=200kHz/10kHz
= 20
Y la mejora en la figura de ruido se
encuentra al sustituir en la ecuación 4-2b:
= 10 log 20 = 13 dB
Margen dinámico
El margen dinámico
de un receptor se define, como la diferencia en decibeles entre el nivel
mínimo de entrada necesario para discernir una señal y el nivel de entrada que
sobrecarga el receptor y produce una distorsión. En términos sencillos, el
rango dinámico es el rango de potencia de entrada sobre el cual el receptor es
útil. El nivel de recepción mínimo es una función del ruido frontal, figura
de ruido, y la calidad de la señal deseada. El nivel de la señal de entrada que
producirá distorsión de sobrecarga es una función de la ganancia neta del
receptor (la ganancia total de todas las etapas del receptor) El límite de alta
potencia de un receptor depende de si puede operar con una señal de entrada de
una sola frecuencia o de múltiples frecuencias. Si se utiliza la operación de
una sola frecuencia, generalmente se utiliza un punto de compresión de 1 dB para
el límite superior de utilidad. El punto de compresión de 1 dB se define como
la potencia de salida cuando la respuesta del amplificador RF es 1 dB menor que
la respuesta de ganancia lineal idónea. La figura 4-3 muestra el aumento lineal
y el punto de compresión de 1 dB, para un amplificador típico, donde la ganancia
lineal queda justo antes de la saturación. El punto de compresión de 1 dB
frecuentemente se mide directamente como el punto donde un incremento de 10 dB,
en la potencia de entrada, resulta en un incremento de 9 dB en la potencia de
salida.
Fidelidad
La fidelidad es
la medida de la habilidad de un sistema de comunicación para producir, en la
salida del receptor, una réplica exacta de la información de la fuente
original. Cualquier variación en la frecuencia, fase o amplitud que esté
presente en la forma de onda demodulada invertida y que no estaba en la señal
original de información se considera como distorsión. Esencialmente, hay tres
formas de distorsión que pueden deteriorar la fidelidad de un sistema de
comunicación: amplitud, frecuencia y fase.
Pérdida por inserción
La pérdida por
inserción (IL) es un parámetro asociado con las frecuencias que caen dentro
del pasa-bandas de un filtro y generalmente se define como la relación de la
potencia transferida a una carga con filtro en el circuito a la potencia
transferida a una carga
sin filtro. Debido a que los filtros se construyen generalmente con
componentes con pérdidas, como resistores y capacitores imperfectos, hasta las
señales que caen dentro de la banda de paso de un filtro se atenúan (reducidas
en magnitud) Las pérdidas típicas por inserción para filtros están, entre unas cuantas
décimas de decibel, hasta varios decibeles. En esencia, la pérdida por
inserción es simplemente la relación de la potencia de salida de un filtro con
la potencia de entrada para las frecuencias que caen dentro de la banda de paso
del filtro y se indica matemáticamente en decibeles como
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