Radio. Transmisores

Una transmisión radioeléctrica es el envío de información (datos, audio, imagen…) de un punto a otro. La información viaja en forma de ondas electromagnéticas (EM). En radio, el aparato que realizar la transmisión se denomina transmisor. No obstante, muchos aparatos cumplen ambas funciones (emisión y transmisión) y por eso se llaman transceptores.

El transmisor produce, en primer lugar, la señal portadora, la modula con una segunda señal que lleva la información, amplifica la señal modulada y la filtra antes de enviarla a la antena.

1. Tipos de transmisores

Hay diferentes maneras de clasificar los transmisores. Por la forma de generación de radiofrecuencias (RF), por la gama de frecuencias que usan (LF, HF, VHF, UHF, SHF…) o por los modos de transmisión (CW, AM, SSB, FM, Modos digitales…). Aquí los clasificadores según cómo forman las radiofrecuencias, es decir, si hay conversión de frecuencia o no.

1.1. Homodinos (Oscilación directa)

Es el tipo de transmisor más sencillo. Consta sólo de una etapa osciladora acoplada a la antena, es decir, que la señal modulada se genera directamente en la frecuencia de emisión final. Si se interrumpe su alimentación podemos usarla para trabajar con CW. Si añadimos un modulador, podemos trabajar en AM. En CW se pueden producir los llamados chirpy (transmisión gorgojeante) que requieren añadir una etapa adición separadora-amplificadora. Como vemos, es un sistema simple, aunque tiene el inconveniente que cuenta con poca flexibilidad para cambiar las frecuencias.

1.2 Heterodinos

Aquí lo que se hace es añadir un segundo oscilador. Es decir, tenemos un oscilador fijo y a éste se le añade un oscilador de frecuencia variable (OFV). El resultado es una señal mezcla de las dos. Si a esto añadimos un conmutador, podemos hacer uso de diferentes osciladores fijos para trabajar con diferentes frecuencias. Esto nos permite superar la barrera del homodino y trabajar en distintas bandas. Para comprender cómo funciona este paso y cómo se trabaja con la frecuencia intermedia (FI), podemos retomar la lactura de los emisores.

2. Diagramas de bloques

La siguiente imagen muestra el esquema general (diagramas) de cuatro tipos de emisores.

3. Operación y función de las etapas

Osciladores. Los transmisores pueden tener uno o varios. Su función es igual que en los receptores. Lo que hacen es producir una señal de RF pura y estable. Pueden ser fijos o variables (VFO) que pueden transmitir en diferentes frecuencias. También se pueden clasificar según el material que están hechos pues los hay de cuarzo debido a sus propiedades.

Mezclador. También puede tener uno o varios. Sirve para combinar (mezclar) dos señales de diferente frecuencia para obtener una nueva señal que bien puede ser el resultado de la suma o la diferencia. Para su optimización, se suele trabajar con mezclas a bajo nivel, de manera previa a los amplificadores.

Excitador (driver). Es un amplificador (aunque hay otros tipos de excitadores más complejos). Su misión es amplificar la señal que sale del mezclador hasta un punto suficiente como para excitar el amplificador de salida. El problema es que suelen haber osciladores parásitas que tienden a modular la señal. Por eso se hace necesario el uso de filtros pasa banda para eliminar armónicos no deseados.

Multiplicador de frecuencia. A veces se usan. Es un tipo muy especial de amplificador de tipo C. Lo que hacen es precisamente eso, multiplicar la frecuencia en factores que pueden llegar a incluso 10. No obstante, a partir de 2 o 3, la potencia de salida se reduce drásticamente. Tenemos aquí el multiplicador de terminación única (con rendimientos menores al 50%), el doblador asimétrico paralelo (push-push) y el triplicador a contrafase. Este último es de gran pureza espectral.

