Investigacion 1 2014-1

UNIVERSIDAD NACIONAL AUTNOMA DE MXICO

FACULTAD DE INGENIERA

INGENIERA EN TELECOMUNICACIONES

SISTEMAS DE RADIODIFUSIN SONORA SISTEMAS DE RADIOCOMUNICACIONES I

PRIMER TRABAJO DE INVESTIGACIN

S i s t e m a s d e R a d i o d i f u s i n S o n o r a 2

Trabajo de Investigacin Sistemas de Radiocomunicaciones I

CONTENIDO

I. Estructura General de una Estacin Radiodifusora ..................................................................................4

1. Estudios y Equipo de Transmisin ....................................................................................................4

2. Antenas Transmisoras .......................................................................................................................9

3. Modos de Propagacin .....................................................................................................................15

II. Receptor Superheterodino .........................................................................................................................19

1. Antenas receptoras ...........................................................................................................................20

2. Etapa de Radiofrecuencia .................................................................................................................21

3. Etapa de frecuencia intermedia .........................................................................................................24

4. Etapa de deteccin (demodulacin) y audiofrecuencia .....................................................................27

III. Procesamiento de la Seal de Audio .........................................................................................................35

1. Pre-nfasis y De-nfasis en seales analgicas de audio ................................................................35

2. La radiodifusin sonora en FM Estreo .............................................................................................39

3. Compresin y codificacin de las seales de audio .........................................................................43

IV. Planes Regionales para la Operacin del Servicio de Radiodifusin Sonora ...........................................47

1. Atribucin de bandas de frecuencia para los servicios de Radiodifusin Sonora .............................48

V. Norma Oficial Mexicana Para La Radiodifusin Sonora en AM ................................................................52

1. Definicin de Trminos .......................................................................................................................52

2. Clasificacin de Las Estaciones De Radiodifusin en AM .................................................................56

3. Potencia de las estaciones de AM .....................................................................................................57

4. Propagacin de las Ondas Electromagnticas en la Atmsfera ........................................................59

5. Especificaciones Tcnicas para la Radiodifusin Sonora en AM ...................................................62

VI. Norma Oficial Mexicana para la radiodifusin sonora en FM ....................................................................65

1. Definiciones ........................................................................................................................................65

2. Caractersticas tcnicas ....................................................................................................................70

3. Caractersticas del Sistema Estereofnico para la Radiodifusin en FM ..........................................75



VII. Concesiones, permisos, grupos radiofnicos y formatos ...........................................................................79

1. Estaciones de radiodifusin en AM y FM, permisionadas y consesionadas en Mxico ...................81

2. La Radio Comunitaria .........................................................................................................................87

VIII. Radiodifusin Sonora en Onda Corta .......................................................................................................89

1. Estaciones de radiodifusin sonora en la banda de HF (onda corta) ................................................89

2. Estaciones de radiodifusin en banda HF que transmiten desde Mxico .......................................91

IX. Radio Data System .....................................................................................................................................98

1. Caractersticas de los RDS (Radio Data System) .............................................................................98

2. Caractersticas de los RBDS (Radio Broadcasting Data System) ....................................................99

3. Grupos de datos y Tipos de Programas RDS/RBDS ........................................................................101

X. Radiodifusin Digital Terrestre ..................................................................................................................103

1. Caractersticas del sistema digital DAB .............................................................................................103

2. Sistemas digitales DAB+, DRM, DRM+ y HD radio ...........................................................................107

3. Proyectos de radiodifusin sonora digital en Mxico ........................................................................113

Bibliografa y Referencias ............................................................................................................................118



TEMA I. ESTRUCTURA GENERAL DE UNA ESTACIN RADIODIFUSORA

La radio ha sido en la actualidad una de las fuentes de sonido ms importantes. Aunque hay miles de emisoras todas tienen los mismos componentes y siguen el mismo funcionamiento, principalmente se componen de equipos se baja frecuencia y de alta frecuencia.

La baja frecuencia es, bsicamente, todos los equipos que tienen por funcin la generacin, captacin y manejo de la seal que ha de ser transmitida. Son los que crean la seal moduladora, la informacin. A alta frecuencia pertenecen los equipos transmisores de la seal, los que modulan y transmiten la seal de baja frecuencia en forma de ondas electromagnticas que viajan libremente por el espacio.

ESTUDIOS Y EQUIPO DE TRANSMISIN

Estudio de radio

El estudio de radio est constituido bsicamente de dos espacios, uno es el locutorio o lugar donde est el locutor, entrevistador, grupos musicales, etc. Y la sala de control desde donde se controla la grabacin del programa.

Locutorio. Est acondicionada para la toma de sonido.

Sala de Control. Est dotada de los medios tcnicos necesarios para grabar o emitir un programa, es decir, de los soportes necesarios de los que vamos a disponer para realizar la emisin sonora.

Estos corresponderan a los estudios de palabra y msica respectivamente.

Las salas de montaje. Son salas tcnicas que permiten constituir un programa partiendo de grabaciones.

El control central. Es el centro de conexin entre los circuitos exteriores al CPP y los circuitos interiores procedentes de las salas tcnicas.

La sala de enlaces. Es la que est dotada de equipos transmisores para el envo de programas al centro emisor y equipos receptores que reciben las seales procedentes de puntos fijos o unidades mviles. Se encuentran conectados con los estudios de emisin de programas a travs del control central.

El archivo sonoro. Es el local destinado al archivo del material magntico o discogrfico utilizado como fuente para la creacin de programas. Por las caractersticas del material que guarda, debe reunir condiciones ambientales adecuadas.

Los estudios pueden clasificarse de la siguiente manera:

A) Estudios muy reducidos. Una pequea sala de control desde la que el locutor habla, introduce msica e incluso puede mantener una conversacin con un personaje entrevistado.

B) De uso general. Suelen disponer de una mesa circular y de varios micrfonos. Es el tipo de estudio propio para la realizacin de entrevistas, conversaciones cruzadas, programas con varios participantes, etc.



C) Dramticos. Su construccin permite la recreacin de diferentes ambientes sonoros y suelen contar con equipos para la realizacin de efectos sonoros especiales, aun cuando, cada vez ms, los efectos sonoros ambientales se introducen desde la sala de control proveniente de discos o cinta magntica.

D) Musicales. Tienen grandes dimensiones, aptos para la adaptacin de grupos musicales invitados.

E) Tipo auditrium. Se asemejan a un pequeo teatro con escenario y asientos enclavados. Este tipo de

estudios estn destinados a las emisiones pblicas.

El estudio de radio ha de disponer de un perfecto aislamiento acstico que impida la recepcin de sonidos procedentes del exterior. Debe estar situado en lugares que no reciban vibraciones producidas por el paso de vehculos pesados. En ocasiones, se emplean pavimentos flotantes para disminuir al mnimo las vibraciones y sonidos exteriores.

Las paredes, techo y suelo del estudio han de revestirse con elementos aislantes, moquetas, alfombras, etc., para eliminar las molestas resonancias del sonido. La puerta de entrada ha de ser maciza y debe garantizar un cierre hermtico.

Sera difcil cumplir las condiciones expuestas si el estudio dispusiera de ventanas; por tanto, al no disponer de ellas, tiene que preverse una instalacin de aire acondicionado eficaz. No sirven los sistemas ordinarios. Los aparatos se instalan alejados fsicamente del estudio, transportando el aire por caminos indirectos. De esta forma se evitan los molestos zumbidos que seran captados por los micrfonos.

Como no se cuenta con iluminacin natural, el grado de iluminacin debe asegurar una cmoda lectura a los locutores y presentadores.

El equipamiento tcnico preciso en un estudio de radio es muy limitado. En un locutorio de uso general suele bastar, como elementos de toma, con 3, 4 o 5 micrfonos unidireccionales.

Las salas tcnicas

Los programas efectuados en el locutorio son complementados con aportaciones sonoras desde la cabina o sala de control. En ella concurren y desde ella se controlan todas las fuentes sonoras. En la sala de control se sitan los tcnicos de sonido y el director del programa. Desde all se controlan las mezclas sonoras y se reciben las seales procedentes del exterior.

Desde el mezclador se seleccionan las diversas fuentes sonoras, se regulan los parmetros de las mismas, se aaden algunos efectos especiales y se efecta la mezcla de sonidos.

Para efectuar la mezcla de sonidos se procede al control de los mismos mediante los vmetros que marcan las subidas y bajadas bruscas del nivel sonoro gracias a su



extrema capacidad de reaccin a las variaciones de ganancia. Los vmetros indican las variaciones de nivel por agujas o por pilotos luminiscentes.

En radiodifusin es imprescindible la observacin de los niveles mximo y mnimo de modulacin. Cuando el nivel es muy bajo pueden crearse dificultades de audicin en lugares alejados de la estacin transmisora. Si, por el contrario, el nivel es excesivamente elevado, pueden aparecer distorsiones en la reproduccin del sonido y se puede sobrecargar el transmisor provocando averas.

Tambin se debe disponer de una salida para alimentar un par de pantallas acsticas donde se podr observar los niveles de ecualizacin y modulacin. En la cabina se ubica un micrfono de rdenes que permite la comunicacin entre los encargados de la sala tcnica y el locutor. A travs de esta lnea puede coordinarse la entrada en el programa de componentes distintos a los que se encuentran en el estudio. Asimismo, pueden efectuarse contactos con otras emisoras en el caso de que se pretenda realizar un programa en cadena.

