Il ricevitore supereterodina, la frequenza immagine e la banda laterale unica
Conversione di frequenza con il mixer, frequenza intermedia, frequenza immagine con esempio, DSB-SC e demodulazione coerente, SSB, conversione diretta e radio definita dal software.
Un ricevitore radio deve estrarre un canale debole da un’antenna che raccoglie centinaia di segnali, alcuni milioni di volte più forti. Filtrare direttamente alla frequenza del canale richiederebbe filtri strettissimi e sintonizzabili, impossibili da realizzare. Dal 1918 la soluzione è il ricevitore supereterodina: si sposta ogni canale a una frequenza fissa, dove filtrare e amplificare è facile. In questa lezione vediamo la conversione di frequenza, la frequenza immagine, le modulazioni d’ampiezza a portante soppressa e a banda laterale unica, e i ricevitori moderni.
La conversione di frequenza
Il cuore è il mixer, un moltiplicatore. Moltiplicando il segnale ricevuto a 
per un’oscillazione locale a 
, per la formula di prostaferesi
![\[ \cos(2\pi f_{RF}t)\cos(2\pi f_{LO}t) = \tfrac12\cos(2\pi(f_{LO} - f_{RF})t) + \tfrac12\cos(2\pi(f_{LO} + f_{RF})t) \]](https://www.electronics-engineering.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-e38b0edddb7c242762a830cc5801f08d_l3.png "Rendered by QuickLaTeX.com")
compaiono la differenza e la somma delle frequenze. Un filtro tiene solo la differenza, la frequenza intermedia 
, con tutta l’informazione del segnale (la modulazione si trasla insieme alla portante). Per sintonizzare un’altra stazione si cambia solo : il filtro e gli amplificatori a frequenza intermedia restano fissi, e possono essere selettivi e ottimizzati.
La frequenza immagine
Il mixer porta a 
anche un segnale che si trova dall’altra parte dell’oscillatore locale, a 
: anche lui differisce di da . Una volta convertito, è indistinguibile dal segnale utile.
Esempio. Una radio FM con frequenza intermedia standard di 10,7 MHz, sintonizzata su 100 MHz, ha l’oscillatore locale a 110,7 MHz e la frequenza immagine a 121,4 MHz, nella banda dell’aviazione civile.
Il rimedio è un filtro a radiofrequenza prima del mixer, che attenui la frequenza immagine. La scelta di è un compromesso: alta, l’immagine è lontana e facile da filtrare; bassa, i filtri a frequenza intermedia sono più selettivi. I ricevitori professionali usano due o tre conversioni successive per avere entrambi i vantaggi.
Le modulazioni d’ampiezza efficienti
L’AM classica (lezione sulla modulazione di Teoria dei segnali) spreca almeno due terzi della potenza nella portante. Le alternative:
- DSB-SC (doppia banda laterale a portante soppressa): si trasmette solo
. Il ricevitore deve rigenerare la portante con fase e frequenza esatte (demodulazione coerente): moltiplicando per 
si ottiene 
più un termine a 
da filtrare. Un errore di fase 
riduce l’uscita di 
; un errore di frequenza la fa oscillare. - SSB (banda laterale unica): le due bande laterali portano la stessa informazione, quindi se ne trasmette una sola, con metà banda e tutta la potenza nell’informazione. Si genera filtrando o con la trasformata di Hilbert (lo sfasatore a 90° su tutte le frequenze):
. È la modulazione dei radioamatori e delle comunicazioni a onde corte.
Il ricevitore a conversione diretta e la radio software
I ricevitori dei telefoni e del Wi-Fi usano spesso la conversione diretta (frequenza intermedia nulla): l’oscillatore locale è alla stessa frequenza del segnale, e due mixer, con l’oscillatore in fase e in quadratura, producono le componenti 
e 
in banda base (le stesse delle costellazioni digitali). Non c’è frequenza immagine da filtrare e tutto si integra su un chip, ma bisogna curare gli offset in continua e lo sbilanciamento tra i due rami.
Il passo successivo è la radio definita dal software (SDR): un convertitore analogico-digitale molto veloce campiona direttamente il segnale (o una larga banda dopo una sola conversione), e filtraggio, conversione e demodulazione diventano calcoli su un processore o una FPGA. Con un ricevitore SDR da pochi euro si ascoltano FM, aerei, satelliti meteorologici: cambiare tipo di ricevitore è cambiare programma.