Amplificador de potencia. Aumenta la potencia de la señal RF hasta el nivel deseado. Es la etapa de salida de un transmisor. Se pueden clasificar de varias maneras: según el nivel de potencia, la frecuencia a la que trabajan, según el tipo de componente activo o la clase de funcionamiento (A, B, AB, C). Los componentes activos suelen ser los transistores debido a su tamaño, la sencillez de las fuentes de alimentación, pero especialmente porque trabajan en circuitos de banda ancha y baja impedancia. En cuanto al tipo, para AM/SSB, se recomiendan los tipo AB. En CW y FM, los de tipo C.

Filtro de salida (PI). Tienen un brazo en serie y dos en paralelo. Suelen constar de una bobina con dos condensadores. Por una parte, su función es eliminar las frecuencias no deseadas generadas durante la amplificación. Ahora bien, también sirven para adaptar la salida del amplificador final a la impedancia de la línea de transmisión que va hacia la antena. Los acopladores de antena suelen tener este tipo de filtros de salida.

Modulador SSB. Es la modulación que se usa en la banda lateral única. La generación de la señal se suele hacer mediante un modulador, un filtro o ambos. En los aparatos modernos se puede general la señal de banda lateral directamente (síntesi directa) sin necesidad de realizar este proceso de supresión de la portadora para eliminar una de las bandas.

El sistema de rotación de fase ya no es tan común. La señal de micrófono era amplificada y pasaba posteriormente por una red de desfase de audio. Aquí se divide en dos componentes desfasados en 90 grados (banda laterial superior e inferio). Lo mismo ocurre con la portadora. Ambas señales se aplicaban sobre dos mezcladores, de tal manera que una banda se reforzaba y la otra se eliminaba.

El sistema de filtro, lo que hacía era seleccionar componentes de una banda base mediante un filtro de paso de banda. Se podían emplear varios filtros para recudir la portadora. A la salida tenemos dos bandas laterales. Una se elimina al pasar por un filtro de paso de banda. Este proceso suele ser denominado filtro de cristal porque se usaba un oscilador de cristal con dos cristales, uno conmutado para cada banda.

Modulación de frecuencia. Usado para FM. Aquí varía la frecuencia de la portadora en función de la señal de audio generada. Se emplean osciladores controlados por un PLL. En los equipos RF, la variación no es superior a los 12 kHz. El modo autorizado es el NBFM (Narrow Band Frequency Modulation).

Modulación de fase. Aquí la portadora puede ser modulada en su fase (en lugar de su frecuencia o amplitud). La PM a veces se integra nominalmente dentro de las FM porque ambos son sistemas de modulación angular, en ambos se generan desviaciones de frecuencia.

Filtros de cristal. Pueden haber 1 o más filtros, aunque también los hay mecánicos y digitales. Los cristales de cuarzo se suelen usar, como ya dijimos, porque tienen una selectividad muy alta. Se suelen emplear en receptores para filtrar señales FI. En transmisores SSB son útiles para suprimir una de las bandas laterales.

4. Características de un transmisor

Estabilidad de frecuencia. Es un requisito indispensable (también por normativa). La estabilidad es clave en CW/SSB. La inestabilidad puede ser por ejemplo la variación de frecuencia de la portadora en el tiempo (milisegundos), pero también a largo plazo, la inestabilidad que se produce en los equipos debido a su uso prolongado en el tiempo.

Desviación de frecuencia. En FM, la desviación es cuánto se aleja la señal portadora con el audio. La estabilidad debe ser mejor que 10 ppm (partes por millón) dentro de un tiempo de 1 a 60 minutos. A partir de 1 hora, la desviación no debería ser mayor que 2 ppm.

Índice de modulación. En FM. Es la relación entre la desviación de frecuencia y la frecuencia moduladora. Si el índice es muy alto, se produce sobremodulación y distorsión. En AM también hay un índice de modulación que usa la amplitud como variable en lugar de la frecuencia.

