¿Cómo filtra una radio AM solo la frecuencia deseada?

Utiliza algo llamado filtro. Puede crear filtros a partir de todo tipo de cosas diferentes.

Los filtros RC hechos de resistencias y condensadores son probablemente los más simples de entender. Básicamente, el capacitor actúa como una resistencia, pero con una resistencia diferente a diferentes frecuencias. Cuando agrega una resistencia, puede construir un divisor de voltaje que depende de la frecuencia. Esto se llama un filtro RC. Puede hacer filtros de paso alto y paso bajo con una resistencia y un condensador. Un filtro de paso bajo está diseñado para pasar frecuencias bajas y bloquear frecuencias altas, mientras que un filtro de paso alto hace lo contrario. Un paso bajo en serie con un paso alto forma un paso de banda, que pasa frecuencias dentro de un rango y bloquea otras frecuencias. Tenga en cuenta que la operación de un filtro RC (y la mayoría de los filtros, para el caso) dependerá de la fuente y la impedancia de carga.

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

Los filtros también se pueden fabricar con otros componentes, como inductores. Los inductores también actúan como resistencias, pero cambian en la dirección opuesta a los condensadores. A bajas frecuencias, un inductor parece corto, mientras que un condensador parece abierto. A altas frecuencias, un inductor parece abierto mientras que un condensador parece corto. Los filtros LC son un tipo de filtro construido con inductores y condensadores. Es posible hacer un filtro LC bastante nítido que se corte rápidamente y sea fácil de sintonizar con un capacitor variable. Esto es lo que normalmente se hace para radios simples como radios de cristal.

^{simular este circuito}

Puede hacer filtros de paso de banda con cualquier cosa que tenga una frecuencia resonante. Un capacitor y un inductor en serie o en paralelo forman un circuito de tanque resonante que se puede usar como un filtro de paso de banda o de supresión de banda, dependiendo de cómo lo conectes. Una antena también es un filtro de paso de banda: solo recibirá bien las frecuencias que tengan longitudes de onda alrededor del tamaño de la antena. Demasiado grande o demasiado pequeño y no funcionará. Las cavidades también se pueden usar como filtros: una caja de metal sellada tiene varios modos de onda estacionaria, y estos se pueden aprovechar para usar como filtros. Las ondas electrónicas también pueden convertirse en otras ondas, como ondas acústicas, y filtrarse. Los filtros SAW (onda acústica de superficie) y los filtros de cristal funcionan por resonancia mecánica y utilizan el efecto piezoeléctrico para interactuar con el circuito. También es posible construir filtros a partir de líneas de transmisión explotando su inductancia y capacitancia inherentes, así como explotando la interferencia constructiva y destructiva que resulta de los reflejos. He visto una serie de filtros de banda de microondas que están hechos de una pieza de cobre con una forma loca impresa en una PCB. Estos se llamanfiltros de elementos distribuidos . Por cierto, la mayoría de estos otros filtros se pueden modelar como circuitos LC o RLC.

Ahora, una radio definida por software es un animal completamente diferente. Como está trabajando con datos digitales, no puede simplemente arrojar algunas resistencias y condensadores al problema. En su lugar, puede utilizar algunas topologías de filtro estándar como FIR o IIR. Estos se construyen a partir de una cascada de multiplicadores y sumadores. La idea básica es crear una representación en el dominio del tiempo del filtro que necesita y luego convolucionar este filtro con los datos. El resultado son datos filtrados. Es posible construir filtros FIR de paso bajo y paso de banda.

El filtrado va de la mano con la conversión de frecuencia. Hay un parámetro que verá por todas partes llamado Q. Este es el factor de calidad. Para los filtros de paso de banda, está relacionado con el ancho de banda y la frecuencia central. Si desea hacer un filtro ancho de 100 Hz a 1 GHz, necesitaría un filtro con una Q astronómicamente alta. Lo cual es inviable de construir. Entonces, en cambio, lo que hace es filtrar con un filtro Q bajo (ancho), convertir a una frecuencia más baja y luego filtrar con otro filtro Q bajo. Sin embargo, si convierte 1 GHz a, digamos, 10 MHz, un filtro de 100 Hz tiene una Q mucho más razonable. Esto se hace a menudo en radios y posiblemente con más de una conversión de frecuencia. Además,