Las inserciones publicitarias en radio reciben el nombre de cuas. Estas cuas se reproducen en lectores automticos o reproductores de cartuchos. Estos lectores se conectan a la mesa como cualquier fuente sonora y presentan la particularidad de que su funcionamiento comienza tan slo con el movimiento del mando de volumen del canal que le corresponde. Al terminar la cua se rebobina automticamente quedando dispuesto para otra lectura. En la actualidad, los lectores automticos se utilizan en nmero variable, sincronizados unos con otros para dar lugar a combinaciones diferentes en la reproduccin de cuas. Actan secuencialmente, facilitando el trabajo del responsable del programa.

En muchas emisiones radiofnicas se introduce sonido telefnico por parte de oyentes que participan en el programa o se efectan entrevistas desde el estudio. En estos casos, se hace preciso instalar, en la mesa de mezclas, adaptadores de la seal telefnica para que esta fuente de seal pueda ser tratada como cualquier otra.

Unidades mviles

Las unidades mviles son necesarias en las retransmisiones de acontecimientos fuera del estudio. Cuando se trata de escenarios habituales de produccin de noticias tales como una cmara legislativa, un estadio de ftbol, una sala de conferencias, etc., suelen emplearse lneas microfnicas que aseguran la retransmisin con una cierta calidad exenta de interferencias por cuanto este tipo de uniones, si bien emplean los circuitos telefnicos, no pasan por centralitas. En lugares no habituales pueden usarse las lneas telefnicas existentes o, si se cuenta con tiempo para ello, puede encargarse a la compaa telefnica que efecte el tiraje de lneas suficientes como para cubrir satisfactoriamente el acontecimiento.

Las unidades mviles constan, en su forma ms sencilla, de un transmisor porttil que emite en bandas de frecuencias asignadas para ese fin. Estos equipos no emiten en el espectro comercial de radiodifusin porque podran interferir a otras emisiones.

Las seales radiadas por el radioenlace son recogidas por un receptor situado en la emisora. A partir de aqu la seal puede ser transmitida directamente o tratarse como una entrada ms en la mesa de mezclas.

Personal del estudio de radio

El director es el responsable, en ltima instancia, del programa acabado. Muchas veces es el propio guionista y su principal misin es la de hacer partcipe a todo el personal del estudio de la idea que posee sobre la realizacin del trabajo. Sin que sea obligatorio que el director domine todas y cada una de las facetas de la produccin, debe poseer, al menos, unas ideas generales sobre cada una de las funciones del personal del estudio.



El responsable de toma de sonido y mezcla es el profesional que manipula la consola de mezcla, controla los niveles de entrada y de salida, efectos, selecciona fuentes sonoras, coloca discos, cartuchos de cuas publicitarias, etc. Se ayuda del guion y en algunas ocasiones de un asistente.

El montador musical o tcnico de musicalizacin se encarga de la seleccin de cortinas y fondos musicales que sern incorporados segn las necesidades expresivas del programa.

El tcnico de efectos sonoros de estudio o sonidista de efectos es el responsable de la realizacin artesanal de efectos sonoros ambientales o especiales.

El cronometrador es un asistente que se sita en la cabina, al lado del realizador, y que tiene a su cargo el control del cumplimiento, con exactitud, de uno de los elementos capitales de la produccin radiofnica: el tiempo.

Equipos de una emisora de radio.

Los equipos que deber tener una estacin de radio son los siguientes.

Mesa de mezclas con diversidad de canales. Magnetfonos fijos con arranque automtico

desde la mesa de mezclas. Magnetfonos porttiles. Cartucheras. Platos de disco con arranque automtico desde la

mesa de mezclas. Uno o varios equipos reproductores de Discos

Compactos. Equipo de Digital Audio Tape (DAT). Distribuidores de sonido con una entrada de

audio y mltiples salidas. Altavoces para la monitorizacin del sonido. Amplificadores. Ecualizadores grficos. Generadores de efectos especiales. Unidades hbridas para incorporar las lneas telefnicas a la mesa de mezclas.

En cada estudio suele haber un patch-panel que conecta los diversos equipos con los canales de la mesa de mezclas del estudio e incluso con de las otros estudios mediante las correspondientes lneas de enlace.

Por su parte el control central adems de estar dotado con gran parte de los equipos de un estudio para cubrir las funciones de grabacin y de continuidad, cuenta con una mesa de multiplex y conexiones con todos los estudios y con el exterior de la emisora para recibir las informaciones de los corresponsales nacionales y extranjeros, as como las conexiones con las unidades mviles y las llamadas telefnicas.

Etapas o elementos elctricos/electrnicos del equipo de transmisin de una estacin de

radiodifusin sonora en AM [bandas de MF y HF]

Elementos que conforman una planta transmisora de AM:

Dos transmisores (principal y de emergencia) Enlaces de programa (principal y de emergencia) Un procesador de audio para AM con 2 salidas balanceadas para alimentar a los dos transmisores

independientemente y un monitor de modulacin.



El mtodo ms sencillo para la transmisin de sonido es aquel en que la amplitud de una seal portadora de alta frecuencia se hace variar de acuerdo con la seal de audio. Este mtodo de Modulacin de la portadora se llama Modulacin en Amplitud. Este sistema se emplea en radiodifusin de onda normal (535kHz a 1605kHz).

La figura anterior representa un transmisor de AM. La entrada de sonido es amplificada en el grado necesario por las etapas de pre amplificacin y de potencia hasta que alcance el nivel necesario.

Una alta potencia de la portadora aumenta las intensidades de las seales que llegan al sistema de deteccin d los receptores distantes y tambin aumenta la relacin seal/ruido en la recepcin.

Etapas o elementos elctricos/electrnicos del equipo de transmisin de una estacin de

radiodifusin sonora en FM [banda de VHF]

El servicio de Radiodifusin, modulada en frecuencia, se presta en Mxico en la Banda de frecuencias de 88 a

108 MHZ. Las asignaciones de canales se hacen cada 200-MKZ disponindose por lo tanto, 100 diferentes

canales con anchura de banda de 200 KHZ. Cada canal se designa por su frecuencia central o por un nmero.

Para modulacin de frecuencia se puede utilizar alguno de los diversos sistemas de proceso directo o proceso

indirecto. Adems, una estacin de Radiodifusin puede prestar uno o ms de los servicios indicados en la

siguiente figura

En una estacin FM estndar (88 a 180 MHZ) se puede realizar una Radiodifusin monoaural. Otra puede funcionar en sistema estreo multiplex (2 canales separados, izquierdos y derechos combinados en una sola transmisin). Algunas estaciones de Radiodifusin tanto monoaural como estecen pueden realizar tambin transmisiones multiplex SCA (comunicaciones subsidiarias autorizadas) en las que el canal principal se utiliza



para la Radiodifusin de servicio pblico y el sub canal de SCA radia msica de fondo u otro programa privado para servicio de pago por los abonados.

Adems, se utiliza una forma de modulacin de frecuencia de banda estrecha por algunos servicios comerciales. Por otra parte, el sonido que a compaa a los programas de T.V. estndar se modula generalmente en frecuencia, aunque con mucha menos anchura de banda que la utilizacin en la Radiodifusin de 88 a 108 MHZ.

Diagrama de bloques del transmisor bsico FM

Preamplificador: Normalmente es un amplificador de voltaje lineal de clase A con una impedancia de entrada alta, su funcin es llevar el valor de la seal a un nivel til.

Oscilador 1: Se emplean osciladores de cristal para obtener estabilidad de frecuencia y adems provee una cantidad de potencia relativamente pequea. La frecuencia del oscilador est determinada por su espesor (varia inversamente a este) y por los valores de los componentes del circuito.

Mezclador: Tiene como objetivo elevar la frecuencia de la seal transmitida hasta un valor libre donde podamos transmitir, a travs de la frecuencia de la seal del Oscilador 2 se puede seleccionar en qu canal se desea transmitir dentro del rango entre 88MHz y 108MHz que se tiene reservado.

Amplificador final: Permite dotar a la seal de potencia suficiente para cubrir el rango de alcance que se desea. Para aumentar el rango de alcance de un transmisor de FM habr que conseguir aumentar la potencia con la que se emite, es decir, aumentar la ganancia del amplificador a la salida.

Acoplador de antena: circuito que provee un medio de transferir la mxima energa desde el amplificador final hasta la antena.

ANTENAS TRANSMISORAS

AM y modulacin digital dentro de la banda de MF [onda media]

Onda media es la banda estndar de radiodifusin en AM, lo que implica una gran cantidad de emisoras y, con buenas condiciones de propagacin, permite la recepcin a grandes distancias. Su rango de frecuencias va desde los 530 hasta los 1700 KHz y en las regiones 2 y 3 de Amrica y Australia la radiodifusin entre las frecuencias de 520 y 540 es compartida con otros servicios. Mientras la separacin entre emisoras en la Regin 2 y 3 es de 10 KHz, en Europa (Regin 1) se ha adoptado por una distancia de 9 KHz entre las mismas. En Europa existe la denominada Onda Larga a menor frecuencia que la onda media que tenemos en Amrica. La banda de onda media es asignada para cobertura regional o incluso local, como puede deducirse de la distribucin de las emisoras de onda media alrededor del mundo. La cobertura ms fiable es efectuada por la onda terrestre. Por regla general, en ausencia de interferencias y con una emisora de moderada potencia el alcance de la onda terrestre de un transmisor de onda media, expresada en kilmetros es igual a su longitud de onda en metros. Por ejemplo si una emisora tiene una de 500 metros (0,6 MHz) tendr una cobertura hasta 500 kilmetros a contar desde su antena transmisora.



