El TRANSMISOR DE RF

Este es el corazón del proyecto de fin de carrera para Ingeniería de Telecomunicaciones consiste básicamente en recibir una señal de audio y modularla con un generador de frecuencia de amplitud y frecuencia constante, esta frecuencia es la que determina cual será la frecuencia comercial con la que las personas nos escucharan en sus radios receptores además de cuando se unen estas señales se le da el nombre de modulación y en este caso será en frecuencia por lo que se denomina FM ( frecuencia modulada), seguidamente a una etapa de amplificación de 2Watt y por ultimo ala etapa fina de 20 Watt por lo que el amplificador de 2Watt ahora se llama excitador pues no seria posible amplificar a 20watt teniendo como entrada la débil señal del audio, esto es claro entenderlo si lo comparamos cuando amplificamos la señal del micrófono en la consola pues si el micrófono dinámico se deseara amplificar sin una etapa previa de pre amplificación seria un resultado insatisfactorio. Conformado de tres epatas básicas.

A continuación el diagrama de bloques del transmisor.

Fig. 86. Diagrama a Bloques del transmisor de RF

1.- Toma de Audio

Se refiere al plug hembra de 3.5 mm que recibe la señal de audio procedente de consola, el alambre tienen un longitud de 3mts aproximadamente para lograr que exista una debida distancia con respecto del transmisor ya que se genera un campo electromagnético fuerte alrededor de las bobinas que lo contiene y se auto inducen en la línea de la señal de audio.

2.- Oscilador / Modulador

Una representación de cómo seria la secuencia de conexión y para comprender el proceso de la modulación seria de la siguiente manera.

Fig.87. Diagrama de bloque que muestra la modulación.

La modulación de radioemisoras en Guatemala son:

AM (modulación por amplitud o Amplitud Modulada),

FM (frecuencia modulada o modulación por frecuencia.

La FM que es la que nos interesa surge al unir o mezclar la señal del

transductor con la señal del oscilador.

Otra característica muy importan que se debe considerar en la etapa de oscilador no solo es modular la señal en frecuencia (FM), y de generar una señal constante para la modulación, sino que también es el hecho de tener un buen ancho de banda que es realmente el problema existente con las radios ilegales en Guatemala. Ya que compran un trasmisor de dudosa procedencia y lo conectan en una frecuencia en donde ellos observan que no esta transmitiendo nadie pero no se dan cuenta si ante la SIT (Super Intendencia de Telecomunicaciones ) hay registrado un propietario con el titulo de usufructo de la frecuencia y lo peor es que si esta entre dos dueños, es decir invadiendo en la frecuencia por medio de las señales laterales de la frecuencia e invadiendo a los dueños adyacentes de la frecuencia. En el diagrama esquemático se muestra a continuación.

Transductor Mezclador

Oscilador

Fig. 88. Etapa de Oscilador.

La alimentación es una fuente de poder de un amperio suficiente, aunque se ha conectado a los demás etapas a una fuente de 22A aunque no se demanda esto, es necesario que la corriente que circule en las tres etapas sea el mismo, se pone una bobina de choque (enrollado de alambre con base de ferrita que permite que no se convierta un campo electromagnético), opcional para purificar la corriente, al igual que se elimina inestabilidad de voltaje con los capacitores de 0.01 microfaradios código 103 a la entrada de la fuente. La toma de audio es recibida por un conector de bloque y a un capacito electrolítico de 1 microfaradio que lleva su tención al divisor de tención entre las resistencia s de 10Kohm y 22Kohm, el Vx del divisor que esta dada por la formula

Vx = R1 * V / (R1 + R2)

Permite únicamente que no exista un voltaje de alimentación alto en la entrada de la base del transistor NPN que es de uso general y que como se muestra en la grafica este suicheara de acuerdo a la tención de entrada que es la señal de audio y cerrara el circuito entre colector y emisor y lo mas importante que en el colector esta en paralelo una bobina y un capacitor que es realmente la oscilación o circuito tanque con capacitores de acoplamiento como los de 25 pf y 18 pf, el capacitor variable es un trimer cuyo valor puede ser comprendido entre 15 a 40 pf en nuestro casos hemos puesto un que no le encontramos un valor simplemente y al medirlo con un multimetro en la unidad de capacimetro media entre 20 a 40 pf por lo que pareció fabuloso. La bobina que lo mas importante pues es la que determina la frecuencia de trabajo consiste en cinco o cuatro vueltas de alambre esmaltado de calibre o AWG 25 esta se enrolla en una broca de ¼” para tener una mejor referencia las espirar se abrirán o cerraran según sea la frecuencia que se desea al igual que al mover el trimer o capacitor variable, en la epata final donde esta la antena como se vera posteriormente es en donde se conecta de un frecuencímetro para determinar la frecuencia de operación de trabajo en nuestro caso es la frecuencia comercial de FM que es de 88 a 108 Mhz y la frecuencia elegida es la 93.5 Mhz en donde no encontramos muchas

frecuencias comerciales en donde pudiéramos tener algún problema con nuestra bandas laterales.

Desde luego que se puede aplicarse una formula para poder controlar la frecuencia de oscilación de un circuito tanque, la característica de este tipo de circuito, también conocido como circuito tanque LC, es que la velocidad con que fluye y regresa la corriente desde el condensador a la bobina o viceversa, se produce con una frecuencia (f) propia, denominada frecuencia de resonancia, que depende de los valores del condensador (C) y de la bobina (L), y viene dada por la siguiente fórmula:

donde:

f se mide en Hercios, C en Faradios y L en Henrios.

