Cintillo Institucional

Medios Comunitarios, Conceptos Técnicos

Traducción de: Alberto Medrano y Rosana Briceño

Última revisión: 2 de agosto de 2010

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Introducción

Este documento explora los conceptos involucrados en la radiodifusión relevantes para el operador de radio comunitaria en VHF (Very High Frequency, por su siglas en ingles) FM. Iremos en una recorrido paso a paso de un sistema típico transmisor VHF FM, empezando con la salida de la grabadora o mezclador, y terminando con una breve discusión de las antenas. En cada etapa vamos a discutir los beneficios y las desventajas de las distintas alternativas, proporcionando información adicional de los antecedentes e introduciendo el uso de equipos de prueba.

Lo que estamos intentando es obtener información de un lugar y llevarla a muchos otros. Estoy usando aquí la palabra información en un sentido más amplio, es decir, me refiero al habla, la música, los debates sobre las competencias del estado, en lugar de números de teléfono de los peluqueros locales o lo que sea. Ahora voy a asumir que vamos a utilizar la difusión radial para lograr este objetivo, lo cual inmediatamente excluye cosas como pararse en la cumbre de edificios altos y gritar muy fuerte. También asumiremos que tenemos esta información en forma de una señal de frecuencia de audio, es decir, lo que sale de una grabadora o un mezclador de audio. Ya que no se puede trasmitir señales de frecuencia de audio fácilmente,lo que se hace es difundir la información de la señal portadora, que esta en frecuencia de audio a una frecuencia mayor, a una radiofrecuencia.

Radio Frecuencia

Traducción de Radio Frecuency, son señales que poseen amplitud y frecuencia. La frecuencia es la rapidez con que la señal está oscilando de un extremo al otro y viceversa. La frecuencia se mide en Ciclos por Segundo (cp/s, por su siglas en ingles), que en estos días se conocen como Hertz (Hz).

1.000 Hz = 1 KHz

1.000 kHz = 1 MHz

1.000 MHz = 1 GHz

La amplitud es hasta qué punto la señal es oscilante. El nivel o la intensidad puede ser medido en el mismo sentido que la amplitud. La Amplitud puede medirse en Voltios (V) o Vatios (W o dBm).

Dos modos de transmitir nuestra información deseada en la portadora de RF son la Amplitud Modulada (AM) (traducción de Amplitude Modulation) y Frecuencia Modulada (FM) (traducción de Frequency Modulation).

En AM la amplitud de la señal portadora se determina en cada instante por la amplitud de la señal de audio, la frecuencia de transmisión se mantiene constante. En FM la frecuencia de la señal portadora se determina en cada instante por la amplitud de la señal de audio, y la amplitud de la portadora permanece constante.

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Frecuencias entre 30MHz y 300MHz que se conoce como Frecuencias Muy Altas o VHF (traducción de Very High Frequency). Esto corresponde a longitudes de onda entre 1 y 10 metros. Para convertir entre la longitud de onda y la frecuencia de uso se usa la fórmula:

formula_LongitudDeOnda.png

Frecuencia Modulada (FM)

En la República Bolivariana de Venezuela, las frecuencias de emisión serán asignadas por la Comisión Nacional de Telecomunicaciones (CONATEL), al tramitar de manera exitosa su licencia.

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En los países o zonas autónomas con menos condiciones para registrar las licencias, es posible que tenga que elegir sus propias frecuencias de funcionamiento. Si su primera acción consiste en llegar a su receptor y sintonizar en busca de un espacio en blanco, piense de nuevo. Qué estaciones puede recibir es determinado por el lugar donde estás, así como por el tipo y la colocación de la antena. Usted tendrá que hacer bastante investigación para estar seguro de que la frecuencia que vaya a utilizar está verdaderamente libre. Para ello, tendrá que recurrir a fuentes de la información publicada con los detalles de otras estaciones conocidas, así como escuchar en varios lugares y distintos momentos del día. Armado con esta información que usted debe hacer una lista de todas las frecuencias en uso, digamos, en un radio de 30 kilómetros. Luego, es sólo una cuestión de encontrar un espacio lo suficientemente grande entre las estaciones, con la salvedad de que su estación no debe estar más cerca de 200 kHz (0,2 MHz) de la frecuencia de cualquiera de las estaciones existentes.

Ahora echemos un vistazo a través de todo el sistema.

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Modos de Transmisión de Contenidos

¿Qué vamos a alimentar nuestro transmisor? Las posibilidades incluyen:

Cinta

Este es el enfoque más sencillo en el que usted puede poner una cinta y después continuar con sus asuntos. También es la alternativa más inflexible pues las cintas tendrán que ser preparadas de antemano.

Se debe pensar un poco en la opción de grabador de cinta a escoger, ya que será probablemente el eslabón más débil en términos de la calidad del sonido. Una cinta vieja o de mala calidad producirá más ruido en el cabezal del reproductor. Tal vez pueda utilizar un reproductor de tipo Walkman, los cuales son pequeños, puede ser alimentados con baterías, tienen una calidad aceptable y son baratos. La última y más grande es utilizar las "máquinas de pila", que cambian las cintas por usted.

Para reducir el "ruido" o "silbido de la cinta” en estos grabadores, si está haciendo programas con pasajes suaves, puede utilizar un circuito conocido como un Limitador de Ruido Dinámico (Dynamic Noise Limiter - DNL), que se coloca en la salida y corta el “ruido” en las pausas de silencio. Los DNLs son utilizados a veces en las bandas sonoras de películas antiguas.