La mayora de las antenas transmisoras para la onda media, son simples mstiles verticales en cuarto de onda (/4), el otro cuarto de onda lo hace el plano de tierra y el diagrama resultante de cobertura es aproximadamente circular si el terreno no presenta irregularidades. La cobertura de la onda terrestre depende de la absorcin de la seal, el contacto terrestre y es aproximadamente estacionaria durante el da y la noche. A continuacin se detallan las caractersticas que deber tener una antena para onda media de acuerdo a las especificaciones anteriores.

Antena tpica de onda media

Diagrama a bloques de una antena direccional

Durante las horas del da la propagacin en onda media es limitada a la propagacin de la onda terrestre, ya que la onda ionosfrica es absorbida por varias capas ionosfricas de baja altitud (60-100 kilmetros). Despus de la puesta del Sol, dichas capas se disuelven bastante rpidamente y la absorcin se reduce, entonces la propagacin ionosfrica de las seales en la banda de onda media hace que se propaguen mucho ms lejos.



Podemos clasificar las ondas medias de acuerdo a las reas regulares de cobertura de la onda ionosfrica, se debe tomar en cuenta que la potencia terica suministrada es de 100 KW o ms y un canal sin interferencias.

Para la onda media corta (1.200-1.700 kHz) una cobertura durante las horas nocturnas de 1.000 kilmetros aproximadamente.

Para la onda media intermedia (700-1.200 kHz) una cobertura durante las horas nocturnas de 800 kilmetros aproximadamente.

Para la onda media larga (530-700kHz) una cobertura de onda ionosfrica ms bien despreciable.

A continuacin se presenta una imagen que detalla el patrn de radiacin de este tipo de antenas.

Patrn de radiacin vertical cuantitativo en mW/m campo sin atenuacin a un kilmetro para un kilovatio

AM y digital dentro de la banda de HF [onda corta]

Antena logartmica

El diseo de una antena logartmica peridica consiste de un patrn geomtrico bsico que se repite, pero con un tamao diferente. Esta estructura consiste de varios dipolos de diferente longitud y espacios que son alimentados de una sola fuente en el extremo pequeo. La lnea de transmisin se cruza entre los puntos de alimentacin de pares adyacentes de dipolos. El patrn de radiacin para una antena logartmica peridica bsica tiene radiacin mxima hacia afuera del extremo pequeo. La longitud de los dipolos y su espaciado estn relacionados de tal forma que los elementos adyacentes tienen una relacin constante entre s.



El diagrama de radiacin se identifica con la antena que trasmite, las mismas propiedades aplican a una antena en el modo de recepcin. Esto se debe a que las antenas son dispositivos recprocos. El diagrama de radiacin es peculiar al tipo de antenas, a sus caractersticas elctricas y a sus dimensiones fsicas.

Antena rmbica

La antena rmbica tiene ciertas caractersticas para la transmisin y para la radiodifusin en lugares de dbil recepcin de las seales. Dos caractersticas lo hacen posible: que su ganancia es del orden de los 20 dB y que el rango de frecuencias alcanza entre 0,5 y 1,5 veces el de una frecuencia central de diseo.

La antena rmbica tiene un valor de longitud de la antena que depende de la longitud de la onda a la frecuencia que ser diseada, debe ser mltiplo de . Se puede hacer una cruceta de madera o plstico con estas medidas. En el punto de cruce se le atornilla una plancha de madera contrachapada para darle ms rigidez al conjunto, que sirva de plataforma para montarla en el mstil y poder direccionar la antena.

Antena rmbica de VHF y UHF

Antena abanico de dipolos

Esta antena tiene la particularidad de poderse alimentar con un solo cable coaxial en dnde el centro del cable coaxial se suelda a uno de los manojos de cables como cualquier dipolo y la malla del cable se suelda al otro manojo de cables. Se puede instalar en "V" invertida o como dipolo horizontal dejando una separacin de unos 15 centmetros entre dipolo y dipolo tratando de conformar un abanico, puede emplearse cable coaxial de 50 o 75 Ohmios. Esta antena puede trabajar en tantas bandas como dipolos sean cortados y trabajaran la frecuencia a la que es cortado cada uno de los alambres, su rendimiento es muy satisfactorio dado que cada dipolo se corta para la banda y frecuencia preferida, Se ajusta alargando o acortando los brazos de cada dipolo, abriendo o cerrando el ngulo central hasta llevarlo a resonancia en la frecuencia seleccionada de cada banda.

FM y digital en la banda de VHF

Antena Panel Plano (Flat Panel)

Las antenas de panel plano como su nombre lo dice son un panel con forma cuadrada o rectangular. y estn configuradas en un formato tipo patch. Las antenas tipo Flat Panel son muy direccionales ya que la mayora de su potencia radiada es una sola direccin ya sea en el plano horizontal o vertical. Las antenas Flat Panel



pueden ser fabricadas en diferentes valores de ganancia de acuerdo a su construccin. Esto puede proveer excelente directividad y considerable ganancia.

Antena de Ranura

Las antenas de ranura estn asociadas a las lneas de transmisin cerradas como las guas de onda. Se sitan de forma que corten las lneas de corriente del modo dominante, generando un campo en la ranura y radiando parte de la potencia que se propaga en la gua. No es frecuente ver antenas de ranura individuales. Normalmente se utilizan para formar agrupaciones de antenas sobre una gua de ondas.

Antena de Alas de Murcilago o Supertorniquete

Es un tipo de antena usada en VHF que provee de patrones de radiacin omnidireccionales superiores a otros tipos de antenas y son ideales para montarse en la parte superior de construcciones o mstiles. Son las antenas con polarizacin horizontal ms usadas por radiodifusores en las bandas de VHF.



Si son bien construidas, estas antenas pueden alcanzar razones de onda estacionaria (SWR) de 1 a 1.1 en al menos el 30% de la banda de frecuencias y una sustancial ganancia. Con la llegada de la alta definicin, los supertorniquetes se han vuelto igualmente populares entre los radiodifusores de UHF.

Dipolo Inclinado

Es un dipolo normal colocado en forma diagonal y sujeto a un mstil y al piso. La alimentacin del dipolo viene desde el centro.

La ganancia que de esta manera se consigue no es muy grande, pero en algunos casos esa pequea ganancia puede ser decisiva e incluso se pueden montar desde un mismo mstil varios dipolos inclinados hacia direcciones predeterminadas con lo que, eligiendo el dipolo adecuado, se favorece la direccin escogida.

Este tipo de antenas es usado comnmente por radioaficionados debido a sus principales ventajas: simplicidad y efectividad. Es una antena balanceada til para radiar en zonas de corto y mediano alcance. Su directividad depende de la conductividad del terreno, el ngulo de inclinacin y frecuencia de trabajo.



MODOS DE PROPAGACION

Antes de describir los modos de propagacin pondremos la influencia del medio en la propagacin de las ondas radioelctricas.

El Suelo tiene una gran influencia en la propagacin de las ondas. A frecuencias bajas y para antenas prximas al suelo se excita una onda de superficie. A frecuencias superiores, para antenas elevadas, el suelo produce reflexiones o difracciones que

obstaculiza a la onda. La Atmsfera tambin influir en la propagacin de las ondas, esto depender de la longitud de onda de las mismas.

Los gases de la troposfera curvan, por refraccin, la trayectoria de los rayos de propagacin. Adems dependiendo de la frecuencia producen una atenuacin adicional a la del espacio libre. En frecuencias de microondas, la presencia de lluvia, niebla y otros hidrometeoros produce tambin

absorcin, dispersin, y cierta despolarizacin de las ondas, dando lugar a atenuacin adicional. La ionosfera produce fuertes refracciones a las frecuencias de MF y HF que van acompaadas de

atenuacin, dispersin y rotacin de polarizacin. La ionosfera es la regin de las capas altas de la atmsfera (60- 400 Km de altura) que debido a su

ionizacin, refleja las seales radioelctricas hasta unos 30 MHz.

La ionizacin, presencia de electrones libres, se produce fundamentalmente por las radiaciones solares en las bandas de ultravioletas y rayos X. Tambin contribuye a la misma otros fenmenos como los rayos csmicos y los meteoritos. La densidad de electrones vara as segn la hora del da y la estacin del ao. La radiacin tambin vara siguiendo el ciclo de las manchas solares.

La densidad de electrones tambin vara con la altura y presenta determinados mximos relativos, llamados capas. En las zonas ms altas la densidad de tomos y molculas es baja. La energa de radiacin exterior es grande pero hay pocos tomos disponibles para ionizar. Al descender, las radiaciones ionizan los gases y su energa se absorbe gradualmente. En las zonas ms bajas los electrones e iones desaparecen puesto que la recombinacin predomina sobre la ionizacin al ser mayor la densidad de partculas.

Capas de la ionosfera presentes durante el da y la noche.

La banda de frecuencia de trabajo de un sistema de radiocomunicaciones, va a definir los mecanismos de propagacin de ondas que debe ser considerado en el momento de analizar un canal de radio. De la misma manera, van a diferir las aplicaciones a las que se puede dar servicio en cada una de las bandas. En cuanto al



modo de propagacin de las ondas electromagnticas en la atmsfera y el espacio libre, ste puede ser subdividido en tres categoras: propagacin de ondas de superficie, propagacin de ondaionosferica o propagacin por lnea de vista.