Así como también de las bobinas aunque Lamentablemente no existe una fórmula mágica que nos permita fabricar una bobina teniendo como dato solo la inductancia deseada. Juegan algunos factores como dimensiones físicas, tipo de alambre, tipo de núcleo, el destino que tendrá (audio, video, VHF, UHF), etc. Sin embargo hay una fórmula que nos permite obtener la inductividad de una bobina basándose en sus dimensiones físicas y tipo de material, la cual nos permita calcular que resultado nos dará una bobina "teórica". El logro de la inductividad deseada solo será el resultado de una serie de pruebas-error. (al menos sabremos qué tendremos antes de empezar a enrollar alambre).

Donde L es la inductividad de la bobina en henrios (H), u(mu) es la

permeabilidad del núcleo, n es el número de espiras de la bobina, s la superficie cubierta por el núcleo en cm2 y l la longitud de la bobina en cm.

Fig. 89. Bobina núcleo de aire (diámetro, longitud, área)

µ (mu en griego) es un número entero que representa la permeabilidad magnética del material del núcleo, es decir su capacidad para absorber líneas de fuerza magnéticas. Haciendo una comparación nada elegante digamos que una pieza de aluminio y otra de hierro son permeables a un campo magnético en forma comparable a la de un trozo de plástico y una esponja respectivamente son permeables al agua. Existen tablas que describen las propiedades permeables de distintos materiales, (incluso el vacio absoluto), pero por razones prácticas veremos solo la de los materiales más usados en electrónica: aire=1, magnetocerámica (ferrite)=10, polvo de hierro= 30 (los rangos de u de piezas comerciales de polvo de hierro van de 10 a 100, aunque 30 parece ser el más común).

En el emisor del primer transistor esta entonces la señal ya modulada por frecuencia como hemos mencionado que los cambios de audio permitirán mas que la frecuencia en el colector sea mayor o menor es entonces la FM esta se limpia por el capacitor 47nf y el que esta en serie el cerámico de 25 pf hasta llegar nuevamente a otro divisor de tensión de las resistencias de 10 Kohm y 2200Kohm el Vx a la base del transistor pero en esta ocasión se cerrara el circuito o se suichara a los cambios que ocurran en la base por lo que se estaría amplificando la señal en este punto se llamaría amplificador de RF porque la señal que se amplifica es de una frecuencia superior a los 20 Khz y recordemos que una señal de AF es la comprendida ente 20 hz y 20Khz, una vez amplificada pues la señal es llevada a la antena, para que el transistor no tenga una carga bastante grande y demandando la corriente por las resistencias de 100 ohm y 47 ohm conectadas al colector y emisor del transistor respectivamente se pone una bobina y se limpia la señal con un capacitor cerámico 103 de o.01 microfaradio.

3.- Excitador de 2Watts

El excitador de 2Watts se trata de un circuito amplificador de radio frecuencia y de paso entre el oscilador y la potencia, pero necesaria para el buen funcionamiento, como condición necesaria es contar con los transistores correctos para que puedan no solo amplificar sino que tener una frecuencia de trabajo ideal. Su circuito esquemático es:

Fig.90. Excitador amplificador de 2Watts

Necesita de una alimentación de 12V y de unos 4 Amperios, la señal de audio modulado que proviene del bloque del oscilador anteriormente expuesto no permite la saturación de esta etapa cono se aprecia en el esquemático un capacitor de tipo cerámico regula la señal de entrada limpiándola por lo que puede ser el típico 0.01 microfaradios o código 103 la bobina que esta conectada de la entrada a tierra es de núcleo de aire y consiste en cuatro vueltas de alambre calibre 25 AGW con un diámetro de ¼” por lo que se aconseja construirla en una broca de estas dimensiones, la separación entre una espira y otra depende de la ganancia que se desee y al tener conectado el vatímetro en la etapa de salida se tendrá una idea de que al abrir o cerrar las espiras la señal de entrada y la ganancia que llegue a la entrada de base del primer transistor aumentara o disminuirá. Los siguientes capacitores uno en serie electrolítico y otro en paralelo de tipo cerámico permitirán acoplar la señal de entrada y regular la primera amplificación designada por el transistor 2N3866 cuyas características consisten el trabajar con frecuencia de 130 Mhz, superior a la frecuencia máxima de operación del rango de frecuencia comercial de FM, por lo que se considera muy bueno además su valor de ganancia o Beta es superior a 120 fhe, y por ultimo y muy recomendable es conectar un disipador de calor ya que el trabajo de los mismos con forme el paso de las horas de trabajo puede ir en aumento, esto justifica también el ventilador puesto a un costado de este. Este primer transistor esta configurado como amplificador con emisor a tierra pero si se analiza de corte y saturación del mismo se puede observar que a la alimentación positiva esta una bobina de choque conectada al colector en el emisor hay una resistencia y un capacitor en paralelo de 10 ohm y 0.1 microfaradios respectivamente.

A la salida del colector del primer transistor la primera amplificación esta conectada a la entrada de otra, la que se denomina conexión en cascada y hay dos capacitores en paralelo, uno de 100 microfaradios y

otro de 1 microfaradios que se encargan de eliminar señales armónicas en la portador la bobina y la resistencia permitirán que no exista una saturación en la entrada de la base del segundo transistor y también regulara el grado de amplificación, la bobina siempre tiene las mismas dimensiones que las anteriores y si bien es cierto que se en este circuito hay bobinas y cercano a el hay capacitores no debe de confundirse con un circuito tanque como el que se observen la primera etapa la del oscilador, sino que estas al estar abriéndolas o cerrándolas se determina la ganancia de esta etapa sin alterar la frecuencia. Cabe mencionar que este segundo transistor debe de estar conectado a aun disipador de calor ya que al tener una buena amplificación estos alcanzaran una temperatura considerable.