Disco Compacto (Compact Disk, CD) y Medios Digitales

El disco compacto (conocido popularmente como CD por las siglas en inglés de Compact Disc) es un soporte digital óptico utilizado para almacenar cualquier tipo de información (audio, imágenes, vídeo, documentos y otros datos).

Los CD estándar tienen un diámetro de 12 centímetros y pueden almacenar hasta 80 minutos de audio (o 700 MB de datos). Los MiniCD tienen 8 cm y son usados para la distribución de sencillos y de controladores guardando hasta 24 minutos de audio o 214 MB de datos.

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Programas de Gestión de Contenidos

Campcaster

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Campcaster es una aplicación de fuente libre y abierta para gestión de radiodifusión en vivo, administración controlada de manera remota (a través de programación de contenidos basado en web), y el programa de intercambio entre las estaciones de radio. Campcaster fue diseñado para permitir la aplicación en un número de escenarios de uso, que van desde una unidad de transmisión accediendo de forma remota a través de Internet a una red de maquinas de área local para conformar una estación de radio de manejo de transmisiones en vivo y la programación mediante acceso a una central de sistema de almacenamiento de audio.

Más información visite http://campware.org/

Mono o Estéreo

Las ventajas de transmitir en mono es que el transmisor es mas simple y barata, y no necesitas tanto poder como en un transmisor estéreo para obtener el mismo resultado. La desventaja es que no sonaras como profesional. Con un buen codificador estéreo, el oyente podrá obtener una calidad igual a estaciones de gran presupuesto. Pesa en contra de esto el costo adicional, circuitos adicionales y mayor potencia de salida para la misma señal.

Lo que necesitas es un Codificador Estéreo, que combine el canal izquierdo y derecho en una sola señal estéreo (señal compuesta) la cual entonces alimenta tu transmisor.

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Una breve descripción técnica sigue. Las señales Izquierda (L - Left) y Derecha (R - Right) alimentan un amplificador sintetizador y diferencial para obtener una señal L+R y L-R respectivamente. La señal L-R es mezclada en un modulador balanceado con una sub-portadora a 38KHz para producir una modulación de amplitud en doble banda lateral de la señal portadora suprimida. La señal de 38KHz es derivada de la misma fuente que el tono piloto de 19KHz. La salida compuesta es formada al mezclar la señal L+R, las bandas laterales que contienen la información sobre la señal L-R , y un poco del tono piloto de 19KHZ. El tono piloto activa el Decodificador Estéreo en los receptores de la gente, y provee una señal de referencia para el decodificador estéreo en los receptores de los oyentes.

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De vuelta en el receptor, una vez el decodificador estero ha extraído las señales L+R y L-R, las señales L y R originales son fácilmente obtenidas por:

(L+R)+(L-R)=2L y (L+R)-(L-R)=2R

La razón de que L+R y L-R están codificadas en lugar de ser simplemente L y R es que en un receptor mono solo puede demodular el bit L+R e ignora el resto de la señal. Si L y R fuesen codificadas un receptor mono solo seria capaz de escuchar el canal izquierdo. El tono piloto de 19KHz es usualmente tomado de un cristal oscilador, siendo muy preciso y estable. Un cristal resonando a 4.864MHz dividido por 2 ocho veces es 19KHz. Esto puede ser fácilmente hecho por chips lógicos digitales. Sin embargo, es muy poco probable que usted sea capaz de comprar un cristal a 4.864MHz, por lo que tendrá que tener uno hecho a la medida.

Esto no interesa si no entiende todo lo anterior, pero una cosa es importante. El estándar de ancho de banda de radiodifusión de audio de FM se extiende sólo a 15 kHz. y los codificadores estéreo están diseñados para asumir esta cifra. Si pones en ellos las señales con frecuencias más arriba que la señal L+R y la banda lateral inferior de la señal L-R podrían extenderse a los demás y obtendrá un seguro caos sangriento. Con una grabadora de cinta analógica en realidad no se puede obtener más de 15 kHz., pero si estas en vivo es muy posible. En ese caso, usted necesita un filtro de paso bajo en cada entrada a un codificador de estéreo. Este es un filtro de audio paso bajo, que no debe confundirse con un filtro de paso bajo de RF, que se discutirá más adelante. Si estás utilizando un enlace entre el estudio y el transmisor y desea señal estéreo tendrá que saber el ancho de banda del enlace. Si se trata de 53 kHz (= 38 +15) o más se puede usar después que el codificador. De lo contrario necesitaras dos enlaces y tendrás que decodificar al final de transmisor.

Pre-énfasis

En una típica señal de audio los sonidos de alta frecuencia tienen menos energía que los de baja frecuencia y así producen menos desviación de la portadora. Esto a su vez los hace susceptibles al "ruido" cuando se reciben. Para evitar esto las altas frecuencias son impulsadas antes de ser transmitida por el pre-énfasis. En el receptor las frecuencias se reducen en la misma cantidad por el de-énfasis Así que la respuesta de frecuencia total del TX al receptor permanece plana, pero el nivel de ruido de fondo se reduce mucho.