Propagacin en la Banda MF (300KHz a 3000KHz).

Esta banda cubre las frecuencias comprendidas dentro del rango de 300 KHz a 3 MHz, una de las caractersticas ms sobre salientes de esta banda es la gran facilidad de propagacin de las ondas de superficie. En la banda de MF la ionosfera refleja las ondas radioelctricas haciendo que estas retornen a la tierra. Este mecanismo se denomina reflexin ionosfrica. Los enlaces de radio transocenicos de Marconi sugirieron a Heaviside y Kennelly la existencia de una capa ionizada en la atmosfera que reflejaba las ondas enviadas al espacio. En estos enlaces estas ondas llegaban al mar y se reflejaban de nuevo, de este modo a travs de varios saltos se consegua cruzar el ocano. El alcance que se consigue para un solo salto depender de la frecuencia. En MF, durante la noche, es de hasta unos 2000 Km. Este mecanismo de propagacin lo utilizan los radioaficionados, comunicaciones navales y antes de existir los satlites eran el medio ms utilizado para comunicaciones de voz, punto a punto y largas distancias. Se utilizan antenas elevadas con polarizaciones horizontales y verticales como monopolos verticales. En la imagen se puede observar el efecto que produce la ionosfera en la propagacin de ondas electromagnticas, reflejndolas. Tambin observamos tres zonas importantes.

La zona de cobertura por onda de superficie: En esta zona las ondas se propagarn por la superficie de la tierra.

La zona de silencio: Es muy importante localizar esta zona antes de colocar una antena receptora, si colocamos la antena en esta zona no captaremos seal alguna.

La zona de cobertura de la onda ionosferica: En esta zona de cobertura captaremos las ondas reflejadas por la capa ionosferica de la tierra.

El rango comprendido por MF fue considerado en su tiempo como el rango de ms facilidad de uso para las radio comunicaciones entre otras cosas debido a que tiene una longitud de onda por debajo de 200m lo cual facilita la experimentacin y el uso del radio para los radio aficionados. Entre sus principales usos estn la navegacin, comunicacin martima, radiodifusin en AM y comunicaciones punto a punto. Durante la Noche la reflexin de la seal se da en la capa F de la ionosfera. La capa E es dbil.



Propagacin en la Banda HF

Cuando un transmisor de radio de HF comienza a emitir, en primera instancia se generan dos tipos de ondas diferenciadas: la onda de superficie y la onda ionosferica.

La onda de superficie se propaga a muy poca distancia del suelo y por ello se ve muy afectada por la orografa, que puede provocar fenmenos de reflexin, propagacin multitrayecto y difraccin. Las peculiaridades de este tipo de onda dependen de la frecuencia de trabajo, el tipo de suelo (conductividad del terreno) y la altura de las antenas.

La propagacin por onda de superficie es predominante en la zona media de la banda de HF, teniendo alcances mximos de unos 100 km.

El diagrama de radiacin de las antenas utilizadas en HF suele presentar una cierta elevacin respecto al plano de tierra, normalmente de unos 3, provocando que se genere una onda dirigida hacia la atmsfera, que conocemos por el nombre de onda area.

La onda ionosferica alcanzar las distintas capas de la atmsfera (troposfera, estratosfera, mesosfera, ionosfera), donde estar sujeta a distintos fenmenos que dependen, por ejemplo, de su longitud de onda:

Propagacin troposfrica: Las ondas de radio que viajan por la troposfera apenas sufren variaciones de polarizacin. La densidad de la atmsfera desciende de forma proporcional a la altura, formando un gradiente que hace que las ondas se refracten consiguiendo alcances superiores al ptico, en condiciones de ausencia de obstculos. Afecta especialmente a las bandas de VHF y superiores, teniendo efecto en HF solamente para comunicaciones de corto alcance.

Propagacin ionosfrica: Est sujeta a los fenmenos electromagnticos que tienen lugar en la ionosfera, fundamentalmente refraccin, reflexin y absorcin como se mencion en la propagacin en banda MF.



Propagacin en Banda VHF

Las frecuencias de radio en VHF y UHF se propagan principalmente a lo largo de trayectorias de lnea de vista

(LOS) Este modo de propagacin, adems de limitar la zona de cobertura, obliga a captar las ondas en el sitio

ms despejado de obstculos.

Lnea de Vista

Los contactos por propagacin directa conciernen a los enlaces locales, la energa suministrada por el emisor es directamente captada por una antena situada en las cercanas y llevada al receptor. En este tipo de enlaces se depende en gran medida de la antena, de la presencia de obstculos (edificios, montaas, etc.) y en menor medida de la potencia de emisin.

Las caractersticas de la propagacin directa ilustran claramente la necesidad de disponer de una antena, no solamente colocada a una buena altura, sino tambin despejada, para evitar en lo posible los obstculos eventuales para la propagacin. Un obstculo elevado y ms cercano puede comprometer toda recepcin. Lo anterior explica la existencia de los repetidores. A veces, reflexiones en obstculos despejados pueden permitir una recepcin correcta en regiones en las que la radiacin directa est interceptada.

Cabe recordar que, la propagacin en esta banda de frecuencias presenta algunas reflexiones en la ionosfera para los rangos bajos de frecuencia dentro de VHF, por lo que, la propagacin es bsicamente mediante Lnea de Vista. Se presenta tambin dispersin debida a la inversin de la temperatura y el ruido csmico.

La propagacin en la parte inferior de esta banda es posible por la refraccin en la atmosfera, sin embargo las reflexiones en la ionosfera son considerables para frecuencias superiores a 50 o 60 MHz, particularmente por debajo de 150 MHz.

Dentro de las frecuencias de VHF existen tres bandas para uso de radioaficionados que son las siguientes:

Banda de 6 metros: de 50 a 54 MHz. Banda de 2 metros: de 144 a 148 MHz. Banda de 1.25 metros: de 220 a 225 MHz.

La televisin y la radio en frecuencia modulada se transmiten en VHF, con alcance local solamente. La capa de la atmosfera que tiene mayor influencia sobre las frecuencias de CHF y superiores es la troposfera, gobernada por los cambios de clima. Las condiciones de propagacin de VHF, se pueden predecir utilizando modelos de propagacin adecuados al medio ambiente de inters.



TEMA II.- EL RECEPTOR SUPERHETERODINO

En electrnica, un receptor superheterodino es un receptor de ondas de radio que utiliza un proceso de mezcla de frecuencias o heterodinacin para convertir la seal recibida en una frecuencia intermedia fija, que puede ser filtrada y amplificada.Todos los receptores modernos de radio y televisin utilizan el principio superheterodino.

En los receptores domsticos de Amplitud Modulada (AM), la frecuencia intermedia es de 455 o 470 kHz; en los receptores de Frecuencia Modulada (FM), generalmente es de 10.7 MHz.

Los receptores superheterodinos mezclan o heterodinan una frecuencia generada en un oscilador local, contenido en el receptor, con la seal entrante de la antena. De esta heterodinacin resultan dos frecuencias: una superior y otra inferior a la frecuencia entrante. Una de ellas, normalmente la inferior, es elegida como FI (frecuencia intermedia), filtrada con un filtro de alto factor de calidad (Q), amplificada y posteriormente detectada o demodulada para obtener la audiofrecuencia que se escuchar despus de ser convenientemente amplificada, a travs de un altavoz.

A continuacin se ilustra en un diagrama a bloques las partes principales que componen a un receptor superheterodino:

Y en el siguiente diagrama, podemos verlo de forma ms detallada:

Receptor Superheterodino



ANTENAS RECEPTORAS

Las antenas ms comunes que se emplean en los radiorreceptores para recibir las seales del servicio radiodifusin son:

Barra de ferrita

La antena de barra de ferrita consiste en un hilo conductor magntico enrollado en una barra de ferrita lo que aumenta la resistencia de radiacin en comparacin con antenas sin ncleo o antenas con otros ncleos. Debido al pequeo tamao de estos elementos, son utilizados para crear radios de bolsillo; estas antenas no solo proporcionan una antena receptora, la inductancia que proveen puede utilizarse en paralelo con un varactor para crear el circuito receptor sintonizado. Se usa por lo general en aplicaciones de onda larga y onda media.

Dibujo de una tpica Antena de Barra de Ferrita

De cuadro

Tambin llamadas en ingls LoopAntenna, se les denomina De Cuadro por la forma que tiene, sin embargo tambin las hay en forma de hexgono, octgono o crculo. Esta antena es dual con la antena de dipolo infinitesimal, es decir los campos elctricos y magnticos de la antena de cuadro estn invertidos respecto al dipolo infinitesimal. Es una antena directiva de 3/2, tienen un ancho de banda estrecho de pocos KHz.

La inductancia generada por las espiras se sintoniza con un capacitor variable y se acoplan a la lnea de transmisin mediante un eslabn de dimensiones menores al enrollado. Si se ocupan en la banda de HF sus dimensiones suelen ser de 30 a 40 cm. La forma ms utilizada es la circular.

Antena de cuadro (forma circular)



Telescpicas

Es una antena de uso muy frecuente, muy sencilla y fcil de instalar.Consiste en una varilla conductora que se coloca en posicin vertical y el extremo superior de la antena deber estar redondeado o, de preferencia, provisto de un disco de metal o una esfera de unos 25 mm o ms (cuanto mayor sea esta "capacidad terminal", tanto mejor sern los resultados). Es omnidireccional de pequeas dimensiones utilizada normalmente para onda corta, HF y VHF. Su impedancia comercial es de 75 . Normalmente est construida con varias varillas huecas de diferentes dimetros dentro una de otra para poder ajustar su longitud.