En el colector hay una bobina de choque y conectada apositivo, esta bobina al igual que las anteriores consiste en unas tres vueltas de alambre esmaltado AWG 25 o 26 sobre una base de ferrita, y conectada apositivo acompañada de dos capacitores que elimina los valores de pico indeseable en el voltaje y se ocupan de limpiar la señal de alimentación que como se sabe es de DC pero como se sabe si esta fuente esta conectada en la línea de AC entonces los cambios también se manifiestan en la salida de la fuente de DC aunque se tenga una buena etapa de filtreo, también se observa que no es directamente el voltaje de la fuente la que lo alimenta, sino que se baja aproximadamente a 11v por medio de la resistencia de 22 ohm, que dicho sea de paso en el impreso se conectaron en serie dos de 10 ohm y de 2watts, que hace el mismo funcionamiento, este es un seguro o una protección al transistor y la demanda de corriente, pues como se observa y hay mucha demanda a esta etapa entonces puede averiarse el transistor y poner en corto al primero, pero si se avería este transistor y se pone en corto circuito entonces esta resistencia que en realidad es un fusible se abrirá y protegerá a la etapa, lógicamente el circuito deja de funcionar , pero la fuente no sufrirá inconvenientes de corto circuito ni la primera etapa de amplificación.

Por ultimo a la salida del segundo transistor se tiene en serie a dos bobinas de con núcleo de aire, para determinar la ganancia de salida y siempre con las mismas dimensiones que siempre se han considerado y planteado con anterioridad y una derivación opcional, es decir que el paralelo entre bobina y capacitor conectados en un tanque afinaran la frecuencia de salida es decir que ayudan a la frecuencia que no se corra ni se salga de su ancho de banda y el cambio se manifiesta también en mas ganancia a salida. Para terminar con esta etapa un capacitor de 0.01 microfaradio conectado a la salida para proteger filtrar la señal de salida pero muy importante evitar algún reflejo en la salida al no estar acoplada esta etapa con la siguiente.

4.- Amplificador de Potencia de RF a 20Watts

Sin duda alguna es un circuito muy complejo, no posee muchos dispositivos electrónicos puesto que solo se necesita amplificar la señal de entrada, pero la calibración de la antena y la ganancia de los transistores determinara la potencia de salida. Como se menciono la señal de entrada proviene del

amplificador de 2watts, ahora se le denomina excitador, puesto que se necesita una señal alta y no solamente pre amplificada para poder excitar a los transitares, como muestra su diagrama esquemático.

Fig. 91. Diagrama esquemático de transmisor de potencia a 20 Watts

Como se puede apreciar en la entrada se lleva la señal de audio ya amplificada a una potencia inferior a 2watts lo necesario para excitar a los transistores especiales de RF, es importante resaltar que para conectar cada etapa se ha utilizado alambre especial de audio cuyo blindaje y envoltura no permite que se auto induzca una onda electromagnética ya que por estar muy cercano a las etapas de generación de señal y amplificaciones pueden fácilmente convertirse en una antena y provocar fil back o armónicos indeseables. El capacitor variable o trimer cuyas laminas que lo conforman determinan la capacidad y carga eléctrica, el material dieléctrico es el aire y todos los capacitores variables en esta etapa determinan la ganancia de la amplificación, a la salida de este primer capacitor variable se conecta a una bobina de núcleo de aire que posee dos vueltas de alambre AWG 18 y se aconseja construirla en una broca de ¼” esta generalmente no necesita de abrir o cerrar puesto que determina que la señal sea limpia y no tanto así relacionada con la ganancia de entrada, mientras que la bobina de choque conectada en paralelo consiste en cuatro vueltas de alambre esmaltado a en una horma circular de ferrita, a esta bobina se le llama bobina de tipo toroide o toridal y se encuentra fácilmente en los receptores antiguos de radio al igual que los capacitores variables. Para conectar el transistor es de nomenclatura 2N5641 y posee la siguiente forma:

Puede trabajar a 7W y un máximo de 20W aunque si se conecta una fuente de 28v puede alcanzar a 40W y el rango de frecuencia máximo de trabajo es de 133 Mhz, por lo que es ideal para nuestro trabajo.

Las aletas de izquierda y derecha teniendo al dispositivo de frente, representa al emisor y están conectadas a negativo como en la típica configuración de un amplificador mientras que la aleta o terminad delantera representa a la base y trasera la salida o el colector, posee una base con rosca americana y su respectiva tuerca para asegurar a un disipador de calor ya que es inevitable la temperatura.

En el colector del transistor están conectados como acoplamientos los capacitores cerámicos de 0.01 microfaradios código 103 que empleamos para limpiar la señal de entrada, que siempre ponemos, hay que recordar que si se va a amplificar nuevamente esta señal no tiene que tener ruido de lo contrario este se amplifica también. También una resistencia de 100 ohm que se coloca dentro de una bobina de núcleo de aire que posee 7 vueltas de alambre esmaltado numero AWG 24 que determina la ganancia de la salida se la señal, aquí junto con los capacitores ajustables de entrada se determina la ganancia.

La segunda etapa de este amplificador esta en la bobina de núcleo de aire que son 3 vueltas de alambre esmaltado calibre AWG 18 para filtrar la señal entrada y en paralelo un capacitor ajustable de 0.05 microfaradios y dos mas en serie y uno en paralelo hasta llegar a las dos bobinas una de choque de tipo toroidal y otra de aire, para llegar a la base del transistor S3007 que es el transistor final de salida configurado como amplificador con emisor a negativo

El colector de este transistor es similar a lo conectado en el colector de la

primera etapa y aquí se conecta la salida de audio, se recomienda que el cable

a conectar no tenga tanta longitud y que sea apantallado como el puesto que

es un cable coaxial blindado RG58 y conectado a un conector tipo N,

aunque en nuestro caso a un conector tipo RCA pues la extensión de cable

posee de entrada un conector tipo BNC con adaptador a RCA para ser

monitoreado al vatímetro en donde se determinara la potencia de salida.