Las redes Pre-énfasis y De-énfasis se caracterizan por su constante de tiempo. En los EE.UU. el estándar es de 75 uS, pero en el Reino Unido es el 50 uS para cualquier cosa diseñada o comprada, de allí la necesidad de realizar ligeras modificaciones. En un TX mono la red de pre-énfasis puede ser construida en la parte delantera del excitador. Para un TX estéreo la red del pre-énfasis NO debe estar en el excitador o se jugará con la señal estéreo del codificador. En su lugar se necesitan dos redes, una para cada canal, en las entradas del codificador del estéreo, las cuales a menudo son integrados en el codificador del estéreo.

Compresores y Limitadores

Los Compresores y Limitadores funcionan sobre los mismos principios, pero sus efectos y los motivos para usarlos son completamente diferentes.

Un compresor, reduce el margen dinámico de su señal de entrada. Esto quiere decir que mientras que la amplitud de entrada varía sobre una cierto rango, la amplitud de salida varía sobre sólo una fracción de ese rango. El gráfico muestra una característica de compresión de 2:1. En este caso con cada cambio de la amplitud de entrada la salida cambia sólo la mitad de esta. La línea de puntos muestra un característica sin compresión 1:1.

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Un Limitador pasa su señal sin cambios amenos de que la amplitud de entrada alcance su umbral. En este punto el limitador previene que la salida aumente mucho al comprimir su entrada mucho más fuerte que los compresores, ejemplo 10:1

Muchas estaciones comprimen sus programas para hacerlo parecer “más fuerte” y “más avanzado” que otras estaciones, esto ocurre porque el compresor mantiene el nivel medio de la señal alto, aún en las partes silenciosas del programa. La otra cara de esto es que los oyentes pueden sentir rápidamente “la fatiga del oyente” pues la constante compresión puede hacerse aburrida e irritante al oído, como si la música se estrellara contra el.

La compresión tiene otros usos, usted podría comprimir su programa mientras usted lo transfiere a la cinta para evitar que los bits más silenciosos se desvanezcan en el siseo del fondo al reproducir la cinta. El proceso de grabación y reproducción hace esto en cierta medida de todos modos. No comprima la salida de una grabadora de cinta, ya que hacen peor el ruido de la cinta. Las unidades de efecto de guitarra, compresores etiquetados, no son usados muy a menudo. Vale la pena experimentar con compresores creados para ser usados en estudios caseros de grabación. Un compresor estéreo con una característica 2:1 puede ser simplemente construido alrededor de un NE570 o NE571 CI. Se puede obtener la ficha de datos en formato PDF de Semiconductores de Philips.

Los Limitadores se utilizan para detener la amplitud de una señal que está pasando en un determinado nivel, por ejemplo, cuándo recortan un disco maestro en un estudio de grabación, grandes sistemas de PA capturan y detienen ruidos extraños (golpeteos en el microfono, etc). En FM particularmente, como el nivel de señal aumenta así también el ancho de banda de la señal transmitida, con el riesgo interferir con otras estaciones. Con la entrada de cinta a su transmisor, la salida es inherentemente limitada por el proceso de grabación, por lo que no es necesario un limitador. Con una entrada "en vivo" al transmisor es diferente. Aunque usted puede ajustar los niveles antes de iniciar, si aparece una voz alta o voces y que podría estar interfiriendo con la siguiente estación. Utilice un limitador.

Cualquier limitador basado en 2 diodos (back to back).

El Oscilador

En el corazón de todo es el oscilador, éste genera la señal VHF. La frecuencia de ésta es modulada mediante la aplicación de una señal de audio a la misma. La forma más común de hacerlo es mediante el uso de uno o dos Diodos Varicap. Cuando un diodo varicap se acciona con una polarización inversa a la capacitancia del diodo varía en función de la dirección. El diodo o diodos es ó están conectados a una parte determinante de la frecuencia del oscilador. La señal de audio se conecta a través del diodo para lograr la modulación de frecuencia. También mediante la variación de la polarización inversa DC del oscilador éste puede ser ajustado con precisión. Cuanto mayor sea el voltaje, menor es la capacitancia, mayor es la frecuencia.

La señal de VHF pueden generarse directamente, o el oscilador puede oscilar en una frecuencia más baja, por ejemplo, un tercio o la mitad que desee y luego seguido por una fase triplicador o doblador. Hay tres tipos principales de osciladores:

Oscilador de Frecuencia Variable (VFO)

Estos son osciladores simples que se pueden construir de un solo transistor y otros componentes básicos. Esto puede ser un transistor de unión bipolar (BJT) o un transistor de efecto de campo (FET).

El problema con estos osciladores simples es que la frecuencia es demasiado dependiente de la temperatura del transistor - un cambio de algunos grados la temperatura se traducirá en un cambio significativo en la frecuencia de transmisión. Por esta razón, estos osciladores no son adecuados para su uso "serio" o transmisores con licencia.

El transistor en el oscilador se calentará un poco, y otros partes el Circuito Transmisor, al igual que los amplificadores de potencia, habitualmente se localiza en el mismo oscilador. La frecuencia irá a la deriva cuando la mayor parte del Trasmisor cuando encienda por primera vez como todos los componentes estarán a la misma temperatura que el aire fuera de la caja Tx, esto se conoce como temperatura ambiente. Después de que el Transmisor se enciende el calor de los amplificadores de potencia calentará el aire e directa o indirectamente. A medida que el transistor se calienta la frecuencia irá a la deriva un poco. Cuando se disipa el calor del Transmisor, y se iguala la calor interno se consigue el equilibrio térmico y la frecuencia de Transmisor no deriva tanto. Mantenga un buen control térmico para el Transmisor a modo de evitar ensuciar esto. Si usted tiene un frecuencimetro, conecte una carga ficticia y observe cuánto tiempo le toma a la frecuencia establecerse, tal vez unos 15 minutos. Si tiene tiempo puede llegar al Circuito Transmisor en un principio y arrancar para ver el tiempo de calentamiento sin la entrada en una carga ficticia. Ésto evitaría a los oyentes que sintonizan de inmediato volver a sintonizar con la frecuencia delplazada.