Antena Telescpica

Etapa de Radiofrecuencia:

La seal procedente de la antena una vez sintonizada se inyecta en la etapa amplificadora de

radiofrecuencia, denominada tambin seccin de RF.

Esta etapa es compuesta por los siguientes bloques:

Preselector o filtro de RF. Amplificador de radiofrecuencia.

Diagrama a bloques de la etapa de Radiofrecuencia.



Preselector o Filtro RF

Consiste en un filtro pasa-bandas de sintonizacin amplia con una frecuencia central ajustable, que se sintoniza a la frecuencia portadora deseada. Su propsito u objetivo principal es proporcionar suficiente limitacin inicial de bandas para evitar que una frecuencia especfica de radio no deseada, llamada frecuencia imagen, entre al receptor.

El preselector tambin reduce el ancho de banda de ruido del receptor y proporciona el paso inicial, para reducir el ancho de banda general del receptor al ancho de banda mnimo requerido para pasar las seales de informacin.

Esquema del preselector y oscilador local

Amplificador de RF

Determina la sensibilidad, es decir, coloca el umbral de la seal del receptor.

En ocasiones pareciera que el amplificador de RF no es esencial, sin embargo, se incluye para aumentar el nivel de la seal que se quiere que llegue al mezclador y a su vez realizar un primer filtrado centrado en la seal deseada. Adems, se encarga de adaptar la impedancia de la antena al mezclador.

Debido a que el amplificador de RF es el primer dispositivo activo (en el receptor superheterodino) que encuentra la seal recibida, es tambin el primer contribuyente de ruido a nuestro sistema y, por lo tanto, un factor predominante para determinar la figura de ruido para el receptor.

Un receptor puede tener uno o ms amplificadores de RF o puede no tener ninguno, todo depende de la sensibilidad que queramos que tenga nuestro receptor, es decir, mientras ms amplificadores de RFincluyan, mayor ser la sensibilidad del receptor.

Las ventajas de que el receptor incluya el amplificador RF son:

1. Mayor ganancia, por lo tanto mejor sensibilidad.

2. Mejor rechazo a la frecuencia imagen.



3. Mejor relacin de seal a ruido.

4. Mejor selectividad.

A continuacin, se profundiza en algunos conceptos importantes referentes a las caractersticas del amplificador

de RF.

Sensibilidad:

Es el nivel mnimo de seal de RF que puede detectarse en la entrada del receptor y producir una seal de informacin demodulada utilizable, es decir, con una relacin seal a ruido [S/N] aceptable. La sensibilidad del receptor se llama tambin umbral del receptor.

Generalmente, la relacin de seal a ruido y la potencia de la seal en la salida de la seleccin de audio se utilizan para determinar la calidad de una seal recibida y si se puede utilizar o no.

La seal transmitida puede tener un nivel de potencia variable, dicha variacin puede ir de [mW] a cientos de [kW] en la antena transmisora. Sin embargo, las prdidas en la trayectoria desde el transmisor hasta el receptor son tan grandes que la potencia de la seal recibida suele medirse en [dB], es decir, decibeles relativos a un femto-Watt:

fWdBfWP

1

Prlog10

WfW 15101

De donde: Pr es la potencia recibida.

Debido a que a menudo las seales recibidas son muy dbiles, el ruido que agrega el propio receptor puede ser un problema, esto se puede mejorar reduciendo la temperatura, el ancho de banda, o mejorando la figura de ruido del receptor, por lo que se necesita una gran cantidad de amplificacin para lograr una salida de potencia til que se expresa en trminos del voltaje o potencia en las terminales de la antena que se necesita para lograr una relacin seal a ruido especfica o algn equivalente ms fcil de medir.

La mejor forma de mejorar la sensibilidad de un receptor es reducir el nivel de ruido. Esto se puede lograr reduciendo la temperatura, el ancho de banda, o mejorando la figura de ruido del receptor.

Selectividad:

Se denomina selectividad a la capacidad de discriminar contra seales de interferencia, es decir, es la medida de la habilidad de un receptor para aceptar una banda de frecuencias determinada o requerida y rechazar las otras.

En cuanto al ruido existente en el receptor, existir ruido que entra con la seal, junto con seales de interferencia con frecuencias diferentes a la frecuencia de la seal deseada. Estos problemas de ruido se reducen al limitar el ancho de banda del receptor y el ancho de banda de la seal, incluyendo todas sus bandas laterales. Cuando la interferencia es severa, puede usarse un ancho de banda an ms pequeo en un receptor de AM, a expensas de reducir la respuesta a altas frecuencias en la seal moduladora original. Sin embargo, esto no es posible con FM.



Un claro ejemplo de esto, lo podemos observar en la banda comercial de radiodifusin de AM, ya que a cada transmisor de la estacin se le asigna un ancho de banda de 10 [kHz] (la portadora 5 [KHz]). Por lo tanto, para que un receptor seleccione solamente aquellas frecuencias asociadas a un solo canal, la entrada al demodulador tiene que estar limitada en banda deseada con filtros pasa-banda precisamente a 10 [kHz]. Si el filtro pasa-banda del receptor es mayor que 10 [kHz], se puede recibir ms de un canal y demodular simultneamente. Por otro lado si el filtro pasa-banda del receptor es menor de 10 [kHz], una porcin de la informacin de la fuente se rechaza o se bloquea desde la entrada al demodulador y, por consecuencia, se pierde.

La selectividad se define como la medida de la extensin que un receptor es capaz de diferenciar entre las seales de informacin deseada y las perturbaciones o seales de informacin en otras frecuencias. Puede expresarse cuantitativamente como el ancho de banda y la relacin del ancho de banda del receptor en algn factor de atenuacin predeterminado (comnmente -60 [dB]) al ancho de banda en los puntos de -3 o -6 [dB] (media potencia) Esta relacin frecuentemente se llama el factor de figura (SF) y se determina por el nmero de polos y los factores Q de los filtros de entrada del receptor. El factor de figura define la forma de la ganancia contra el trazo de frecuencia para un filtro y se expresa matemticamente como:

)3(

)60(

dBB

dBBSF

Donde:

SF: Factor de Forma.

B(-60dB): Ancho de banda a 60 [dB] debajo del valor mximo.

B(-3dB): Ancho de banda a 3 [dB] debajo del valor mximo.

Para una filtracin perfecta, el factor de atenuacin es infinito y el ancho de banda en las frecuencias de -3 dB es igual al ancho de banda en las frecuencias de -60 dB. Por lo tanto, el factor de figura es unitario. La selectividad frecuentemente se da en porcentaje y se expresa de la siguiente manera:

Etapa de Frecuencia Intermedia

Etapa de Frecuencia Intermedia



En las comunicaciones y la ingeniera electrnica, una frecuencia intermedia es una frecuencia a la que una frecuencia portadora se desplaza como un paso intermedio en la transmisin o la recepcin. La frecuencia intermedia se crea mediante la mezcla de la seal portadora con una seal de oscilador local en un proceso llamado heterodino, lo que resulta en una seal en la diferencia o la frecuencia de batido. Las frecuencias intermedias se utilizan en los receptores de radio superheterodino, en el que una seal de entrada se desplaza para la amplificacin antes de la deteccin final.

La razn principal para usar una frecuencia intermedia es mejorar la selectividad de frecuencia. En circuitos de comunicacin, es muy comn filtrar las seales o componentes de una seal que estn cerca juntos en frecuencia. Algunos ejemplos son: recogiendo una emisora de radio entre los varios que estn cerca de la frecuencia o la extraccin de la subportadora de crominancia de una seal de TV.

Con todas las tcnicas de filtrado, el ancho de banda del filtro aumenta proporcionalmente con la frecuencia. Por lo tanto un ancho de banda ms estrecho y ms selectividad se puede lograr mediante la conversin de la seal a un menor frecuencia intermedia y realizar el filtrado a esa frecuencia.

Las frecuencias intermedias ms utilizadas para los receptores de radiodifusin son alrededor de 455 kHz de receptores de AM y 10.7 MHz para los receptores de FM. En los receptores de propsito especial se pueden utilizar otras frecuencias. Un receptor de doble conversin puede tener dos frecuencias intermedias, una superior para mejorar el rechazo de imagen y una segunda, inferior, para la selectividad deseada. Una primera frecuencia intermedia puede ser ms alta que la seal de entrada, de modo que todas las respuestas indeseadas se pueden filtrar fcilmente a cabo por una etapa de RF. La frecuencia intermedia tiende a ser de frecuencias ms bajas en comparacin con la frecuencia de RF transmitida. Sin embargo, las opciones para la seal de entrada son ms dependientes de los componentes disponibles como mezclador, filtros, amplificadores y otros que pueden operar a una frecuencia ms baja.

En el receptor superheterodino, las seales recibidas en el circuito de la antena son transformadas en otra seal de frecuencia intermedia en la etapa conversora o mezcladora, que junto con la etapa amplificadora de frecuencia intermedia constituyen la esencia de este tipo de receptores.

Etapa Mezcladora

Se llama mezclador o conversor de frecuencias a un circuito que desplaza el espectro a otro valor de frecuencia. Si la nueva posicin es superior se ha realizado una elevacin de frecuencia, si es inferior, una disminucin en frecuencia.