Este bloque tiene una salida final de 11 Watts que cubre un radio de 6

Km puesta en un punto alto como en la zona 3 de Quetzaltenango, se

puede incrementar su potencia a sus 20 Watts pero la fuente de

alimentación y transistores finales de amplificación sufren mucho

calentamiento y se reduce el tiempo de vida de los mismos, en visitas

técnicas que han servido de referencia para la implementación de este

proyecto pudimos ser testigos que todos los transmisores de RF no tienen la

potencia de salida que indica el transmisor sino que se reduce en un 15%

para proteger de calentamiento y darle mas vida útil al mismo..

5.- Antena

La antena utilizada para la emisión de ondas electromagnéticas en la banda

comercial de FM. Puede ser de varios tipos, una de dipolo, dipolo doble,

anillo y penetradoras. Ya que todos estos ofrecen una transmisión de tipo

omnidireccional, pero cada una ofrece parámetros de ganancia e

impedancia, esto se manifiesta en el precio por el diseño, cálculo y materiales

que se empleen para construirla.

Fig. 92. Antena de Flecha o penetradora Fig. 93. Antena de Anillo

Fig. 94. Antena de Dipolo Doble Fig.95. Antena de Dipolo o Látigo.

Realmente la antena es muy importante para la emisión de nuestra señal,

debe de tener las medidas adecuadas de acuerdo a su longitud de onda

para evitar que este sea un elemento que si tiene mas o menos tamaño no

se adecua a la frecuencia de trabajo y es un desacoplo de impedancia,

también el material que la conforma y la línea de transmisión o cable del

transmisor al ala antena. Empezaremos a detallar aspectos técnicos como

la longitud de onda. Como se menciono en el capitulo de fundamentos de

FM, que es la frecuencia y periodo de la señal, Para la frecuencia se tiene

una señal oscilante y cuando este periodo se repite es una longitud de

onda.

λ

Fig. 96. Representación de la longitud de onda

Esta longitud de onda es un segmento del periodo de la señal,

entonces si nuestra frecuencia de trabajo es de 93.5 Mhz, significa que hay

93,500,000 ciclos en un segundo, e igual número de periodos para calcular

entonces cual es la longitud de onda de esta señal se respeta la siguiente

formula.

λ = Longitud de onda (mts)

λ = C / F C = Velocidad de la luz (3 exp 8 mts/seg)

F = Frecuencia de Trabajo (93.5 Mhz)

Sustituyendo valores.

λ = 3 exp 8 = 3.20 mts

. 93.5 exp 6

La longitud de una antena se puede trabajar en λ/2, λ/4 y λ/8. Aunque en

algunos casos en λ/16. Pero la ganancia disminuye notablemente lo que se

manifiesta en no extenderse a una gran distancia en la transmisión. Los

autores han determinado un trabajo de operación de λ/2. Por lo se seria.

λ = 3.20 mts = 1.60 mts

. 2

Esta seria la distancia entre el extremo de un dipolo u otro.

Fig. 97. Longitud de onda saliendo de los dipolos de la antena

Como se observa en la figura anteriormente presentada la longitud de

onda de la señal irradiada sale desde los dipolos lo que resalta la importancia

de las medidas de estos, lo que se manifiesta como tener en la salida

oleadas circulares de señal electromagnética.

Cálculo de antenas Asistido por Software.

En el ciberespacio existen bastantes sitios de antenas y en muchos de ellos

ofrecen demos y software gratuito para poder realizar los cálculos de

distintas antena, el que a continuación se muestra ofrece los mismos

cálculos anteriormente presentado ya que son constantes, también uno

mismo puede construir un software ya que es de calculo simple.

Fig. 98. Software para cálculo de tamaño de antena de dipolo, http://www.ea1uro.com/ve3sqb.gif

Otro software es para determinar el acoplamiento entre la línea de

transmisión y la antena, además de el patrón de radiación que esta tenga y

así tener una mejor idea de la cobertura que se tenga. Es necesario tener

en cuenta que los catálogos de las antenas ofrecen características como

esta en donde al ver el patrón de radiación se puede comprar la antena

ideal.

Fig. 99. Patrón de radiación de una antena

La grafica (a) muestra una radiación en tercera dimensión de una

antena en omnidireccional, la (b) muestra un patrón simple omnidireccional

de la antena y la (c), muestra un patrón de una antena directiva cuyos

lóbulos mayores y menores se extienden a lo horizontal de la misma y dos

pequeños lóbulos en vertical, por lo que se trata de una antena directiva con

frente de onda simétrico horizontal por lo que se les llama polarizada

horizontal.

Aspectos Generales Relacionados con la Física de las Antenas

La conductividad del terreno es un factor determinante en la influencia de la

tierra sobre la propagación de las ondas electromagnéticas. La conductividad

de la superficie de la tierra depende de la frecuencia de las ondas

electromagnéticas que inciden sobre ella y del material por la que esté

compuesta, comportándose como un buen conductor a bajas frecuencias y

reduciendo su conductividad a frecuencias mayores.

El coeficiente de reflexión del suelo es un parámetro relacionado con la

conductividad e informa acerca de como se reflejan las ondas en él. Su valor

depende del ángulo de incidencia y del material que conforma el suelo: tierra

húmeda, tierra seca, lagos, mares, zona urbana, etc.

Para un determinado coeficiente de reflexión, la energía reflejada por el suelo

aumenta a medida que aumenta el ángulo de incidencia respecto de la normal,

siendo la mayor parte de la energía reflejada cuando la incidencia es rasante, y

teniendo los campos eléctrico y magnético de la onda reflejada casi la misma

amplitud que los de la onda incidente.

En el caso de las antenas, tratándose habitualmente de emisión o recepción a

grandes distancias, casi siempre existe una incidencia rasante.