Oscilador de Cristal

Ésto es también es un oscilador simple que incorpora un cristal para una frecuencia determinada. Hay varios tipos de cristal (fundamental, 3er armónico, 5to. sobretono, etc.) y varias formas de utilizarlos (modo serie, modo paralelo), pero sus propiedades básicas son las mismas. Ellos oscilan a una frecuencia que es determinada por las características de cristal. Aquí se devela un problema, mientras que VFOs no son muy estables, los osciladores de cristal son demasiados estables y no se pueden calibrar. Usted probablemente perderá las frecuencias más altas de su programa de radio y/o equipo de música. También es probable que deba obtener un cristal hecho a la medida de la frecuencia deseada por lo que si quieres cambiarlo necesitas uno nuevo. Hay fabricas que hacen los cristales a pedido.

Oscilador Enganchado en Fase (Phase Locked Loop Oscillator - PLL)

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Una forma correcta de hacerlo es a través de una Oscilador Enganchado en Fase (Phase Locked Loop Oscillator). Este combina la facilidad de ajuste y la desviación de ancho de banda de un VFO con la estabilidad de la frecuencia de un oscilador de cristal. Funciona así: Un oscilador de cristal se utiliza para proporcionar una frecuencia de referencia. Esta es digitalmente dividida por chips lógicos a una frecuencia relativamente baja, por ejemplo 25KHz. Un VFO proporciona la frecuencia de salida deseada, que es también la dividida en digital para dar otra frecuencia relativamente más baja. Estas dos frecuencias bajas se presentan a un comparador de fase que básicamente decide qué frecuencia es más alta mediante la comparación de las fases de las dos señales. La fase de comparador genera una tensión (voltage) de error que se conecta de nuevo a la entrada de la VFO través de un filtro de paso bajo (LPF). Este es el bucle.

Si el VFO está corriendo demasiado rápido el comparador de fase disminuye la tensión de error, de modo como para bajar la velocidad hasta las fases en su entrada sean las mismas. Si se trata de correr demasiado rápido la tensión de error incrementa su velocidad hasta que las fases sean contantes. Todos esto ocurre instantáneamente, por supuesto, por lo que la frecuencia de salida se mantiene constante. De esta manera la estabilidad de la temperatura del VFO no es importante y se puede construir alrededor de transistor BJT, ya que su frecuencia de salida esta enganchada en la fase de oscilador de cristal y la estabilidad de la frecuencia de esta es muy buena. Magnifico ¿eh?

Dos cosas más que explicar. ¿Cómo se cambia la frecuencia de salida? Al hacer un divisor VFO programable. Digamos que está configurado para dividir por el número N. La fase comparador es una especie alma ingenua, que se ocupa sólo igualar las fases en sus entradas, que no sabe lo que realmente está saliendo del VFO, y que es N veces la referencia de la señal dividida. Debido a que ésta señal es tan baja en comparación con el VFO la frecuencia N pueden tener cientos de diferentes valores, dando cientos de frecuencias de salida diferente de la VFO. Lo tanto, cambiar las frecuencias es sólo una cuestión de hacer clic en algunos pocos interruptores.

Espera un segundo, el VFO está modulado en frecuencia por la entrada de audio, por lo que su frecuencia en un momento dado depende de la tensión (voltage) de salida de audio. No desea que esta variación de frecuencia del VFO sea eliminado por el sistema de PLL por lo que "limar" la tensión de error del comparador de fase, sólo contiene la tendencia subyacente en lugar de lo que está sucediendo en cualquier fracción de segundo. Este es el propósito del filtro de paso bajo.

Este sistema se puede simplificar dejando de lado los divisores. Si esto es hecho al final de la etapa con una frecuencia de salida determinada únicamente por el cristal. Todavía tienes la capacidad de desviación de ancho de banda, por supuesto, se distingue a este sistema a partir de una base en un oscilador de cristal simple. Este tipo de oscilador de frecuencia fija se utiliza para cosas como micrófonos inalámbricos y podría ser utilizado en los estudios de transmisión. Osciladores Programables PLL se utilizan en todo tipo de equipo de comunicaciones profesionales, incluyendo estaciones transmisores FM.