Ancho de banda. El ancho de banda (de una emisión) es el ancho de banda de frecuencias necesario para asegurar que la transmisión es buena y que se produce a un velocidad adecuada. En términos técnicos, es el espacio (en frecuencia) que ocupa la señal transmitida y depende por eso del tipo de transmisión. El ancho de banda ocupado es la anchura de banda tal que por debajo de su frecuencia límite (por arriba y por abajo) se emitan potencias medias (iguales o inferiores), a un 0,5% de la potencia media total de una emisión dada. Esta medida no sólo es técnica sino legal y está hecha para que no se invadan canales subyacentes usados por otros radioaficionados.

Bandas laterales. En AM y SSB, la información está en las banda lateriales, habiéndose suprimido una de las bandas en esta última. El nivel de banda lateral en SSB no debe exceder los valores permitidos, ni tampoco su ancho de banda debe exceder de 2,5 kHz.

Clics y chirridos. En las llaves telegráficas suelen suceder dos fenómenos. Los clics de manipulación y los chirridos. El primero ocurre cuando hay alguna etapa dentro de los procesos de amplificación que no está neutralizada correctamente. El segundo ocurre cuando se produce una variación en la frecuencia. En estos casos hay que revisar el oscilador y comprobar si hay cambios de tensión inesperados.

Sobremodulación. En SSB. Cuando se modula excesivamente una señal aparece este fenómeno. Se produce una saturación. A veces se resuelve reduciendo simplemente la ganancia del micrófono.

Radiaciones de HF espurias. En bandas HF (por encima de 30 MHz), no debe haber ninguna frecuencia por encima de 40 dB, por debajo de la potencia media, dentro de la anchura de banda y sin exceder de 50 milivatios.

Radiaciones a través de blindajes. Los equipos deben estar blindados, en cajas metálicas eléctricamente estancas, con pequeños orificios de ventulación para garantizar la disipación del calor.

Ruido de fase. El mezclado recíproco ocurre cuando las bandas lateriales del ruido del oscilador local se mezclan con señales fuertes adicionales que aparecen cerca de la frecuencia deseada. Si esto no se filtra, el ruido se puede transmitir en las siguientes fases produciendo un ruido de fondo.

Respuesta de audio (rango de RF). La respuesta del amplificador describe las frecuencias dentro de las que puede operar de acuerdo a su diseño. Entre 300 y 2.800 Hz (típico en SSB), debería obtener el mismo comportamiento, es decir, que debería constituirse dentro de esos rangos una buena relación entre la inteligibilidad y un ancho de banda más que razonable.

Impedancia de salida. Es la resistencia que presenta el transmisor en su salida hacia la antena. La impedancia suele ser de alrededor de 50-60Ω. En el caso de usar antenas que trabajen con otros rangos, será necesario usar alguna especie de acoplador.

Potencia de salida. Es la energía que produce el transmisor hacia la antena. Se mide en vatios y varía según tipo de banda o la modulación. Mientras que en SSB puede ser de 100W, en UHF, se pueden usar entre 5 y 50W. Un concepto clave aquí es la potencia de cresta de la envolvente (pep). Ésta es la potencia media máxima que alcanza un transmisor durante un ciclo RF, medida en el punto en el que la envolvente de la señal está en su máximo. Es decir, tenemos una potencia media, una potencia de cresta (máximo) y el pep.

Rendimiento. Es la eficiencia del aparato. Es el cociente entre potencia suministrada y energía que consume la fuente.

Efectos no lineales. Se refiere a la distorsión armónica y a la inermodulación. Los osciladores deben producir un nivel de sñeales armónicas que no superen los 40 dB por debajo de la potencia media y dentro de la anchura de banda necesaria (sin exceder de 50 milivatios). Cuando se produce una mezcla no deseada entre dos señales, aparece la distorsión por intermodulación (IMD).

Repetidores. Los repetidores son aparatos que reciben en una frecuencia y retransmiten en otra. Si se usan en antenas dispuestas en lugares elevados y con suministro eléctrico, pueden proporcionar una gran cobertura de la señal.

• Resumen con aspectos clave

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