Fig. 100. Refracción de una señal de radio con respecto a la altura de la antena

El rayo reflejado por la tierra puede modelarse, desde el punto de vista de la

antena receptora, como el rayo transmitido por una antena imagen de la antena

transmisora, situada bajo el suelo. El rayo reflejado recorre más distancia que

el rayo directo.

La apariencia de la antena imagen es una imagen especular de la apariencia

de la antena transmisora real. En algunos casos se puede considerar que la

onda transmitida desde la antena real y la onda transmitida desde la antena

imagen tienen aproximadamente la misma amplitud, en otros casos, por

ejemplo cuando el suelo tiene irregularidades de dimensiones similares o

mayores que la longitud de onda, la reflexión del rayo incidente no será neta.

La distancia recorrida por el rayo reflejado por la tierra desde la antena

transmisora hasta la antena receptora es mayor que la distancia recorrida por

el rayo directo. Esa diferencia de distancia recorrida introduce un desfase entre

las dos ondas.

La figura de la derecha representa un ángulo de incidencia respecto de la

horizontal muy grande cuando, en la realidad, el ángulo suele ser muy

pequeño. La distancia entre la antena y su imagen es .

La reflexión de las ondas electromagnéticas depende de la polarización.

Cuando la polarización es horizontal, la reflexión produce un desfase de

radianes, mientras que cuando la polarización es vertical, la reflexión no

produce desfase.

Fig. 101. Dirección de flujo de la onda electromagnética con respecto a la refracción

La componente vertical de la corriente se refleja sin cambiar de signo, en

cambio, la componente horizontal cambia de signo.

En el caso de una antena que emite con polarización vertical (campo eléctrico

vertical) el cálculo del campo eléctrico resultante es el mismo que en radiación

de un par de antenas. El resultado es:

La inversión de signo para el campo paralelo solo cambia un coseno en un

seno:

En estas dos fórmulas:

es el campo eléctrico de la onda electromagnética radiado por la

antena si no hubiese la tierra.

es el número de onda.

es la longitud de onda.

es la altura de la antena.

Solamente queda por comentar que es necesario que la antena este puesta

a una altura considerable con respecto del suelo ya que determina la distancia

a la que emitirá la señal a esto es conocido como ley de fresnell y para evitar

que se refracte la señal en el suelo y atenué a la onda que este saliendo hay

que elevar la antena que sean el doble de altura de su longitud de onda y con

esto es suficiente para que no exista ningún inconveniente, por lo que se

recomienda que se monte sobre un mástil de por lo menos 6 mts, y se

instale en un punto estratégico en la ciudad de Quetzaltenango, aunque la

desventaja seria que se necesita que esta tenga tirantes o retenedores

anclados para evitar que el viento pueda moverla y doblarla y con esto

averiarla.

Líneas y Conectores en RF

En el capitulo de consola se menciono que para conectar el audio al

transmisor se necesita de cable apantallado, bien cuidado y protegido para

eliminar el ruido y en este caso mayor por la irradiación de electromagnetismo

que se induce en el, así como sus conectores machos y hembras que se

utilizan. Ahora bien hace falta mencionar a las líneas de transmisión, cables

y conectores que en especifico trabajan en este proyecto y de porque de su

elección.

Línea de Transmisión.

Una línea de transmisión es una estructura material utilizada para dirigir la

transmisión de energía en forma de ondas electromagnéticas, comprendiendo

el todo o una parte de la distancia entre dos lugares que se comunican.

En adelante utilizaremos la denominación de líneas de transmisión

exclusivamente para aquellos medios de transmisión con soporte físico,

susceptibles de guiar ondas electromagnéticas en modo TEM (modo

transversal electromagnético). Un modo TEM se caracteriza por el hecho de

que tanto el campo eléctrico, como el campo magnético que forman la onda

son perpendiculares a la dirección en que se propaga la energía; sin existir, por

tanto componente de los campos en la dirección axial (dirección en que se

propaga la energía).

Para que existan propagación energética en modo TEM, es necesario

que existan al menos dos conductores eléctricos y un medio dieléctrico entre

ambos (que puede incluso ser aire o vacío). Ejemplos de líneas de transmisión

son la línea bifilar, el cable coaxial, y líneas planares tales como la stripline, la

microstrip.

En el caso más simple de estudio, asumiremos que la red es lineal (esto

es, la respuesta a una combinación lineal de varias excitaciones, es una

combinación lineal de las respuestas que tendría la red para cada una de las

excitaciones por separado, o dicho de otra forma es aplicable el principio de

superposición). Además la red es recíproca y simétrica (es decir, ambos

puertos son intercambiables).

Si la línea de transmisión es uniforme en toda su longitud y sin pérdidas

(línea de transmisión no disipativa) entonces su comportamiento estará

enteramente descrito por un único parámetro llamado impedancia

característica, representada por Z0. Ésta es la razón de la tensión compleja a la

corriente compleja en cualquier punto de una línea de longitud infinita (o finita

en longitud pero terminada en la una impedancia de valor igual a la impedancia

característica). Cuando la línea de transmisión es sin pérdidas, la impedancia

característica de la línea es un valor real. Algunos valores típicos de Z0 son 50

y 75 ohmios para un cable coaxial común, 100 ohmios para un par trenzado y

más o menos 300 ohmios para un par de cobre usado en radiocomunicaciones.

Cuando se envía potencia a través de una línea de transmisión, lo más

deseable es que toda esa potencia enviada sea transmitida a la carga, sin que

exista potencia reflejada hacia la fuente. Esta condición ideal se logra haciendo

que las impedancias de fuente y carga sean cada una iguales a Z0, caso en el

cual se dice que la línea de transmisión está adaptada.