Desplazamiento de frecuencia

El mezclador se compone de un multiplicador al que llega la seal paso-banda y un tono proveniente del oscilador local.

La salida se conecta a un filtro paso-banda que selecciona el espectro deseado. La figura de la derecha hace referencia a lo mencionado para mejor comprensin.



La frecuencia de salida depende de la posicin del filtro y del valor del oscilador local. El espectro desplazado a

Rff 0 siempre produce un aumento de frecuencia, el trmino centrado en Rff 0 puede producir un aumento

o disminucin de frecuencia. El ancho de banda del filtro debe ser al menos el mismo que el de la seal paso-

banda y suficientemente pequeo para que rechace el espectro no deseado. En este caso se ha supuesto

Rff 0 .

Espectro de salida del mezclador

Los mezcladores de frecuencia son circuitos muy usados en sistemas de comunicaciones por su facultad de desplazar el espectro a una determinada posicin. Este circuito es parte fundamental del receptor superheterodino.

En esta etapa, se superponen las ondas captadas por la antena con las producidas por el oscilador local. Tal oscilador debe generar una frecuencia variable de manera que la diferencia entre la frecuencia de la estacin sintonizada y la generada por el oscilador local adquiera un valor constante e igual a la frecuencia intermedia del receptor a la que estn ajustadas las siguientes etapas amplificadoras.

La seal que se pretende sintonizar queda convertida, cualquiera que sea su frecuencia, en otra seal de frecuencia ms baja y siempre constante, denominada frecuencia intermedia. Esta seal est modulada de la misma forma que la seal de entrada y se amplifica convenientemente en un amplificador denominado de frecuencia intermedia, que est formado por varios pasos sintonizados entre s , y posteriormente se detecta.

Debido a que el amplificador de frecuencia intermedia tiene los distintos pasos ajustados a una nica frecuencia, no existen los inconvenientes del receptor de radiofrecuencia sintonizada, ya que precisan un nico ajuste o alineacin y adems desaparecen los problemas derivados de la inestabilidad de los circuitos debido a que la frecuencia intermedia es de valor inferior a las correspondientes frecuencias de radiodifusin.

La frecuencia resultante de ambas o frecuencia intermedia es siempre constante. Ello exige un ajuste de los circuitos del receptor de forma que la frecuencia generada por el oscilador local vare de acuerdo con la frecuencia de la estacin sintonizada, de manera que la suma o la diferencia entre ellas tenga siempre el mismo valor. Por razones de ndole prctico derivadas del diseo y estabilidad de los circuitos, se emplea como frecuencia intermedia solamente la diferencia de frecuencias como frecuencia intermedia.

Del anlisis de los esquemas de los primitivos receptores superheterodinos, se comprueba que stos pertenecen a la primera categora, es decir, tienen frecuencias intermedias bajas, por ser los que ms claramente muestran las ventajas de este tipo de circuitos.

Los valores de frecuencia intermedia ms generalizados son prximos a 456, 460, 465, 468, 473 y slo en casos especiales hasta 485 KHz, pues es necesario considerar que los receptores superheterodinos son intiles para la recepcin de seales cuya frecuencia est comprendida dentro de una pequea banda de frecuencias, a uno y otro lado del valor de la frecuencia intermedia, razn por la cual, una vez generalizada su utilizacin, las bandas de ondas reservadas a la radiodifusin sonora se ajustaron con el fin de evitar tal fenmeno.



Los receptores superheterodinos pueden tener ms de una etapa de frecuencia intermedia, aunque los receptores ms usuales slo tienen uno, pudiendo llegar a tener dos o tres (conocidos como de doble o triple conversin segn sea el caso), especialmente aquellos que cubren las gamas de onda corta, media y larga en los que se deseaba obtener el mximo rendimiento en cada una de las bandas. En todos ellos, la frecuencia intermedia en cada uno de ellos se va reduciendo gradualmente con respecto a la recibida previamente, con el fin de obtener las mximas ventajas del cambio de frecuencia.

La idea bsica del receptor superheterodino es desplazar la estacin deseada a una frecuencia ms baja. Este desplazamiento a otra frecuencia ms baja se realiza con un mezclador. Desplazado el espectro a la frecuencia intermedia se pasa por un amplificador fijo sintonizado a esta frecuencia de forma que solo deje pasar la estacin deseada. El ancho de banda de un amplificador de frecuencia intermedia tiene que ser suficiente para permitir el paso de la seal de AM producida por los transmisores comunes de AM. Una vez que se tenga la estacin deseada a la frecuencia intermedia se realiza la demodulacin de la seal, que en el caso de AM de radiodifusin ser un detector de envolvente. Si se desea recibir otra estacin es suficiente con poner en el oscilador local la frecuencia apropiada que desplace el espectro deseado a la frecuencia intermedia. De esta forma la frecuencia del oscilador local debe ser variable para permitir sintonizar diferentes estaciones, pero es ms fcil construir un oscilador variable que un amplificador variable.

Etapa de deteccin y audiofrecuencia:

La funcin de la deteccin es regresar las seales de frecuencia intermedia (FI) a la forma en que se expres la informacin original, esto es: extraer la envolvente de modulacin que contiene la frecuencia seleccionada y a la salida entregar la seal de audio de bajo nivel.

Es conocido como detector de audio, o segundo detector en receptores en banda de emisin esto es debido a que las seales de informacin tienen frecuencias de audio. Esta seccin amplifica la seal dbil de audiofrecuencia proveniente del detector y la entrega en un circuito de salida como potencia. Este detector puede tener diversas formas de implementacin, desde las ms sencillas como es un diodo, tan complejo como un lazo de fase cerrada o un demodulador balanceado.

La principal diferencia entre la deteccin de las seales de AM y FM es que en AM la seal moduladora va con la portadora en forma de variaciones de amplitud. Sin embargo el ruido introducido en el sistema interfiere con la seal y produce cambios en la amplitud de la envolvente. Esto quiere decir que el ruido no se puede eliminar de la onda de AM sin eliminar informacin de nuestro inters.

Mientras que en la modulacin en FM se imprime en la portador en la forma de frecuencia o fase, las variaciones de amplitud causadas por el ruido pueden eliminarse de la forma de onda compuesta simplemente utilizando un limitador.

Por lo tanto, con los receptores de modulacin angular picos de la envolvente antes de la deteccin. Con la modulacin angular, se logra una mejora en la relacin seal a ruido durante el proceso de demodulacin; por lo tanto, el funcionamiento del sistema, en presencia de ruido, se puede mejorar a limitarlo. Esencialmente, esta es la ventaja principal de la modulacin angular sobre la AM convencional.

Receptores de AM

Un receptor de AM convierte una onda de amplitud modulada a la fuente original de informacin es decir, demodula la onda de AM. En este proceso, la portadora y la porcin de la envolvente que lleva la informacin (o las bandas laterales) se trasladan del espectro de radiofrecuencia a la fuente original de informacin (Banda Base).

Un receptor debe ser capaz de recibir, amplificar, y demodular una seal de RF. Tambin, debe ser capaz de limitar las bandas del espectro total de radiofrecuencias a una banda especfica de frecuencias. En muchas aplicaciones, el receptor debe ser capaz de cambiar el rango (banda) de frecuencia que es capaz de recibir. A este proceso se llama sintonizar el receptor.



Una vez que una seal de RF se recibe, se amplifica y se limitan las bandas, posteriormente, deber convertirse a la fuente original de informacin (banda base). A este proceso se le llama demodulacin. Y una vez demodulada, la informacin podra requerir de mayor limitacin de las bandas y una amplificacin, antes de considerarse lista para usar.

Receptor de AM

La seccin de RF es la primera etapa y sus funciones son:

detectar la seal

limitar las bandas

amplificar las seales de RF recibidas

En esencia, la seccin de RF establece el umbral del receptor que es el nivel mnimo para la seal de RF que el receptor puede detectar y demodular a una seal de informacin til. La seccin de RF abarca uno o ms de los siguientes circuitos: antena, red de acoplamiento de la antena, filtro (preselector), y uno o ms amplificadores de RF.

La seccin de mezclador/convertidor reduce las frecuencias de RF recibidas a frecuencias intermedias (IF o FI).

La seccin de IF generalmente incluye varios amplificadores en cascada y los filtros pasa-bandas y sus funciones principales son la amplificacin y selectividad.

El detector de AM demodula la onda de AM y recupera la informacin de la fuente original. Y por ltimo, la seccin de audio simplemente amplifica la informacin recuperada a un nivel utilizable.

Hay dos tipos bsicos de receptores de AM: coherentes o sncrono y no coherentes y se explican ms detalladamente a continuacin.

Detector coherente o sncrono: En este proceso, la seal modulada en amplitud se mezcla con una seal portadora coherente y el resultado pasa luego por un filtro pasa bajas que suministra la seal demodulada deseada.

Esquema de bloques del detector AM sncrono



La seal modulada se puede expresar con la siguiente relacin:

)2sen()( fttVtV mM

Donde: ftmAtVm 2sen1)( es la amplitud de la envolvente de la seal de AM y f

es la

frecuencia de la portadora. Si la seal de AM se multiplica por una seal no modulada de la misma frecuencia y la misma fase, la salida del multiplicador es una seal compuesta:

ftaVktV

fttVftAtV

m

mc

22cos

2sen2sen)(

00

0

En donde 0k

es la ganancia del circuito multiplicador.

