Ara frekans

Motorola’nın 19K1 televizyon setinin IF (ara frekans) aşamasının fotoğrafı.

Ara frekans telekomünikasyonda verici ve alıcı cihazlarında kullanılan bir sinyaldir. Bu sinyalin kullanıldığı cihazlar teknolojide süperheterodin (superheterodyne) olarak tanımlanırlar.

Modülasyon gereği

Yayıncılıkta ses, görüntü veya data gibi sinyallere bilgi sinyali denilir. Vericilerde bu sinyaller daha yüksek frekanslı bir sinyal olan taşıyıcı sinyal yardımıyla yayınlanırlar. Bunun için taşıyıcı sinyalin bir özelliği (genlik, faz, frekans vb.) bilgi sinyali tarafından kodlanır. Yapılan işleme modülasyon, bu işi yapan devreye de modülatör denilir.Alıcıda ise bu işlemin tersi yapılır ki, bu işleme de demodülasyon denilir.

Bilgi sinyalinin niteliği, kullanılan modülasyon tipi ve yayın gücü açısından pek çok verici cinsi olabilir. Ama bütün vericiler devre basitliği açısında ikiye ayrılır. Kimi vericilerde modüle edilen taşıyıcı sinyal güçlendirilip yayınlanır. Bunlar basit vericilerdir. Süperheterodin vericilerde ise, modülasyon işleminden sonra taşıyıcı sinyalin frekansı değiştirilir.Süperheterodin vericilerde modülatöre uygulanan taşıyıcı sinyalin frekansına ara frekans, frekans değiştirildikten sonraki haline ise radyo frekans denilir.

Ara frekans kullanımının geçmişi

Ara frekans fikrinin babası Kanadalı mühendis Reginald Fessenden (1866-1932) dir. Ancak ilk başarılı uygulama aynı zamanda frekans modülasyonunu da geliştiren Amerikalı mühendis Edwin Howard Armstrong’tur. (1890-1954) Armstrong bu sistemi I. Dünya Savaşı sırasında alıcı cihazlarda ve istihbarat amacıyla geliştirmiştir.

Terminoloji

Heterodin sözü eski Yunanca’da değişik güç anlamına gelen Hetero dyne tamlamasından türetilmiştir (Bu terimin başarılı bir terim olduğu söylenemez. Ama teknolojide sık sık görüldüğü gibi teknik literatüre bu haliyle yerleşmiştir.).

Ara frekans sinyali İngilizce teknik literatürde IF kısaltmasıyla, Almanca teknik literatürde ise ZF kısaltmasıyla gösterilir. Dilimizde AF şeklinde kısaltmalara rastlanmaktadır. Ancak AF kısaltmasının pek çok devre şamasında aynı zamanda ses sinyalinin kısaltması olarak da kullanıldığı unutulmamalıdır.

Radyo frekans sinyali ise bütün dillerde bu şekilde kullanılmaktadır. Kısaltma RF dir. Ancak ender olarak bu sinyale dilimizde yayın frekansı da denilmektedir..

Frekans değişikliği yapan devreler dilimizde frekans çevirici, frekans kaydırıcı veya frekans karıştırıcı gibi isimlerle bilinir. Ayrıca, kimi zaman da bu devrelere Batı dillerinden alınan mikser veya frekans konvertörü gibi isimler verilir.

Ara frekans kullanımın gerekçesi

Ara frekans kullanmadan, yani doğrudan modülasyon yaparak elektronik iletişim kurmak mümkündür. Ama ara frekansın pek çok avantajı vardır.

1. Gerek vericide ve gerekse alıcıda modüleli taşıyıcı sinyalin çeşitli yükselteçlerden, sınırlayıcı devrelerden ve filtrelerden geçmesi gerekir. Ancak radyo frekansın çok yüksek olması halinde, bu gibi işlemleri yapmak çok güçtür. Bu sebepten söz konusu işlemler nispeten düşük frekanslı ara frekans sinyalinde yapılmaktadır.

2. Elektronik devreler her frekansta aynı verim ile çalışamazlar. Bu sebepten devreler ara frekansta en iyi çalışacak şekilde üretilirler ve bu sayede, radyo frekans ne olursa olsun, sistemin performansının her zaman hemen hemen eşit olması sağlanır.

3. Farklı istasyonlara ait radyo frekans sinyalleri alıcının anteninden girerler. Alıcının seçici olması, yani bu sinyallerden sadece birini seçmesi gerekir. Seçme işlemi için ara frekansta radyo frekansa göre çok daha etkili olarak yapılabilir.

Yayıncılıkta kullanılan ara frekanslar

Yayıncılıkta kullanılan bazı ara frekanslar şunlardır.

Genlik modüleli (GM, AM) radyo yayını : 451 veya 455 kHz

Frekans modüleli (FM) radyo yayını: 455 kHz , 10.7 veya 21.3 MHz

TV yayını : 38.9 Mhz (görüntü için) ve 33.4 MHz (ses için)

Radyo link : 70 MHz

Uydu yayıncılığı (DBS) : 950-2150 Mhz

Matematiksel yaklaşım

$f(t)$ :Bilgi sinyali

$\omega _{R}$ : Yayın frekansı ($\omega =2\cdot \pi \cdot f$)

$\omega _{I}$: Ara frekans

$\omega _{s}$ : İkinci osilatörün Frekansı.

Doğrudan modülasyon yapıldığında;

${\mbox{RF}}=(1+f(t))\cdot \sin(\omega _{R}t)$

Ara frekanslı modülasyonda ise;

${\mbox{IF}}=(1+f(t))\cdot \sin(\omega _{I}t)$

Bu sinyal frekans konvertörüne uygulanır. Aynı devreye ayrıca ikinci osilatörüde üretilen sinyal de uygulanır.

${\mbox{SC}}=\sin(\omega _{s}t)$

Frekans konvertörünün çıkışı iki sinyalin çarpımı gibidir:

${\mbox{IF}}\cdot {\mbox{SC}}=(1+f(t))\cdot \sin(\omega _{I}t)\cdot \sin(\omega _{s}t)$

Trigonoetrik ilişkiler kullanılarak;

${\mbox{IF}}\cdot {\mbox{SC}}={\frac {1}{2}}(1+f(t))\cdot (\cos(\omega _{s}t-\omega _{I}t)-\cos(\omega _{s}t+\omega _{I}t))$

Bir elektronik çıkış filtresi çıkıştaki ürünleri bir bölümünü süzer.

${\mbox{RF}}={\frac {1}{2}}(1+f(t))\cdot \cos(\omega _{s}t-\omega _{I}t)$

$\omega _{s}-\omega _{I}$ yayın frekansıdır Yani; $\omega _{R}=\omega _{s}-\omega _{I}$

Ya da düzeltme devreleri çıkışında;

${\mbox{RF}}=(1+f(t))\cdot \sin(\omega _{R}t)$

Ayrıca bakınız

• Mikser (Elektronik)
• Radyo Frekans