En las líneas reales parte de la potencia que se envía a través de la

línea de transmisión se disipa (se pierde) debido al efecto resistivo. Esta

pérdida se llama pérdida resistiva o pérdida óhmica. En altas frecuencias, se

hace significativo otro tipo de pérdida, llamado pérdida por dieléctrico, que se

agrega a la pérdida resistiva. La pérdida por dieléctrico es causada cuando el

material dieléctrico que forma parte de la línea de transmisión absorbe energía

del campo eléctrico alterno y la convierte en calor.

La pérdida total de potencia en una línea de transmisión se conoce

como atenuación y se especifica en unidades de decibel por metro o neperio

por metro. La atenuación generalmente depende de la frecuencia de la señal.

Los fabricantes de líneas de transmisión acostumbran adjuntar a sus productos

la hoja de características que contiene las atenuaciones en dB/m para un rango

determinado de frecuencias. Una atenuación de 3 dB corresponde,

aproximadamente, a la pérdida de la mitad de cierta potencia.

Se puede definir como línea de transmisión de alta frecuencia a aquellas

que están específicamente diseñadas para transmitir ondas electromagnéticas

cuyas longitudes de onda son pequeñas (alta frecuencia) y, por tanto,

comparables a la extensión completa de la línea. Bajo estas condiciones, la

longitud física de la línea puede ser pequeña, pero dado que el tamaño de la

línea es comparable a la longitud de onda, las aproximaciones útiles para bajas

frecuencias, que asumen propagación energética instantánea entre dos puntos

separados de un mismo conductor, dejan de tener sentido y se ponen de

manifiesto fenómenos de retardo en la propagación. Esto ocurre con las

señales de radio, de microondas y ópticas, y con las señales que se

encuentran en los circuitos digitales de alta velocidad.

Cable coaxial

El cable coaxial o coaxil fue creado en la década de los 30, y es un cable

utilizado para transportar señales eléctricas de alta frecuencia que posee dos

conductores concéntricos, uno central, llamado vivo, encargado de llevar la

información, y uno exterior, de aspecto tubular, llamado malla o blindaje, que

sirve como referencia de tierra y retorno de las corrientes. Entre ambos se

encuentra una capa aislante llamada dieléctrico, de cuyas características

dependerá principalmente la calidad del cable. Todo el conjunto suele estar

protegido por una cubierta aislante.

El conductor central puede estar constituido por un alambre sólido o por

varios hilos retorcidos de cobre; mientras que el exterior puede ser una malla

trenzada, una lámina enrollada o un tubo corrugado de cobre o aluminio. En

este último caso resultará un cable semirrígido. Debido a la necesidad de

manejar frecuencias cada vez más altas y a la digitalización de las

transmisiones, en años recientes se ha sustituido paulatinamente el uso del

cable coaxial por el de fibra óptica, en particular para distancias superiores a

varios kilómetros, porque el ancho de banda de esta última es muy superior.

Fig.102. Cable apantallado y las partes que lo conforman

Cable coaxial RG-59.

A: Cubierta protectora de plástico

B: Malla de cobre

C: Aislante

D: Núcleo de cobre

La construcción de cables coaxiales varía mucho. La elección del diseño

afecta al tamaño, flexibilidad y el cable pierde propiedades.

Un cable coaxial consta de un núcleo de hilo de cobre rodeado por un

aislante, un apantallamiento de metal trenzado y una cubierta externa.

El apantallamiento tiene que ver con el trenzado o malla de metal (u otro

material) que rodea los cables.

El apantallamiento protege los datos que se transmiten, absorbiendo el

ruido, de forma que no pasa por el cable y no existe distorsión de datos. Al

cable que contiene una lámina aislante y una capa de apantallamiento de metal

trenzado se le llama cable apantallado doble. Para grandes interferencias,

existe el apantallamiento cuádruple. Este apantallamiento consiste en dos

láminas aislantes, y dos capas de apantallamiento de metal trenzado.

El núcleo de un cable coaxial transporta señales electrónicas que forman la

información. Este núcleo puede ser sólido (normalmente de cobre) o de hilos.

Rodeando al núcleo existe una capa aislante dieléctrica que la separa de la

malla de hilo. La malla de hilo trenzada actúa como masa, y protege al núcleo

del ruido eléctrico y de la distorsión que proviene de los hilos adyacentes.

El núcleo y la malla deben estar separados uno del otro. Si llegaran a

tocarse, se produciría un cortocircuito, y el ruido o las señales que se

encuentren perdidas en la malla, atravesarían el hilo de cobre.

Un cortocircuito ocurre cuando dos hilos o un hilo y una tierra se ponen en

contacto. Este contacto causa un flujo directo de corriente (o datos) en un

camino no deseado.

En el caso de una instalación eléctrica común, un cortocircuito causará el

chispazo y el fundido del fusible o del interruptor automático. Con dispositivos

electrónicos que utilizan bajos voltajes, el efecto es menor, y casi no se

detecta. Estos cortocircuitos de bajo voltaje causan un fallo en el dispositivo y

lo normal es que se pierdan los datos que se estaban transfiriendo.

Una cubierta exterior no conductora (normalmente hecha de goma, teflón

o plástico) rodea todo el cable, para evitar las posibles descargas eléctricas. El

cable coaxial es más resistente a interferencias y atenuación que el cable de

par trenzado, por esto hubo un tiempo que fue el más usado.

La malla de hilos absorbe las señales electrónicas perdidas, de forma que

no afecten a los datos que se envían a través del cable interno. Por esta razón,

el cable coaxial es una buena opción para grandes distancias y para soportar

de forma fiable grandes cantidades de datos con un sistema sencillo.

En los cables coaxiales los campos debidos a las corrientes que circulan

por el interno y externo se anulan mutuamente.

Figura 103. Tabla de atenuación en función de frecuencia de los cables coaxiales

Fig. 104. Cable coaxial RG58

Características

La característica principal de la familia RG-58 es el núcleo central de cobre.

Tipos:

- RG-58/U: Núcleo de cobre sólido.

