Receptores y trasmisores
(Iniciado 2005 - Ultima actualización 2009-02-17)

Por Miguel R. Ghezzi (LU 6ETJ)
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SOLVEGJ Comunicaciones
 

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Receptores

Hay muchas maneras de montar información útil sobre ondas electromagnéticas aprovechando su capacidad para propagarse a grandes distancias.
Para recuperar esa información empleamos dispositivos capaces de "atrapar" una pequeñísima parte de esa energía electromagnética y extraer la información. Las antenas son las encargadas captar esa energía y los receptores de recuperar la información.
Los principios básicos que precisamos para estudiar algunos tipos básicos de receptores son muy similares y pueden comprenderse más o menos fácilmente, pero las tecnologías o implementaciones prácticas, no solo pueden diferir mucho entre si y pueden dar lugar a esquemas electrónicos muy complejos..

El procedimiento para extraer la inteligencia transportada por la onda electromagnética se denomina "detección" y los circuitos encargados de esta tarea "detectores". Las señales recibidas por lo general son muy débiles para poder aprovecharse directamente (como sucede en una radio a Galena, por ejemplo), por eso, antes de alcanzar a un detector, se amplifican a valores convenientes con circuitos electrónicos. Existen también receptores destinados a recibir señales no inteligentes, tal como los radiotelescopios, ellos igualmente poseen detectores apropiados para recibir los ruidos producidos por diferentes fenómenos físicos que se producen en los objetos radioastronómicos.

Entre las características que un buen receptor debe poseer para cumplir satisfactoriamente su función,  pueden mencionarse:

Selectividad.  Un receptor debe poseer aptitud para separar una señal de millones de otras señales y ruidos que están simultáneamente presentes en los terminales de su antena y que ocupan diferentes lugares en el espectro. Esta capacidad para escoger una pequeña gama de frecuencias se llama "selectividad" y es quizás uno de los aspectos más sobresalientes. La idea de selectividad, suele estar asociada a la capacidad para separar las señales que nos interesan de aquellas que están a frecuencias próximas, pero el concepto debe entenderse en un sentido mucho más amplio. También debemos tener en cuenta el rechazo a frecuencias indeseadas que podría recibir como resultado de sus propios procesos internos (por ejemplo el llamado rechazo a la "frecuencia imagen" que luego se explicará).

Sensibilidad. Las señales que arriban a un receptor pueden ser intensas pero normalmente son muy pequeñas para poder aprovecharse directamente, Un buen receptor tendrá algún mecanismo capaz de amplificarlas hasta valores que puedan ser aprovechados.  Esta capacidad para recibir señales débiles se denomina "sensibilidad". La sensibilidad de los receptores (inclusive los muy antiguos) es tal que pueden percibir corrientes eléctricas tan débiles que son 100 000 000 000 000 más pequeñas que la luz de una lamparilla de linterna.

Fidelidad. Es la capacidad para reproducir sin deformaciones la señal original. Es muy importante en los receptores de broadcasting de fonía o TV para conservar la calidad estética de las señales y también en toda otra aplicación que requiera exactitud y precisión en la recuperación de la señal recibida.
En la actividad del radioaficionado este es un aspecto que puede ser de importancia secundaria en algunas aplicaciones, por ejemplo solemos privilegiar la inteligibilidad de las señales a expensas de la naturalidad de los sonidos cuando se trata de fonía pues, cuando de trata de comunicar información, se logran mejores resultados restringiendo rangos del espectro de audio o comprimiendo las señales. Desde luego eso deja de ser válido si el objetivo es que la "información" consista en los matices sonoros de la voz del operador o la experimentación con técnicas destinadas a lograr trasmitir señales sin distorsiones.

Bajo ruido propio. La señal deseada recibida por la antena siempre está acompañada de otra señales indeseadas de origen natural o artificial que se denominamos colectivamente "ruido", además de esos ruidos, el receptor contribuye con un ruido propio resultante de sus procesos eléctricos internos. Es necesario que ese ruido propio sea, en lo posible, inferior al ruido mínimo que pueda provenir de la antena.
Hay un límite a la señal más baja que un receptor puede captar (y por lo tanto a su sensibilidad), pues las antenas generan un ruido inevitable debido a la agitación térmica de sus átomos y electrones.

