Las radios definidas por software (SDR) se han vuelto populares entre los radioaficionados en los últimos años. Muchos poseen uno, y aquellos que no lo han hecho ciertamente han oído hablar de ellos. ¿Qué es un receptor SDR y por qué podría querer uno en lugar de una radio tradicional? ¿O tal vez desea cubrir sus apuestas con un SDR superheterodino o híbrido? Te ayudaremos a navegar por los pros y los contras de cada uno.
Diferentes estilos para diferentes personas
Para entender cada tipo de receptor, debemos fijarnos en sus componentes y características. Estas son las tres variedades principales, aunque algunas no encajan perfectamente en una categoría específica.
Superheterodino: Un receptor superheterodino (superhet) es un tipo de receptor de radio que utiliza la mezcla de frecuencias para convertir una señal recibida en una frecuencia intermedia fija (IF) que se puede procesar más fácilmente que la frecuencia portadora original. La radio superheterodina tradicional funciona con componentes de radio convencionales en lugar de software.
Aquí hay un diagrama de bloques de un receptor superheterodino (superhet) típico:
El diagrama anterior muestra un receptor superheterodino de doble conversión. Pueden tener más etapas de conversión y circuitos adicionales para proporcionar los niveles de rendimiento requeridos, como los de Kenwood. TS-590SG.
Un superheterodino básico comienza con la antena conectada a un amplificador de RF, que amplifica las señales muy débiles captadas por la antena. Algunas radios de gama alta colocan filtros de paso de banda entre la antena y el amplificador de RF para bloquear señales fuertes fuera de banda. Mezcla la señal entrante con una sola frecuencia del oscilador local para convertir las señales a una nueva frecuencia.
Luego viene el demodulador. Esto podría ser para modulación de amplitud (AM), banda lateral única (SSB), modulación de frecuencia (FM) o cualquier otro modo. También es posible cambiar entre diferentes demoduladores según el modo que se recibe. El componente final en el diagrama de bloques del receptor superheterodino es un amplificador de audio.
SDR de muestreo directo: Con un receptor definido por software (SDR), todo el control de la radio se realiza a través del software. Las funciones como cambiar la frecuencia, elegir filtros y cambiar bandas ya no las realiza el propio hardware de radio. El hardware se vuelve menos complejo debido a la eliminación de circuitos que normalmente estarían en un radio superheterodónico tradicional. Con los circuitos digitales, reduce el ruido, la distorsión y la pérdida de señal que se encuentran en cada etapa sucesiva de un superheterodino. La siguiente imagen muestra un diagrama de bloques de una radio SDR.
los IC-7300 emplea un sistema de muestreo directo de RF en el que las señales de RF se convierten directamente en datos digitales. Mirando el diagrama, puede ver que la señal entrante no pierde tiempo en pasar de analógico a digital. Las señales recibidas se filtran, amplifican y luego se envían a un convertidor de analógico a digital (ADC). Luego se envían a una matriz de puertas programables en campo (FPGA) para su conversión.
Debido a que no se requiere conversión de frecuencia, el diseño general de un receptor de muestreo directo de RF es mucho más simple en comparación con un receptor superheterodino. El ADC esencialmente reemplaza el mezclador, el oscilador y toda la cadena de señal de FI que se encuentra en las configuraciones superheterodinas. Debido a que tienen menos componentes, los receptores de muestreo directo de RF pueden integrarse en radios más compactas.
La parte del procesador de señal digital (DSP) del SDR, que funciona con software, realiza la mezcla, el filtrado y la demodulación que realiza el hardware analógico en una radio tradicional. Si observa un diagrama de bloques de las funciones DSP, serían básicamente las mismas que se encuentran en una radio superhet tradicional. La gran ventaja es que puede cambiar los diversos parámetros sobre la marcha, como el ancho y la forma del filtro IF, el control automático de ganancia (AGC), etc.
Híbridos: Un SDR híbrido es un sistema de radio que utiliza una combinación de componentes analógicos convencionales, así como software y tecnologías digitales para procesar una señal de radio. La siguiente imagen muestra un diagrama de bloques de una radio híbrida, la Yaesu FTDX10.
Con un SDR híbrido, la señal de RF se amplifica primero y luego se transforma usando un circuito analógico a un rango que puede ser procesado por el ADC. Se puede agregar un amplificador antes del ADC para proporcionar algo de ganancia. Luego, el FPGA procesa la salida digital del ADC y la pasa al DSP.