- RG-58 A/U: Núcleo de hilos trenzados.

- RG-59: Transmisión en banda ancha (TV).

- RG-6: Mayor diámetro que el RG-59 y considerado para frecuencias más

altas que este, pero también utilizado para transmisiones de banda ancha.

- RG-62: Redes ARCnet.

Estándares

La mayoría de los cables coaxiales tienen una impedancia característica

de 50, 52, 75, o 93 Ω. La industria de RF usa nombres de tipo estándar para

cables coaxiales. Las gracias a la televisión, RG-6 son los cables más

comúnmente usados para el empleo en casa.

Aquí mostramos unas tablas con las características:

Tabla de RG:

Fig. 105. Tabla de cables coaxiales indicando impedancias y velocidades de trabajo.

Conectores.

Son utilizados para empalmar sin necesidad que se quede un amarrada

ya sea dos líneas de transmisión o cables o de un equipo a otro de forma

permanente, los utilizaremos para realizar una conexión entre el cable con

los gabinetes y del transmisor, receptor o consola con la antena o equipos y

cada conector produce una atenuación del 1% en la señal esto es

insignificantico al momento de transmitir por la antena, pero hay que tenerlo en

consideración. Y cada conector es utilizado de acuerdo a cada aplicación,

como conectores de corriente, de audio pre amplificada, y para señales

amplificadas y de trabajo de radio frecuencia.

Conectores FC-001

Si bien es cierto un conector es un empalmador entre una etapa y

otra en nuestro amplificador del transmisor a la antena, hay que elegir uno

con características buenas, en este caso este modelo se ha elegido por

trabajar con mas comodamente con el tipo de cable coaxial RG6, ya que es

usado para señal de cable trabajando con un ancho de banda alto y

presentando la mínima atenuación por db, y por la necesidad de tener un

medidor de paso se adapto el conector N y PL. A continuación graficas del

modelo FC-001

Fig. 106. Conector FC-001 Macho Fig. 107. Conector FC-001 Hembra

Conector N

Fue diseñado por Paul Neill, de quien toma la N que le da nombre, en los

Laboratorios Bell durante los años cuarenta. Su objetivo era conseguir un

conector para cable coaxial robusto, resistente a la intemperie, de tamaño

medio y con buenas prestaciones en radiofrecuencia hasta 11 GHz, siendo el

primero con buenas propiedades en la banda de microondas.

Los conectores tipo N son conectores roscados para cable coaxial,

funcionando dentro de especificaciones hasta una frecuencia de 11 GHz.

Fig 108.. Conector tipo N

Características eléctricas

Conectores N estándar

Impedancia: 50 Ω

Frecuencia: 0 - 11 GHz

Tensión máxima de pico: 1.500 V

Relación de onda estacionaria entre 0 y 11 GHz:

o 1'3 Para conectores rectos de grado militar (MIL-C-39012)

o 1'35 Para conectores en ángulo recto de grado militar (MIL-C-

39012)

Conectores N corrugados

Impedancia: 50 Ω

Frecuencia: 0 - 11 GHz

Pérdidas de retorno:

o 33 dB (1-2 GHz)

o 28 dB (2-3 GHz)

Tensión máxima (RMS): 707 V

Fig. 109. Conector tipo PL

BNC

El conector recibe su nombre por el cierre en bayoneta que presenta para

asegurar la conexión y el nombre de sus dos inventores, Paul Neill de Bell Labs

(inventor del Conector N) y el ingeniero de Amphenol Carl Concelman (inventor

del Conector C), y es mucho más pequeño que ambos conectores. A lo largo

de los años se han creado varios Retroacrónimos sobre el significado de sus

siglas, como: "Baby Neill-Concelman", "Baby N connector", "British Naval

Connector", "Bayonet Nut Connector".

Las bases para el desarrollo del conector BNC se basan en el trabajo de

Octavio M. Salati, un graduado de la Moore School of Electrical Engineering de

la Universidad de Pennsylvania (BSEE '36, PhD '63). Solicitó la patente en

1945 (otorgada en 1951) mientras trabajaba en Hazeltine Electronics

Corporation para un conector situado en los cables coaxiales para minimizar el

reflejo y pérdida de ondas (interferencias).

El conector BNC (del inglés Bayonet Neill-Concelman) es un tipo de

conector para uso con cable coaxial. Inicialmente diseñado como una versión

en miniatura del Conector Tipo C. BNC es un tipo de conector usado con

cables coaxiales como RG-58 y RG-59 en aplicaciones de RF que precisaban

de un conector rápido, apto para UHF y de impedancia constante a lo largo de

un amplio espectro. Muy utilizado en equipos de radio de baja potencia,

instrumentos de medición como osciloscopios, generadores, puentes, etc por

su versatilidad. Se hizo muy popular debido a su uso en las primeras redes

ethernet, durante los años 1980. Básicamente, consiste en un conector tipo

macho instalado en cada extremo del cable. Este conector tiene un centro

circular conectado al conductor del cable central y un tubo metálico conectado

en el parte exterior del cable. Un anillo que rota en la parte exterior del conector

asegura el cable mediante un mecanismo de bayoneta y permite la conexión a

cualquier conector BNC tipo hembra.

Los conectores BNC-T, los más populares, son conectores que se

utilizaron mucho en las redes 10Base2 para conectar el bus de la red a las

interfaces.

Un extensor BNC, permite conectar un cable coaxial al extremo de otro, y

así aumentar la longitud total de alcance.

Los problemas de mantenimiento, limitaciones del cable coaxial en sí

mismo, y la aparición del cable UTP en las redes ethernet, prácticamente hizo

desaparecer el conector BNC del plano de las redes. Hoy en día, se utilizan

muchísimo en sistemas de televisión y vídeo, también son usados comunmente

en CCTV (Circuito Cerrado de TV) y son los preferidos por los equipos DVR

(Digital Video Recorder), ocasionalmente en la conexión de algunos monitores

de computadoras para aumentar la señal enviada por la tarjeta de video.

