Reinventando la Radio. Semana 13.

Esta semana nos hemos centrado en el procesado digital de señal. La motivación se encuentra en la necesidad de bajar en frecuencia el tono a 10 kHz, obtenido en nuestro receptor super heterodino, a 1 kHz. Esta última bajada en frecuencia se debe a que se desea una buena audición del tono producido y el oído humano es especialmente sensible a 1 kHz.
Debido a la complejidad que añadiría al sistema implementar dicho cambio usando elementos de hardware, se procede a  trabajar con elementos de software.

- El programa escogido para realizar el procesado mediante software es BasicDSP, un programa altamente instructivo y que ofrece muchas posibilidades.

- En dicho programa se definen las entradas como in, inr (si se trata de la entrada derecha) o inl (si se trata de la entrada izquierda), y las salidas de la misma forma como out, outr o outl. Una vez definidos los parámetros se realizan operaciones matemáticas con ellos para procesar la señal.

- El programa está formado por dos ventanas, una contiene un editor de texto para introducir las operaciones de procesado y debajo una pequeña interfície gráfica con algunos parámetros de configuración como lo són la entrada escogida (tarjeta de sonido, impulso...)

- Para el caso que nos conlleva, bajar una señal de 10 kHz a 1 kHz, el código que se debe implementar es el siguiente:

samplerate=48000
sawtooth=mod1(sawtooth+slider1)
osc=sin1(sawtooth)
x=inl
y=inr
z=x-y
en=z
mix=osc*en*20
lpfa=lpfa+slider2*(mix-lpfa)
lpfb=lpfb+slider2*(lpfa-lpfb)
outl=lpfb*100*slider3
outr=z*slider4

Donde slider2, slider3 y slider4 són barras deslizadoras incorporadas en la interficie gráfica que permiten ajustar manualmente el valor del parámetro.

- Una vez implementado el código en el laboratorio se ha podido comprovar que conectando la salida de nuestro receptor a 10 kHz a la entrada de audio del PC, mediante el procesado hemos convertido la señal a 1 kHz y la hemos escuchado a esa frecuencia.

Reinventando la Radio. Semana 12.

Esta semana hemos iniciado el diseño del receptor superheterodino. Un receptor con amplias capacidades de desarrollo moderno.

- El diagrama de bloques del receptor heterodino consiste en la antena receptora, un multiplicador que multiplica la señal captada por la antena con una señal proveniente de un oscilador local centrado a la frecuencia de recepción, a continuación una etapa de filtraje y amplificación y finalmente un detector de envolvente con un comparador que convierta la señal recibida en una señal cuadrada donde 1 es la presencia de señal y 0 la ausencia de esta.

- El interés de esta arquitectura se encuentra en que mediante el uso del multiplicador, se obtienen dos señales: una centrada a la frecuencia diferencia y la otra a la frecuencia suma, es decir, si la señal recibida está a 27 MHz y la del oscilador a 27MHz + 10kHz se obtiene a 10 kHz y a 54 MHz + 10kHz. De esta forma mediante un sencillo filtrado a baja frecuencia se obtiene la señal deseada.

- Como alternativa al multiplicador (dispositivo de importante complejidad), se puede usar un mezclador. Un dispositivo que realiza la misma función que el multiplicador mediante la commutación entre la señal de entrada y la misma señal de entrada cambiada de signo. De esta forma a efectos prácticos, se multiplica la señal por un tren de pulsos que se puede descomponer como una sinusoide en series de Fourier. Si el commutador commuta a la frecuencia del oscilador local, dicha sinusoide simulada por el tren de pulsos será de la misma frecuencia que la señal que se deberia usar en un multiplicador para realizar la operación.

- A frecuencias de audio una buena solución consiste en usar un amplificador operacional junto con un trasistor de tipo FET capaz de actuar como un interruptor cortando el paso de la corriente. Si se implementa junto a el oscilador local, se obtiene el interruptor commutando a la frecuencia deseada para el mezclador. De dicha manera, se obtendrá a la salida del circuito Vin cuando el transistor esté en ON y -Vin cuando el transistor esté en CORTE.

- Existen otras realizaciones, y la más usada es el Multiplicador de Gilbert, el cual se implementa de forma comercial en el chip NE602 de Philips. Dicho chip solo necesita de un oscilador local añadido para poder realizar la multiplicación de la señal de entrada de la antena.

A partir de aquí, gracias al dispositivo multiplicador que implementa el chig NE602, es posible implementar nuestro receptor superheterodino.

Reinventando la Radio. Semana 11

Esta semana hemos finalizado el diseño del emisor radio baliza. Los pasos seguidos se exponen a continuación:

- Los teoricos de circuitos definen una nueva configuración de oscilador. Esta que se llama Oscilador de Pierce consiste en el uso del cristal de cuarzo en modo inductivo (frecuencia de trabajo entre fp donce es un CC y fs donde es un CA) para poder así sustituir la bobina usada para realizar el filtro paso-banda.

- Una bobina es cara de fabricar debido al notable precio de la materia prima (el cobre) y la cantidad requerida, además también presenta una notable fragilidad. Para dotar al emisor de una importante rigidez hay que prescindir de dicho elemento.

- El Oscilador de Pierce usa un circuito tank con frecuencia del pico de resonancia por debajo de 27 MHz (donde debe trabajar el emisor). Dicho circuito cuando trabaja a f<fp su comportamiento es capacitivo y permite sustituir dos elementos R y C. Además de dicha forma se fuerza que el cristal de cuarzo oscile a 27 MHz y no en su tono natural por lo cual se puede usar uno de menor calidad.

- Para la etapa amplificadora se usa un transistor bipolar el cual se polariza independientemente del valor de Beta (valor que se conoce por ser extremadamente variable en función de cada transistor).

- Una vez implementado el emisor se debe modular la señal emitida de cierta forma. Una forma sencilla de hacerlo es la interrupción temporal de la señal. Una buena forma de generar esta interrupción es aplicar una tensión en la base del transistor bipolar para que este entre en corte.

- Para generar la tensión alterna en la base del transistor bipolar se puede usar un Timer 555, el cual provee una tensión cuadrada i periódica que irá perfecto para interrumpir la emisión periodicamente. Se peude añadir un dispositivo LED para señalizar de forma visual cuando el emisor está transmitiendo.

Con esto acaba el diseño del emisor radiobaliza, se han realizado pruebas en un prototipo de laboratorio y se ha conseguido transmitir correctamente, ha sido un éxito!