Estabilidad. Las características del receptor no deben variar con el tiempo o con otros factores ambientales. Una de las propiedades más apreciadas es que no varíe la frecuencia que está recibiendo, permaneciendo fijada su sintonía en la frecuencia que interesa escuchar..

Exactitud. Es muy valioso para el aficionado que los indicadores de que está provisto, especialmente los de frecuencia o intensidad de las señales, sean precisos y exactos.

Rango dinámico. Resistencia a la sobrecarga. Con millones de señales de radio presentes simultáneamente, el receptor  ha de ser capaz de operar adecuadamente aún en presencia de una o varias estaciones potentes en las inmediaciones. Es una propiedad muy apreciada que el receptor no presente ningún tipo de inconveniente cuando ingresan a él señales intensas diferentes de la deseada.

Receptores básicos

La radio "a Galena"

Uno de los receptores más sencillos y tradicionales es el receptor de Galena ("la radio a Galena") que sirve para recibir señales de amplitud modulada. Consiste de un detector simple realizado con una "piedra de Galena", conectada a la antena por medio de un circuito sintonizado que encargado de seleccionar una pequeña banda de frecuencias del espectro.
Una notable característica de estos receptores es que no utilizan amplificadores, ¡la energía para activar los teléfonos proviene directamente del trasmisor!
La "piedra Galena" es un mineral cristalino que existe en forma natural que también puede fabricarse artesanalmente mezclando Plomo fundido con Azufre. químicamente es Sulfuro de Plomo. A partir de los años ´50 con la aparición de los diodos de cristal de Germanio, los aficionados comenzamos a construir estos sencillos receptores con estos diodos. Armar una radio a Galena sigue siendo un interesante primer paso iniciarse en la radioafición. Dibujar circuito y foto

El receptor de radiofrecuencia sintonizada

Emplea una o más etapas amplificadoras de radiofrecuencia para aumentar el nivel de las señales recibidas a valores convenientes. En ellos todas las etapas amplificadoras se sintonizan simultáneamente a la frecuencia de recepción para conseguir sensibilidad y selectividad, ello dificulta la realización práctica del circuito pues cuesta mantener la sintonía de todas las etapas a medida que se cambia la frecuencia y tiene tendencia a autooscilar.
Pronto fue superado por el llamado receptor "neutrodino", inventado por Louis Alan Hazeltine, que aplicó neutralización a las distintas etapas para facilitar su sintonía y evitar oscilaciones. Su selectividad disminuye rápidamente a medida que aumenta la frecuencia de trabajo y fueron desplazados rápidamente por el Superheterodino.

El receptor regenerativo

Algo más complejo físicamente que el receptor de Galena (ya utiliza por lo menos un amplificador), el receptor regenerativo fue desarrollado en 1912 por el ingeniero norteamericano Edwing H. Armstrong. A pesar de sus pocos componentes el invento de Armstrong representó un formidable avance pues lograba una enorme sensibilidad y gran selectividad respecto de la técnica alcanzada de su época fue toda una revolución posible gracias a la primer válvula amplificadora, el "Audion" creado por Lee de Forest.
Su principio de funcionamiento es muy ingenioso: consiste en reinyectar la señal obtenida en la salida de un amplificador de radiofrecuencia (de válvula o transistor), nuevamente en su entrada para volverla a amplificar una y otra vez.
Ajustando cuidadosamente los parámetros de funcionamiento se logra amplificar la señal miles de veces, llegando casi al borde de la oscilación. Este proceso, simultáneamente aumenta mucho la selectividad del aparato.
Además de amplificar puede detectar o demodular señales, por ello también se llama "detector regenerativo". Fue empleado durante mucho tiempo por los radioaficionados y los radioescuchas de onda corta y actualmente continúa siendo un verdadero favorito de los aficionados experimentadores.

El receptor superregenerativo

En el receptor superregenerativo llega un punto en que el amplificador realmente comienza a oscilar, pero en ese preciso instante se hace extinguir o "apagar" (quenching) la autooscilación, recurriendo a características propias del circuito o mediante algún elemento circuital externo; el ciclo se repite indefinidamente.
Los receptores regenerativos se emplean principalmente en frecuencias medias o elevadas, mientras que el superregenerativo, en frecuencias muy elevadas.
Por su excelente desempeño se continúa utilizando en simples receptores de alarmas para automóviles y domiciliarias (probablemente ud. tenga uno en su llavero). No es extraño ver actualmente estos receptores en aplicaciones que alcanzan frecuencias del orden del Gigahertz. Permiten detectar señales de fonía tanto en AM como en BLU y telegrafía. Son receptores muy sensibles con buena selectividad, inherentemente limitan los ruidos, no poseen respuestas espurias y muy difícilmente se sobrecarguen, su comportamiento también los dota de un inherente control automático de ganancia.