En el caso de los filtros digitales, cuanto más largo es el filtro, mayor es la Q y más selectivo se vuelve el filtro. Aquí hay un ejemplo de un filtro de paso de banda FIR:

La curva superior es la respuesta de frecuencia del filtro y la curva inferior es un gráfico de los coeficientes del filtro. Puede pensar en este tipo de filtro como una forma de buscar formas coincidentes. Los coeficientes de filtro contienen componentes de frecuencia específicos. Como puede ver, la respuesta oscila un poco. La idea es que esta oscilación coincida con la forma de onda de entrada. Los componentes de frecuencia que coincidan estrechamente aparecerán en la salida y los componentes de frecuencia que no coincidan se cancelarán. Una señal se filtra deslizando los coeficientes de filtro a lo largo de la señal de entrada, una muestra a la vez, y en cada desplazamiento, las muestras de señal y los coeficientes de filtro correspondientes se multiplican y suman. Básicamente, esto termina promediando los componentes de la señal que no coinciden con el filtro.

La conversión de frecuencia también se realiza tanto en software como en hardware. En hardware, esto es necesario para obtener la banda que le interesa dentro del ancho de banda de ADC IF. Digamos, si desea ver una señal a 100 MHz pero su ADC solo puede recibir 5 MHz de ancho de banda, tendrá que convertirla en alrededor de 95 MHz. La conversión de frecuencia se realiza con un mezclador y una frecuencia de referencia, generalmente llamada oscilador local (LO). La mezcla explota una identidad trigonométrica,

Esto se hace usando un sistema de afinación Heterodyne. Por ejemplo, supongamos que desea sintonizar una estación a 1200kHZ. Configura su dial de sintonización en "1200", lo que configura un oscilador local para generar una frecuencia de 745 kHz. Cuando los mezcla, una de las frecuencias resultantes es la diferencia (la frecuencia que desea sintonizar: 745 kHz).

La siguiente etapa es un amplificador de banda estrecha sintonizado a 455 kHz. Lo que ahora está en 455kHZ era 455+745 o 1200kHZ entrante, la estación que querías recibir. Esto (455 kHz) se amplifica y detecta, lo que da como resultado que se escuche el audio de esa estación.
Por supuesto, todavía se reciben otras frecuencias. Pero su frecuencia resultante será diferente a 455kHz, por lo que no se amplificarán.

Se decidió usar una frecuencia intermedia de 455kHZ (en los EE. UU.) porque estaba por debajo de la banda estándar de AM (535kHZ a 1610kHz), por lo que no habría interferencia con ninguna estación que intentara recibir.

Esto es para la recepción de señales de radio analógicas. Para obtener detalles adicionales, puede consultar Heterodyne , ¿Por qué la conversión a frecuencia intermedia? y frecuencia intermedia .

La antena de una radio recibirá muchas señales por igual. lo que queremos es filtrar las otras emisoras, y solo permitir la señal de la emisora ​​que estamos sintonizados. la forma en que esto se hizo inicialmente fue usar tanto un inductor como un capacitor variable. A alguna frecuencia, la reactancia inductiva será igual a la reactancia capacitiva, Xl=Xc, dando la menor cantidad de impedancia a esa señal. esa señal luego se envía para ser amplificada por el circuito restante en la radio, mientras que las otras frecuencias se suprimen porque no están en esa frecuencia resonante. Siempre que la Q del filtro sea lo suficientemente alta, puede eliminar la amplificación de las otras estaciones. También de interés, este circuito inductivo/capacitivo oscila, en el verdadero sentido de los osciladores... lo que significa que tiene una ganancia superior a 1 y es impulsado por una corriente.

En mi opinión, la onda MODULADA EN AMPLITUD (que contiene la onda portadora y los datos (voz), se mezcla con la frecuencia intermedia que está desfasada 180 grados, lo que produce la información (voz). Recuerde en la teoría de CA que las ondas están fuera de la fase se resta y las ondas en fase se suman, la misma idea aquí.