En el campo de la electrónica en general sigue siendo de amplia

utilización por sus prestaciones y bajo coste para frecuencias de hasta 1 GHz.

Su uso principal es la de proporcionar puertos de entrada-salida en equipos

electrónicos diversos e incluso en tarjetas para bus PCI, principalmente para

aplicaciones de instrumentación electrónica: equipos de test, medida,

adquisición y distribución de señal.

Existen varios tipos de BNC según la sujeción que proporcionan al cable.

Los más destacados son los soldables y los corrugables (Crimpado). Para

estos últimos existe una herramienta especial denominada crimpadora (que no

grimpadora), que es una especie de tenaza que mediante presión, fija el cable

al conector.

Fig. 110. Conector BNC macho

Fig. 111. Cable Convertido Fig. 112. Partes que conforman unBNC

6.- Visualizadores.

Estos indicadores son análogos y se basan en galvanómetros que nos

permitirán conocer el voltaje, corriente, potencia y señal de audio de entrada

para determinar el óptimo funcionamiento de nuestro equipo transmisor estos

indicadores están conectados a las entradas o salidas de las etapas ya

mencionadas y a continuación se detallaran de su funcionameinto.

Voltímetro:

Es un galvanómetro que posee un valor óhmico de 600 ohms en su

bobina y una corriente de de galvanómetro interna 1 miliamperio, por lo que

para que la aguja deflecte a su máximo que indicara 30v se necesita que

exista una resistencia de escala que proteja la bobina y esta se determina

por:

Resc = Voltaje de escala – Voltaje de galvanómetro = 30 - 0.6 = 30 Kohm

. Corriente de Galvanómetro. 0.001

Por lo que es necesario emplear una resistencia de 30 Kohm

conectado en serie para disminuir el voltaje y que no llegue mas de los 0.6 v

a la bobina. Y su tarea en nuestro proyecto será monitoriar el voltaje

constante que llegue a las etapas de amplificación de RF.

Fig. 113. Voltímetro de DC análogo

Amperímetro.

Este indicador verificara la corriente de consumo total en las etapas de

amplificación, si bien es cierto que la corriente oscila entre 1 y 2 amperios, es

necesario conocer si hay mucha demanda de corriente a razón del aumento

de temperatura en los transistores de salida y de la ganancia que pueda

entregar el transmisor, es necesario recordar que si bien es cierto la

potencia de salida del amplificador puede llegar a 20 Watts, solamente hay

entre 11 y 12 funcionando actualmente, ya que la temperatura de los

transistores es grande luego de unas horas de trabajo y también el tiempo

de vida útil de vida de los mismos se reduce.

Fig. 114. Amperímetro de AC

El galvanómetro se conecta en serie a la línea de AC de entrada pero también

necesita de una resistencia para que proteja a la bobina del galvanómetro y

esta será conectada en paralelo para que absorba la corriente y no la de la

bobina.

Sonda de RF

Para ajustar los equipos de radio con ayuda del tester, es necesario

utilizar un circuito sencillo que convierta la energía de RF en CA en forma de

CC. Esto soluciona el hecho de que los instrumentos normales rara vez pueden

medir energías de CA superiores al KHz. Por eso para ajustar el las etapas

amplificadoras que los autores han mencionado con anterioridad funciona

bastante bien utilizando el siguiente circuito:

Los materiales son:

1 capacitor de .001 microfarad (102)

1 capacitor de .1 microfarad (104)

1 resistor de 10 Kohm 1/4W

1 diodo 1n4148 o similar de alta frecuencia

otros elementos varios

Fig. 115. Diagrama esquemático de medidor de RF

Se recomienda armarla en un tubo de metal pequeño que apantalle los

componentes y desacople la entrada de RF de la salida que va al milímetro.

Luego para medir las potencias de salida, por ejemplo, se conecta el

amplificador a una carga fantasma de 50 ohm(o la impedancia del equipo) y se

mide la tensión que se desarrolla en ella. Usando la formula aproximada se

obtiene la potencia:

P(Watts) = (tensión medida+0,4V)^2 / (2 * R (carga))

si la carga es 50 ohm se simplifica como: Pot(W)= V^2 / (2*50) = V^2/100

7.- Amplificador.

Se utiliza para elevar el valor de pico de la señal proveniente de la

consola, esta es una señal débil en el orden de los milivoltios y se necesita

elevarlo a mayor voltaje lo suficiente para que la aguja del galvanómetro

pueda sino deflectar al máximo, si indique que hay señal en la entrada y que

se llevara a la modulación respectiva, con el fin de monitorear y conocer lo

que se amplificara a potencia.

Fig. 116. Galvanómetro indicador de Audio

8.- Fuente de Poder.

Es una etapa muy importante y se necesita de un transformador de mucho

amperaje, ya que aunque si bien es cierto que la etapa de amplificación solo

consume alrededor entre 1 y 2 amperios, con el paso del tiempo se necesita

una gran ventilación porque la etapa de regulación de la fuente no soporta la

demanda, las fuentes de un verdadero transmisor de radio utiliza un

transformador torioidal asi como de su etapa de rectificación, por lo que luego

de varias pruebas con fuentes de hasta 8 amperios no se tenia la corriente

estable y la frecuencia variaba y provocaba armónicos, muy similar a los

lóbulos que presentaría una grafica de Fourier, emitiendo señal de radio en

muchas frecuencias y no solamente en la calibrada, y a distintos niveles,

razón por la cual se utiliza una fuente de 22 amperios que posee un

transformador que no encontraríamos en el mercado.

Fig. 118. Fuente de Poder de 22 Amperios Fig. 119. Transformador Toroidal