Contador de Frecuencia (Frecuencímetro)

Si puedes llegar a conseguir uno, un contador de frecuencia hará la configuración de excitador mucho más fácil, si tu puedes ver la frecuencia para ver si está a la deriva. No es necesario realizar una conexión física entre el contador de frecuancia y el circuito, de hecho es mejor no hacerlo. Simplemente conecte un cable simple a la entrada del contador de frecuencia, o use un conector BNC, cable coaxial y una par de pinzas tipo caimán para formar un lazo pequeño. Contadores de Frecuencia son normalmente lo suficientemente sencibles como para optener una lectura cuando el cable o lazo se coloca cerca de una bobina. Usted podría obtener un montón de otras lecturas como lo mueven de punto de prueba. Puedes buscar una frecuencia estable es alguna parte de esté una frecuencia que uno espera (use un receptor o vatimetro si usted no está seguro). Es como un poco de arte pero debes poner las manos en ello. Para nuestros propósitos un contador de frecuencia debe tener:

Búfer (Buffers)

Cualquier oscilador, independiente de su tipo. Esto es por lo general uno o dos transistores que operan en lo que se como como Clase A. Ésto es en función de proteger el oscilador para que a lo largo del circuito, sobre todo los cambios en su "carga" como en la etapas siguientes estén configurados. La combinación del oscilador y el búfer es lo que denominamos como excitador, esto es ya un auténtico transmisor FM (TX). Pequeños en relación a su potencia de salida. Los valores típicos están en al orden de los 100 a 500 mW (1000mW = 1W).

Amplificadores

Para incrementar la potencia de nuestro incipiente transmisor. Aqui estamos hablando de Amplificadores de Radio Frecuencia (RF), no de amplificadores de audio. Amplificadores RF tienen ciertas características importantes:

Aqui presentamos un amplificador de 100W. 24kB +

Ancho de Banda

Este es el rango de frecuencia en el amplificador opera. Eñ ancho de banda es la última instancia, limitada por las características de los dispositivos activos en el amplificador (ejemplo, los transistores o válvulas) pero más específicamente por su tipo, banda ancha o un a amplificador de banda estrecha.

Un amplificador de banda ancha tiene un amplio rango de frecuencia y tienen un buen ancho de banda, comunmente entre 1.8 - 30MHz que abarca todas las bandas de emisión de onda corta de radioaficionados - no es bueno para un operador serío en VHF, pero podría ser de utilidad para alguien que opera a onda media. Operan en la Clase A, AB o B y tienen la ventaja que no es necesario ajustar la frecuencia cuando ésta es cambiada. Su desventaja es que son más caros y son de diseño complicado, requieren un amplio conocimiento sobre los transistores con los que se construye el amplificador.

Amplificadores banda estrecha solo amplifican un pequeño ancho de banda - tienen un pequeño ancho de banda en que se centra una frecuencia. Ésta frecuencia es determinada por unos circuitos sintonizados en los puestos de entrada y salida del amplificador. Esto puede se ajustado generalmente por capacitores variables tambien llamados trimmers, para ajustas a la frecuencia deseada. El amplificador producirá una salida máxima cuando la frecuencia de resonancia sea igual a la frecuencia de entrada del excitador. Amplificadores de Banda Estrecha a menudo operan en Clase C, que es más eficiente que la Clase A o B. Esto significa más potencia se convierte en vatios en la antena en vez de calor en el amplificador.

Amplificadores Clase C son circuitos relativamente simples, y son fáciles de diseñar. El ancho de banda se compensa con el aumento, mientras más sea el ancho de banda, menor es la ganancia. Las desventajas de un amplificador de banda estrecha es, por supuesto, usted tiene que ajustarlo a la frecuencia que está usando, y si cambia la frecuencia que usted tendrá que ajustas para mantener la ganancia del amplificador. También los amplificadores de Clase C tienen una tendencia a la inestabilidad (oscilación). Un poco de ajuste puede mejorar sustancialmente la estabilidad manteniendo niveles de eficiencia de un amplificador de Clase C.

Ganancia y potencia de salida máxima

La ganancia de potencia (a diferencia de voltaje o una ganancia de corriente que es diferente) de un amplificador se define como una relación:

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y es una medida de la capacidad de los amplificadores para hacer su entrada "más grande". La Ganancia a menudo se expresa en decibeles (dB) y está definida por:

formula_gmop_f2.png

Los Amplificadores también tienen una potencia de salida máxima. Cuando ésta llega a aumentar la energía de entrada no da lugar a más potencia y puede dañar el amplificador. Esta condición se conoce como saturación.

En el caso de una sola etapa (es decir, un transistor) el amplificador clase C sintonizado a la ganancia y potencia de salidad máxima del amplificador es básicamente la ganancia y potencia máxima de la salida del transistor. Al conocer esto podemos calcular la potencia de entrada necesaria para producir la máxima potencia de salida.

Por ejemplo, consideremos el transistor MRF237. De acuerdo a la hoja de datos (datasheet) del fabricante, éste tiene una potencia maxima de salida de 4W y una ganancia de 12 dB. En primer lugar debemos convertir la ganancia en dB a ganancia ordinaria con ésta ecuación:

formula_gmop_f3.png

así que para nuestro ejemplo...

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Entonces para 4W de potencia de salida necesitaremos una potencia de entrada de 250mW. La mayoría de los excitadores pueden manejar esto, de alli la popularidad del transistor MRF237 que es el primer amplificador después del excitador. El momodín es que todas estas cifras se hacen en referencia a una frecuencia de 175MHz, ya que es la frecuencia para la que fue diseñado el transistor. Usted no puede predecir lo que sucede en 100MHz y es probable que tenga que experimentar.