Pros y contras: superheterodino
Los receptores superheterodinos todavía tienen un lugar en el mercado. Los mejores ofrecen una excelente selectividad y sensibilidad que rivalizan con las radios SDR. También son inmunes a algunos problemas que ocurren en los receptores de conversión directa. Pero están siendo eliminados lentamente del mercado debido a las características adicionales y las continuas reducciones de precios en los transceptores SDR/Hybrid.
ventajas
- Las etapas IF convierten la alta frecuencia en baja frecuencia, por lo que todo el procesamiento de la señal se lleva a cabo en las frecuencias más bajas: mejores resultados.
- Es más fácil filtrar una señal de FI en comparación con una señal de RF.
- Ofrece una excelente sensibilidad del receptor.
Contras
- Requiere múltiples osciladores locales y mezcladores de RF para convertir señales de RF a IF antes de la conversión a banda base. Esto aumenta el costo total.
- Los receptores son generalmente de mayor tamaño porque requieren más componentes.
Pros y contras de SDR híbrido
El diseño híbrido SDR es una opción práctica dado el estado actual de la tecnología digital RF. Los convertidores A/D y D/A de alta velocidad y alta resolución siguen siendo algo caros, y la arquitectura híbrida es una forma económica de mejorar el rendimiento del receptor. Este diseño también combina las fortalezas de los receptores superheterodinos y SDR, así como algunas deficiencias limitadas.
ventajas
- Una etapa de conversión súper reductora antes de la etapa de conversión A/D puede proporcionar un mejor rango dinámico que una SDR de conversión directa simple.
Contras
- Todo el procesamiento analógico introducirá algo de ruido, y el enfoque de muestreo directo lo elimina. Por otro lado, el enfoque híbrido permite la inserción de un filtro de techo frente al convertidor A/D, lo que puede mejorar el rendimiento.
- No muestrea el espectro completo como una radio SDR de muestreo directo.
Muestreo RF directo SDR Pros y contras
El receptor de muestreo directo de RF SDR consta básicamente de un amplificador de bajo ruido (LNA), los filtros necesarios y el ADC. El ADC digitaliza la señal de RF directamente y la envía a un procesador. Un ADC esencialmente reemplaza el mezclador, el oscilador y toda la cadena de señal de FI que se encuentra en las configuraciones superheterodinas. Debido a que tienen menos componentes, los receptores de muestreo directo de RF se pueden construir en paquetes más pequeños.
ventajas
- La capacidad de recibir y transmitir varios métodos de modulación utilizando un conjunto común de hardware.
- Se pueden actualizar rápida y fácilmente con funciones mejoradas a través de software/firmware.
- Los SDR de conversión directa son excepcionalmente buenos para aislar señales débiles de señales fuertes adyacentes.
- Eliminación de hardware analógico de mayor costo.
- Puede ver una pantalla en cascada en tiempo real de una banda completa y ver todas las estaciones operando de un vistazo.
- Los avances recientes en los convertidores de analógico a digital les han permitido digitalizar directamente señales en frecuencias de RF. Mientras operan a altas frecuencias, pueden mantener un bajo nivel de ruido y una buena linealidad.
- Los SDR continúan beneficiándose de la simplificación de los diseños de radio. El costo de las piezas digitales seguirá cayendo, pero los dispositivos digitales seguirán siendo más potentes.
Contras
- Si está acostumbrado a las perillas y diales en un receptor tradicional, SDR requerirá algunos cambios en su rutina operativa, especialmente si está controlado por una PC. Sin embargo, varios fabricantes tienen modelos con controles tradicionales y menús de pantalla táctil integrados.
- Los receptores todavía tienen algunas limitaciones con respecto al rango de frecuencias y el ancho de banda del receptor que pueden admitir.
- Errores de software: afortunadamente, las actualizaciones se pueden agregar fácilmente.
Flexibilidad
La idea de una radio más flexible se convierte en la ventaja más obvia e importante de las radios SDR/Hybrid sobre los superheterodinos clásicos. La capacidad de actualizar su sistema para un mejor rendimiento y nuevas funciones significa infinitas posibilidades para las radios SDR a medida que se desarrollan.
Otro beneficio relacionado con SDR es que al hacer un front-end de RF menos complicado, se necesitan menos piezas en total. Con componentes digitales como DSP y FPGA reemplazando a muchos componentes pasivos y activos, los costos se abaratan a largo plazo.
El uso conjunto de la tecnología híbrida superheterodina y SDR ofrece lo mejor de ambos mundos. Si observa las clasificaciones actuales de los receptores de Sherwood Labs, dos de los tres primeros son híbridos Yaesu, el otro es un SDR de conversión directa Flex. Un número significativo de otros en el top 20 también son varios sabores de SDR o híbridos. Está claro que la tecnología SDR aumenta el rendimiento de los transceptores actuales, ya sea sola o en combinación con tecnología más tradicional.