Haciendo pasar la seal tV0 por el filtro paso bajas para eliminar la componente de frecuencia 2 f ,

la seal de salida ser:

tVkV mout 0

Que corresponde a la seal de AM detectada.

Detector no coherente: La extraccin de la seal moduladora de una seal de AM se efecta fcilmente mediante el empleo de un detector de envolvente. Considrese la seal de AM que se muestra en la figura 7.3 y observar que la seal moduladora constituye la envolvente de la forma de onda representada.

El detector de envolvente ms utilizado est constituido por un diodo seguido por un filtro de RC (figura 7.3). Su funcionamiento es anlogo a un rectificador de media onda, ya que la tensin de salida sigue los valores mximos de la portadora. Siendo la amplitud de la portadora variable, eligiendo oportunamente R y C, la salida del detector podr reproducir exactamente dichas variaciones.

Seal de AM y circuito detector de envolvente.



Receptores de FM

En los receptores de FM los demoduladores son circuitos dependientes de la frecuencia, llamados

comnmente discriminadores de frecuencia, son diseados para producir un voltaje de salida proporcional a la

frecuencia instantnea en su entrada. La funcin de transferencia presenta un comportamiento no lineal, sin

embargo cuando trabajamos en su comportamiento lnea se observa como:

Donde: es la funcin de transferencia.

La salida de un demodulador de FM se expresa:

Donde: es la seal demodulada de salida (volts)

es la funcin de transferencia del demodulador (volts por hetz).

es la diferencia en Hertz de la frecuencia de entrada y la frecuencia central del demodulador.

Los circuitos ms utilizados para demodular las seales de FM son: el detector de pendiente, discriminador de

Foster-Seeley, el detector de relacin, el demodulador de PLL y el detector de cuadratura.

Detector de pendiente.

Detector de pendiente y curva de voltaje vs. Frecuencia.

Un mtodo es el del discriminador de frecuencia de circuito sintonizado que convierte FM a AM y despus se

demodula la envolvente con un detector de picos.

El detector de pendiente tiene mayor caractersticas de voltaje contra frecuencias no lineales es por eso que se

usa raramente.



Detector de pendiente balanceada.

Detector de pendiente balanceada y curva de voltaje vs. Frecuencia.

El detector de pendiente balanceado es simplemente dos detectores de pendiente unilaterales conectados en

paralelo y alimentados 180 fuera de fase. Estos detectores remueven la informacin de la envolvente. Y el

circuito se sintoniza a una frecuencia por arriba de frecuencia central.

El detector de pendiente es el detector de FM ms sencillo, tiene varias desventajas, las cuales incluyen una

mala funcin lineal, dificultad para sintonizar y limitar

Detector de relacin.

Detector de relacin.

El detector de relacin tiene una ventaja sobre los dems detectores y esta es que para la demodulacin de FM,

el detector es casi inmune a las variaciones de amplitud en su seal de entrada.



Demodulador de frecuencias de PLL.

Demodulador de frecuencias de PLL

Un demodulador de frecuencias de PLL compensa automticamente los cambios de frecuencia de la portadora

debido a un oscilador. Esto es gracias al comparador de fase donde podemos observar la frecuencia que entra al

circuito y detecta si hay un cambio proporcional a la desviacin de fase.

Demodulador de FM en cuadratura.

Demodulador de FM en cuadratura.

Un demodulador de FM en cuadratura extrae la seal multiplicando dos seales en cuadratura. Este detector

utiliza un desplazador de fase de 90 y detector de productor.

El receptor superheterodino durante la demodulacin procesa las seales recibidas a dos o ms traslaciones de

frecuencia: el primer paso es que la seal de RF se convierte a FI, despus la FI es convertida la informacin

original. El concepto de RF y FI vara dependiendo de la banda de emisin que se utilice, por ejemplo en la

banda comercial de AM el rango de FI tiene frecuencias de 450 a 460 KHz mientras que en los receptores de FM

se utilizan hasta FI de 10.7 MHz.



Etapa de audiofrecuencia.

La seccin de detector tiene el propsito de convertir nuevamente las seales de IF a la informacin de la fuente original. El detector se llama generalmente detector de audio o el segundo detector en un receptor de banda de radiodifusin debido a que las seales de informacin son audiofrecuencias. El detector puede ser tan simple como un solo diodo o tan complejo como un circuito de fase cerrada o un demodulador balanceado.

La seccin audio abarca varios amplificadores de audio en cascada, y una o ms bocinas. El nmero de amplificadores que se utilizan depende de la potencia deseada para la seal de audio.

Diagrama de bloques de la seccin de audio

En este caso se puede ver como la seal, despus de pasar por la seccin de frecuencia intermedia pasa a travs de la seccin de deteccin y despus a la de amplificacin de audio, donde se reciben las audiofrecuencias que finalmente pasarn a la bocina.

Un diagrama ms completo tambin puede incluir un control automtico de ganancia, como se ve a continuacin:

Control Automtico de Ganancia



Podemos ver as que la seccin de audio se compone de varios elementos que se enfocan a controlar el volumen y la intensidad con la que la seal llega a la bocina.

El receptor superheterodino puede tener una sensibilidad muy alta debido a la enorme amplificacin que proveen las tres etapas amplificadoras de FI y el amplificador de antena. Esto significa que se podrn escuchar emisoras muy lejanas o de poca potencia pero tambin significa que las emisoras cercanas pueden saturar a los amplificadores de FI y la radio funcionara con distorsin.

Para evitar este problema se utiliza una etapa llamada Control Automtico de Ganancia o sus iniciales CAG; en ingles se indica como AGC (Automatic Ganance Control). Esta etapa basa su funcionamiento en la tensin continua que detecta el diodo detector, que se utiliza rectificando el semiciclo negativo. Es decir que a mayor ingreso de seal por la antena le corresponde una tensin continua negativa rectificada mayor.

La polarizacin de los transistores amplificadores de FI se realiza de modo que esta tensin continua sea participe de la misma, esto significa que cuando ingresa una seal intensa la polarizacin de los transistores es baja y las etapas de FI amplifican muy poco. Por lo contrario cuando se genera poca tensin negativa los amplificadores de FI funcionan a plena ganancia.



TEMA III.- PROCESAMIENTOS DE LA SEAL DE AUDIO

PRE-NFASIS Y DE-NFASIS

El nfasis en telecomunicaciones es la alteracin intencionada de las caractersticas de amplitud contra frecuencia de la seal para reducir los efectos adversos de ruido en un sistema de comunicaciones.

Todo el sistema de pre-nfasis y de-nfasis se llama nfasis.

Los componentes de una seal de alta frecuencia se enfatizan para producir un ndice de modulacin ms parecido al espectro de frecuencias transmitido, y por lo tanto una mejor relacin seal-ruido para toda la gama de frecuencias.

El nfasis se utiliza comnmente en los discos LP y la radiodifusin FM.

En el procesamiento de seales de audio por medios electrnicos, el pre-nfasis se refiere a un proceso del sistema diseado para aumentar la magnitud de algunas frecuencias con respecto a la magnitud de otras con el fin de mejorar la relacin seal a ruido en general, reduciendo al mnimo los efectos adversos de fenmenos tales como la atenuacin, la distorsin o la saturacin de los medios de grabacin en las partes posteriores del sistema. La operacin inversa al pre-nfasis se llama de-nfasis, y el sistema en su conjunto se llama nfasis.

El pre-nfasis se consigue con una red que es esencialmente un filtro de calibrado. La respuesta en frecuencia es decidida por constantes de tiempo especiales. La frecuencia de corte se puede calcular a partir de ese valor.

Esta tcnica es muy comn en las telecomunicaciones, la grabacin de audio digital, los registros de corte, en las transmisiones de radiodifusin de FM, y en la visualizacin de los espectrogramas de las seales de voz.

En FM la densidad espectral de ruido aumenta en funcin del cuadrado de la distancia, esto es, a razn de 20dB/octava, a diferencia de AM donde la densidad espectral es constante. En el espectro de la seal modulada en FM, la mayor parte de la energa est en las componentes de baja frecuencia alrededor de la frecuencia central, de modo que las componentes de alta frecuencia de la seal, de menor amplitud, se ven ms afectadas por el ruido.

La figura de la izquierda muestra la respuesta de prenfasis correspondiente a un filtro paso alto, mientras que la de de-

nfasis a la de un paso bajo.

Filtro pasa altas y pasa bajas.



Para corregir esto, la seal en banda base se pre-distorsiona, aumentando la amplitud de las componentes de alta frecuencia, mediante los circuitos de prenfasis en el transmisor, que acentan las altas frecuencias y de de-enfasis que las restauran a su forma original en el receptor. En la transmisin digital de alta velocidad, el pre-nfasis se utiliza para mejorar la calidad de la seal en la salida de una transmisin de datos. En este tipo de transmisin el medio de transmisin puede introducir distorsiones, de forma que el pre-nfasis se utiliza para distorsionar la seal transmitida y as corregir esta distorsin. Cuando se hace correctamente esto produce una seal recibida que se asemeja ms a la seal original o deseada, lo que permite el uso de frecuencias ms altas o la produccin de un menor nmero de errores de bit. El dispositivo de prenfasis lo constituyen una red sencilla que amplifica ms los componentes de alta frecuencia que los de baja frecuencia. El circuito es un filtro paso altas con una constante de tiempo dada por:

t= R1*C

Circuito filtro paso altas que permite el prenfasis de manera aceptable.