El MRF238 tiene 30W de potencia de salida y una ganancia de 9dB, por lo que necesita 3.8W de potencia de entrada. Para ello puede ser conveniente para el MRF237. Así como el fabricante (Motorola Corp) tenía previsto

Impedancia de entrada y salida

Impedancia es en corriente alterna (AC) la versión de la resistencia. Es, tambien medida en ohmios (Ohms). La impedancia de salida estándar del excitador y la de entrada del amplificador es 50R (50 ohms). La impedancia de entrada y salida del amplificador se ajusta por la etapa sintonizadora del circuito, que usted saber como sintonizar el circuito amplificador. La impedancia de entrada es importante ya que los efectos de carga del amplificador son para el escenario que uno conoce. La potencia máxima es transferida entre las etapas cuando la impedancia de salida es igual a la impedancia de entrada. Si las impedancia no son iguales quiere decir que alguna energía es devuelta a la etapa de señal de entrada y devuelta a la salida, y ésta se disipa en forma de calor.

Amplificador Clase C

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El amplificador debe, primero, sintonizarse con la potencia de entrada reducida y la fuente de alimentación. El ajuste de los trimmers a la entrada, C1 y C2 para el mejor ajuste a la entrada (la lectura mas bája dada por un medidor de ROE conectado a lado de la entrada) y ajuste los trimmers de salida hasta optener la máxima potencia de salida. Asegurese de que la potencia adicional se encuentra en el rango que desea a modo de no crear armónicos o señales no deseadas. Verifique el vatimetro (debe incrementarse). Otros medidores de ROE o VSWR pueden indicar potencia de salida relativa, o una sonda RF dará una indicación absoluta. Las parejas de trimmers son independientes, el ajuste de unos necesariamente requerirá el ajuste de los otros y así sucesivamente.

Otra cosa a estar pendiente es la eficiencia. Esta se define como:

formula_ampc_f1.png

donde...

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Para un amplificador Clase C de unos cuantos vatios, lo que se espera de una eficiencia de 50%, preferiblemente un 75%. Si la eficiencia es inferior al 50% el amplificador está muy mal sintonizado, mal diseñado, dado que no estás entregando suficiente potencia, o algo está mal.

Una vez hecho ésto y si las cosas paracen estar bien, aumentar la potencia de entrada (por incremento del voltaje de alimentación de la etapa previa) y el voltaje de alimentación ligeramente y repitiendo la sintonización. Haga todo lo necesario hasta alcanzar los niveles requeridos. Escuche en la cercanía (pero no demasiado cerca) del receptor. La señal en el dial debe ser sin ruidos o modulaciones vecinas. Verifique con un Medidor de Onda. El ajuste los trimmers, ajuste la potencia de entrada y el voltaje de alimentación debe dar lugar a variaciones suaves de la corriente y la potencia de salida sin saltos o pasos. La excepción es, como la potencia de entrada se reduce en algún momento el amplificador se apaga, esta es una característica de los amplificadores Clase C.

Para varia el voltaje de alimentación necesita una Fuente de Poder Variable Estabilizada. Si no tienes puedes construir una. No son constozas y pueden hacerse bien a mano, además de dara más experiencia en la construcción de circuitos eléctricos.

Cada amplificador aumenta la energía un poco mas, porque cada transistor tiene ganancia en cada etapa. Para obtener mas potencia a la salida necesitas más ganancia - más de un transistos o varios amplificadores. Así que si tu eres dueño de un amplificador de 5 vatios y le ofrecen uno de 1000W a la etapa de salida, esto no es bueno si tu probablemente necesitas 50W de potencia de salida.

Si su transmisor (TX) tiene una serie de amplificadores, usted debe ajustar las etapas uno a la vez. Para ello, los componentes ser fáciles de desoldar, soldar y deben utilizarse cables coaxiales cortos con conectores adecuados para conectarse a la carga artificial y medidor de ROE.

Armónicos

Los armónicos son múltiplos de la frecuencia de transmisión. Para una frecuencia de 100MHz, el 1er. armónico, conocido como el fundamental es 100MHz, el 2do. es de 200 MHz, 300 MHz es el 3ro, etc. Se producen como efectos secundarios en diversas partes del circuito, e interferirá con otros usuarios que den uso a estas frecuencias que escapan del Transmisor. Esto producirá interferencias de radiofrecuencia (Radio Frequency Interference - RFI), y no le hará ningún favor a las autoridades pertinentes (caso Venezuela, CONATEL). Amplificadores de Clase C no amplifican los armónicos, como las frecuencias armónicas están fuera de rango, el amplificador amplificará. Sin embargo, el uso de la Clase C significa que los armónicos generados por el amplificador estarán con la frecuencia deseada. Los más fuertes (aparte del fundamental) para amplificadores de éste tipo suelen ser la 3ra., la 5ta. etc. La amplitud de los armónicos se reduce al mínimo si etapa de salida están sintonizados correctamente, pero todavía están allí. Osciladores y amortiguadores (buffers) también pueden generar armónicos, si no está correctamente configurados.

Medidor de Onda de Absorción

Para detectar los armónicos necesitamos un Medidor de Onda de Absorción, suelen llamarse sólo como Medidores de Onda. O podemos usar un GDO, GDO son las siglas en inglés de Grid Dip Oscillator. Técnicamente, y por razones históricas, se lo podría llamar "detector de resonancia por caída de corriente de rejilla de oscilador", ó Medidores Dip. La mayoría de éstos tienen un interruptor que los convierte en Medidores de Onda. Un Medidor de Onda tiene una perilla de ajuste, calibrador de frecuencia, que muestra un indicado con la intensidad de la señal, y posee una antena corta. Usted coloca la antena cerca de una bobina en el pedazo de circuito que le interesa, y ajustar el medidor de onda. Muestra cómo la señal está mucho más presente. Así que usted puede ver qué frecuencias se están generando en que parte del circuito. Lo ideal sería que sólo encontrarás en la fundamental, a menos que el circuito sea un triplicador frecuencia o algo así.

Si usted compra un Medidor de Onda asegurarse de que cubre el rango utilizado, desde abajo los 100MHz hasta obtener la fundamental por encima de los 300 MHz en el 3er armónico.

Medidor de VSWR (Medidor ROE)

La Razón o Relación de onda estacionaria o ROE es una medida de la energía enviada por el transmisor que es reflejada por el sistema de transmisión y vuelve al transmisor.

En transmisión de ondas de radio, las ondas estacionarias en las líneas de transmisión son sumamente peligrosas para la integridad física de los componentes. Un aparato, el ROE-metro, mide el porcentaje de la onda incidente que es reflejada.

En el caso ideal en que se estableciera una onda estacionaria en la línea de transmisión, el transmisor terminaría por destruirse.

Una ROE (Relación de Onda Estacionaria) de 1,5 equivale a una reflexión de 4% de la onda incidente, y se admite que es el máximo que un transmisor de 100 Watts a transistores puede soportar sin sufrir daños. En cambio, los transmisores a válvulas son menos sensibles a las ondas estacionarias.

Entonces, ¿cómo hacemos sintonizar el amplificador? Tenemos que ajustar con algo que esté conectado a la salida, una carga, de lo contrario la afinación no estará bien y, además, el transistor es probable que explote. Podríamos usar una antena, pero esto introduce una cantidad desconocida extra - las características de la antena. Así como el hecho de que estaríamos transmitiendo al espacio. Lo que necesitamos es una carga artificial.

Cargas Ficticias

Esto es básicamente una resistencia, pero construido de tal manera que presenta una carga a la salida de los amplificadores, independiente de la frecuencia (a diferencia de la antena). Las tres características de una carga artificial que nos interesa son los siguientes:

Cargas ficticias fueron diseñados para la banda de 2 metros (una banda de radio aficionados/HAM, centrado en 145MHz) funcionan bien en la banda de FM de VHF. La mayoría de las pruebas (cargas ficticias, medidores de ROE, medidores de potencia, wavemeters, voltímetros de RF, contadores de frecuencia, etc) funcionan en las frecuencias que nos son de interes.

Incluso si usted ajusta todo correctamente, usted todavía va a tener algunos armónicos generados por la última etapa. Un operador prudente no deja que estos armónicos lleguen a la antena. Para detener la armónicos llegar a la antena que necesitará un filtro de paso bajo o un filtro de pasa banda.

Filtro Pasa Banda

Un filtro paso banda (Bandpass Filter - BPF) sólo permite señan en una estrecha banda de frecuencia, es decir, tiene un ancho de banda estrecho, una buena banda estrecha sería de menos de 1MHz. Es necesario estandarizar la impedancia de entrada/salida a 50ohm y ser capaz de manejar la potencia que desea utilizar. También tiene que estar sintonizado en la frecuencia que desea dejar pasar. Las otras frecuencias no son atenuadas por completo, pero si están reducidas a un nivel mucho más bajo. Un filtro también reduce el nivel de la frecuencia deseada ligeramente, en una cantidad conocida como pérdida de inserción. Para mantener esta pérdida de baja, los filtros de pasa banda para potencias de salida altas suelen ser varias etapas.

Un buen sistema transmisión tiene un filtro incorporado. Tiene que ser así para controlar las armónicos que escapan. De hecho, su transmisor todo debe estar bien diseñado para atenuar cualquier otra frecuencias dentro del transmisor antes de encontrar la manera de salir.

Una alternativa a un filtro de pasa banda es utilizar un filtro paso bajo (Lowpass Filter - LPF). Esto tiene la ventaja de que no necesariamente tienen que ser ajustado si cambia su frecuencia de transmisión. Ajustadolo para obtener la mejor señal y la mínima pérdida de inserción.

Conectores

Como usted puede suponer, no puede utilizar cualquier conector en VHF, los conectores tienen que "coincidir con" el amplificador y el alimentador. Utilice conectores BNC o Serie de UHF (plug PL259 y receptaculo SO239). UHF es preferible para altos niveles de potencia. Tipo N también es bueno, pero más costoso.

Amplificador

Para tener una señal limpia y agradable, libre de armonicos que salen de su filtro de paso de banda. Todo lo que queda es llevar la señal hasta el amplificador y a la antena. Sin embargo, como siempre, hay un poco más que eso. El cable de la antena debe coincidir con la salida de la etapa TXS en un extremo y la antena en el otro extremo. Así es, el cable de antena tiene una impedancia característica y, al igual que la salida TXS, los conectores y la antena coincida con este, la impedancia debe ser 50R. Así como tener la impedancia correcta, sino también tiene se atenuará o la pérdida de potencia será transformada en calor. Esto no es lo mismo que un mal VSWR donde se pierde energía en el transmisor, un buen VSWR no significa necesariamente que el cable está bien. El tipo de cable que estamos hablando se llama cable coaxial, que tiene un conductor interior aislado y totalmente rodeado por una malla externa circular. Cables "decentes" coaxiales para distancias cortas son UR76 y RG58U. Para recorridos más largos o más potencia puede usar UR67.