En la transmisin de datos en serie, el de-nfasis tiene un significado diferente, ya que ste se utiliza para reducir el nivel de todos los bits excepto del primero despus de una transicin. Eso hace que el contenido de alta frecuencia debido a la transicin sea enfatizado en comparacin con el contenido de baja frecuencia que se desenfatiza. Esta es una forma de ecualizacin de transmisor; que compensa las prdidas a travs del canal que son mayores en las frecuencias ms altas. Existen varios estndares de datos seriales bien conocidos tales como PCI Express, SATA y SAS quienes requieren seales transmitidas utilizando el de-nfasis.

Seal

de

audio



Dolby:

Dolby es el apellido de un ilustre personaje: Ray M. Dolby. Nacido en 1933 en Portland, (Oregn) quien crece y se desarrolla en la prspera ciudad de Redwood, California. En 1949, tras haber terminado su preparatoria y an sin una titulacin superior comienza a trabajar durante los veranos en AMPEX. En este momento Dolby se pone en contacto con sus primeros equipos profesionales de audio, y especialmente con los magnetofones, y es a este personaje a quien se le agradece la creacin del Dolby NR, que es el nombre dado a una serie de sistemas de reduccin de ruido desarrollado por Dolby Laboratories para uso en la cinta de grabacin magntica analgica.

Justo en 1965 se presenta en pblico la empresa Dolby Laboratorios y su primer producto: el Dolby A. Una circuitera especfica para la reduccin de ruido de tipo complementario destinado slo al mercado profesional y cuya filosofa es la compresin-expansin multibanda.

Con la llegada del Dolby A vuelve a cambiar el mundo sonoro. Tenemos mucho menos ruido de fondo en cada pista, unos 10 dB, y hasta 15dB en los materiales sonoros cercanos a 15 KHz. Realmente se nota la mejora de reduccin de ruido.

En los 60 la industria discogrfica enloquece con los formatos porttiles de sonido: el tape cartridge y el compact casete. S, primero fue el cartucho de cuatro pistas reversible con cinta de de pulgada, (como la de los magnetfonos), nacido en EEUU de la mano de RCA en 1958; y luego, el mucho ms extendido casete reversible con cinta de 1/8 pulgada inventado en Alemania en 1964.

Coches, camiones, autocaravanas, radiocasetes porttiles con pilas; nuestra msica preferida se hace ubicua. Hasta las emisoras de radio FM tienen ya reproductores/grabadores (Sony, Nakamichi, Revox, Tandberg, Denon, etc.), en sus estudios para escuchar o grabar las canciones de los grupos musicales del momento.

Pues bien, para este masivo mercado, en 1968, se introduce el reductor de ruido Dolby B. El invento consista en una versin reducida de su hermano mayor Dolby A que en vez de partir la banda de audio en cuatro partes,



este sistema domstico lo hace en toda la banda de frecuencias audibles. Cabe recordar que al ser un sistema complementario un casete grabado con Dolby B y reproducido sin l sonar mucho ms brillante y con ms soplido por la falta de esa compresin y reecualizacin posterior. El reductor ms conocido, Dolby B, fue un sistema de banda deslizante para el mercado de consumo, lo que ayud a que la alta fidelidad sobre las cintas de casete, y es comn en estreos y grabadoras de cinta hasta la actualidad. De los sistemas de reduccin de ruido, Dolby y Dolby SR se han desarrollado para uso profesional. Dolby B, C, y, S fueron diseados para el mercado de consumo. Aparte de Dolby HX, todas las variantes Dolby trabajan por expansin, o la compresin de la gama dinmica del sonido durante la grabacin y la ampliacin durante la reproduccin.

Dolby es una forma de reduccin de ruido por medio de pre-nfasis dinmicas empleadas durante la grabacin, adems de una forma de de-nfasis dinmicos utilizados durante la reproduccin, que trabajan en conjunto para mejorar la relacin seal a ruido. Mientras Dolby opera a travs de todo el espectro, los otros sistemas se enfatizan especficamente en la gama de frecuencias audibles donde el fondo de la cinta contiene un silbido, un efecto en el proceso de grabacin que es similar al ruido blanco.

El pre-nfasis en Dolby aumenta el nivel grabado de la seal de audio que es ms bajo en las frecuencias ms altas durante la grabacin, comprimiendo as con eficacia el rango dinmico de la porcin de la seal, de modo que los sonidos ms suaves por encima de 1 kHz reciben un impulso proporcionalmente mayor. La amplitud relativa de la seal por encima de 1 kHz se utiliza para determinar la cantidad de pre-nfasis que se aplicar - una seal de bajo nivel es impulsada por 10 dB o 20 dB. A medida que la seal se eleva en amplitud, menos pre-nfasis se aplica.

El sonido se graba en un nivel general ms alto en la cinta con respecto al nivel de ruido general de la cinta, lo que requiere la formulacin de cinta para preservar esta seal especialmente grabada sin distorsin. En la reproduccin, se aplica el proceso opuesto, sobre la base de la componente de seal relativa por encima de 1 kHz. As como esta porcin de la seal disminuye en amplitud, las frecuencias ms altas son progresivamente ms fuertemente atenuadas, tambin se filtra el ruido de fondo constante en la cinta cuando y donde sera ms notable. Los dos procesos estn destinados a anularse entre s en lo que se refiere al programa de grabacin real. El de-nfasis se aplica a la seal de entrada y el ruido durante la reproduccin. Despus de que la reproduccin de nfasis se ha completado, el aparente ruido en la seal de salida se reduce, y este proceso no debe producir ningn efecto perceptible para el oyente. La reproduccin sin reduccin de ruido produce un sonido notablemente ms brillante, sin embargo.

Dolby tipo B: El Dolby tipo B fue desarrollado como una simplificacin del tipo A utilizando una sola banda. Proporciona una reduccin de ruidos de 10 dB en frecuencias superiores a 1 kHz. Se utiliz principalmente en los casetes, donde desde mediados de los aos 70 se convirti en un estndar para las grabaciones comerciales en este formato. Al ser ms simple que el tipo A, tambin es ms sencillo de implementar en productos para el consumidor final. Las grabaciones Dolby tipo B suenan aceptables cuando se reproducen en equipos que no poseen un descodificador adecuado (como por ejemplo los reproductores ms baratos). La reduccin de ruidos tipo B es menos efectiva que la tipo A.

Diagrama Dolby tipo B



Funcionamiento:

La seal de audio debe ser regulada en su nivel para que el proceso sea efectivo. Se descompone en dos bandas, la baja hasta los 2 kHz y la alta. La parte baja se emplea como referencia de nivel, y la alta se comprime en un margen de 10 dB alrededor del nivel de referencia de unos +3 dB, con lo que la seal se hace artificialmente ms fuerte pero dentro un nivel limitado. En el proceso de decodificacin se restaura la gama dinmica de la alta frecuencia, en especial entre los 3,5 kHz y los 13 kHz, logrando mejorar la relacin seal-ruido en unos 8 dB. Se hace as debido a que la mayor parte del ruido se produce justo en esta banda y, sobre todo, en los casetes de audio compactos y en las transmisiones de frecuencia modulada.

En Europa, la constante de tiempo del pre-nfasis es de 50s, mientras que en Amrica es de 75s.

Dolby FM:

En los comienzos de los aos 1970, algunos esperaban Dolby NR para ser normal en las emisiones de radio FM y algunos sintonizadores y amplificadores fueron fabricados con circuitos de decodificacin. En 1971 WFMT comenz a transmitir programas con Dolby NR, y pronto unas 17 estaciones transmitieron con reduccin de ruido, pero para 1974 ya estaba en declive. Dolby FM se basa en Dolby B, pero utiliza una versin modificada con 20 s en el tiempo de pre-nfasis constante y un acuerdo-expansin selectivo de frecuencia para reducir el ruido.

Como se mencion Dolby FM usaba un Dolby tipo B combinado con un prenfasis de 20 microsegundos. Este sistema fue integrado en un pequeo nmero de receptores y usado por unas cuantas emisoras a finales de los aos 1970 y principios de los 1980, estando actualmente en desuso.

Un sistema similar llamado High Com FM se puso a prueba en Alemania entre julio 1979 y diciembre de 1981 por el IRT. Se basa en el Sistema expansor de banda ancha de Telefunken Com, pero nunca se introdujo comercialmente en la radiodifusin de FM.

LA RADIODIFUSIN SONORA FM ESTEREO

Las emisiones estereofnicas a travs del espacio, mediante ondas de alta frecuencia, constituyen desde hace tiempo algo normal dentro de las emisiones de radio comerciales que se transmiten en modulacin de frecuencia FM: 88 a 108 MHz. La totalidad de receptores de FM de cierta calidad incorporan los circuitos de decodificacin necesarios para la audicin de este tipo de emisiones, que adquieren caractersticas de alta fidelidad, ya que pueden cumplir perfectamente las normas que rigen y controlan los mnimos exigibles de calidad en la HI-FI.

Por otra parte, las emisiones de radio con modulacin en estreo, cumplen con las normas de compatibilidad, que permiten ser odas a travs de un receptor mono. De manera recproca, un receptor estreo, puede captar igualmente cualquier emisin, tanto estreo como monoaural.

La ltima novedad, en cuanto al sonido estreo, es la incorporacin del mismo a la TV. Los televisores estreo permiten la decodificacin del sonido transmitido en estereofona o la posibilidad de "bicanal" o doble canal de sonido.

Aunque estas dos posibilidades estn todava limitadas por la escasa cobertura en estreo de los cana

Investigacion 1 2014-1

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