Antenas

Por último, la antena! Una mala selección o construcción de la antena puede hechar a perder todo el esfuerzo que han puesto, así que recomendamos que lea un libro sobre las antenas. Solemos recomendar el manual "The Two Metre Antenna Handbook" por FC Judd G2BCX, un libro de bolsillo de Newnes Technical Books. Este por ahora no se está imprimiendo por la editorial, pero puede conseguirse en una biblioteca (de Reino Unido). Algunas de las antenas no son particularmente útiles para nuestros propósitos, sino que abarca temas como la propagación, la adecuación y detalle VSWR. Todas las dimensiones que él da son para la banda de 2m (2 metros) aficionados y centro en 145 MHz. Cualquier otro libro que cubre la banda 2m aficionados es digno de una mirada.

Para convertir los diseños para la banda de 2m a otras frecuencias, todas las dimensiones (incluyendo el diámetro del elemento de la antena, etc) se multiplicará por 145 y dividido por la frecuencia en MHz. Por ejemplo 978mm para 2m se convierte en 978 x 145/103 = 1377mm de 103MHz.

Para información mas detallada consulte el siguiente enlace, Manual de Antenas

Polarización

Otra decisión que tendrá que tomar es lo que la polarización usar. Las principales son horizontales y verticales. Para simplificar se puede decir colocado las antenas horizontalmente producen ondas de radio polarizada horizontalmente y de otra forma colocando las antenas verticalmente produce ondas de radio verticalmente polarizada. Para recibir una señal polarizada horizontalmente necesita una antena polarizada horizontalmente, y para vertical una antena polarizada verticalmente. La mayoría de los receptores de FM (HI-FI - High Fidelity ó Alta Fidelidad) poseen antenas polarizadas horizontalmente, pero las antenas de coches (carros, automoviles) están verticalmente polarizadas. Entonces, la polarización depende de la audiencia que usted espera. Por ejemplo, en la tarde del domingo la gente que espera en su casa usa horizontal, mientras que en horas pico podría favorecer una polarización vertical. Usted puede construir una antena que divide la potencia entre las dos polarizaciones, como los sistema de polarización más usados por las grandes emisoras comerciales. Pero el efecto de las ondas de radio rebotan en los edificios, etc. tiende a girar la polarización de la señal de horizontal a vertical, y viceversa, por lo que la señal todavía será recogida por el otro tipo de antena.

Direccionales ó Omnidireccionales

Su sitio de transmisión será afectado por la elección de la antena. Si la ubicación del transmisor en el centro del área a transmitir entonces necesita una antena omnidireccional que transmita de manera uniforme, mientras que fuera de su área de cobertura puede transmitir la señal, con una antena direccional.

La antena más simple posible para VHF es conocido como el dipolo de media onda y se parece a esto:

dipole_es.gif

Los elementos pueden ser pedazos de aluminio delgado o tubo de cobre. La longitud de cada dipolo, L, se calcula de la frecuencia de transmisión mediante la fórmula de

La impedancia es de unos 72R, que es lo suficientemente cerca para 50R a ser alimentado desde 50R cable sin pérdida demasiada potencia. Un dipolo de media onda es omnidireccional, pero cuando se utiliza horizontal tiene una figura de ocho, como ésta:

radpattern_es.gif

ésta última no es muy útil. Además, un dipolo necesita una alimentación equilibrada ya que es simétrica, sino el cable coaxial proporciona una alimentación desequilibrada. Lo que se necesita es un Transformador Balun (BALance to UNbalance). Esto pueden ser fácilmente hecho de trozos de cable coaxial. Si no lo hace, esta potencia se emitirá desde el alimentador. Una antena con una impedancia muy diferente de 50R necesita de un transformador de impedancias, que también puede hacerse de trozos de cable coaxial. Ver un libro de antenas para más detalles.

Antes de emitir, obtener una VSWR bajo ajustando la posición de la antena y de cualquiera de las piezas ajustables. El objetivo debe ser 2:1 o menos. Utilice potencia baja en la antena cuando se hagan ajustes y aumente en la medida de los ajustes. Si usted estaba usando 100W y alguna parte de la antena se desprende o dañase, el VSWR podría destrozar el transistor final. Por la misma razón compruebe la continuidad de la antena con un óhmetro antes de conectarla, para asegurarse de que es lo que se supone que debe ser, ya sea un cortocircuito o abierto, dependiendo del tipo de antena. Un dipolo debería ser un circuito abierto.

Ubicación

La ubicación es muy importante. Una vez más si todo ha ido muy bien hasta ahora, pero si entra en conflicto con su ubicación se está enfrentando al Síndrome de Oyentes. El factor más importante es la altura, esto es porque las ondas de radio VHF viajan en línea prácticamente recta, si usted tiene linea de vista, usted puede transmitir a él, así que es necesario encontrar un lugar con una buena vista. La altura de la antena va a determinar en qué medida su señal llegará, mientras que la potencia de transmisor determinará qué tan fuerte es la señal cuando llegue allí. Si maneja una potencia de 100W en una antena en un salón producen una señal fuerte, pero sólo sus vecinos tendrá el privilegio de escucharlo. La inversa, un transmisor de 5W corriendo en una buena ubicación podría dar una cobertura de 5 millas (8 Km) o más. Mantenga la antena bien ubicada por encima de cualquier obstáculo como árboles y chimeneas. Las ondas de radio de VHF rebotan un poco, de modo de dar cobertura un poco más de lo que puede ver, pero es difícil decir cuánto.

Recursos Disponibles

Referencias

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