Colocar ejemplo de circuito.

El receptor Superheterodino

El receptor superheterodino también fue inventado por Armstrong durante la primera guerra mundial (1917),  por ello se lo conoce como "receptor Armstrong". Otros receptores antiguos (neutrodinos, autodinos, etc.) prácticamente no se emplean hoy en día, mas el superheterodino mantiene absoluta vigencia. Se popularizaron sobre principios de la década del '30. "Heterodino" proviene del griego hetero = diferente, dyna = fuerza-ser capaz, en referencia a las señales que se mezclan. Cuando se mezclaban para demodular una señal de radiotelegrafía produciendo una señal de audio (principio de Fessenden que no tuvo aplicación práctica hasta la invención de las válvulas electrónicas) el proceso se llamaba heterodino. Armstrong decidió aplicar este principio para generar una frecuencia intermedia (FI), normalmente supersónica, para lograr otros beneficios, por eso adosó el prefijo "super".

En él se combina (heterodina, mezcla o multiplica) la señal entrante, con otra proveniente de un oscilador que puede ser fijo o variable, para dar como resultado una banda de frecuencias, fija, llamada "frecuencia intermedia (FI)". En esta banda es más fácil realizar procesos de amplificación, control y selección de la señal.
Frecuentemente la FI se elige de un valor convenientemente bajo donde es más fácil tener buena amplificación, estabilidad y selectividad, pero por diversas razones pueden elegirse valores de FI mayores que los de la señal recibida, esta práctica es muy común hoy en día, pues se consigue gran selectividad en frecuencias muy altas mediante filtros especiales.
En los receptores de radio comunes de AM de broadcasting, la frecuencia intermedia empleada suele rondar los 455 kHz, mientras que en los de FM, 10,7 MHz. Los receptores modernos utilizan distintos valores de FI según las conveniencias de diseño.

Un receptor superheterodino para fonía, básico, típico, consiste de un filtro de entrada que solo permite pasar una banda de frecuencias del espectro, esta etapa se denomina "preselectora" y puede o no proveer al mismo tiempo amplificación.
Cuando posee amplificación se la indica en los diagramas en bloques clásicos como la "etapa amplificadora de RF", a continuación le sigue el mezclador que es la etapa clave que distingue a este tipo de receptor. El mezclador es el encargado de trasladar una banda de frecuencias que interesa recibir a otro lugar del espectro donde, como se explicó, es más fácil procesarla. Ello se realiza mediante un oscilador que puede ser fijo o variable que, en los más sencillos, suele ser el control de sintonía principal del receptor.
La señal de salida del mezclador es la banda de "frecuencia intermedia" o FI que se aplica a una o más etapas amplificadoras.
En uno o más puntos del conjunto de etapas de FI se intercalan los dispositivos encargados de proveer selectividad.; puede tratarse de circuitos sintonizados de bobina y capacitor o filtros de cristal, de cerámica o resonadores mecánicos.
Luego se encuentra el detector, encargado de recuperar o "demodular" la señal. Es común que un receptor de aficionados posea más de un detector conmutable para recuperar diferentes tipos de señales (CW, AM, FM, BLU, etc.).
Finalmente está el amplificador que lleva la señal demodulada a valores útiles para su aprovechamiento, normalmente será un amplificador de audiofrecuencia que excita al parlante, pero no se limita a esto, pues puede consistir en un amplificador de videofrecuencias, como en los televisores TV o circuitos digitales en los sistemas de control o transporte de datos.
Otros circuitos asociados se encargan de controlan la ganancia de las etapas amplificadoras de acuerdo al nivel de la señal recibida, aumentando o disminuyendo la amplificación para que las etapas amplificadores y los detectores operen en sus valores óptimos; se conocen como "Control Automático de Ganancia (CAG /AGC)" o "Control automático de Volumen", porque su función básica es asegurar un nivel de salida parejo a pesar de las variaciones que sufre el nivel de la señal debidas a las diferencias potencias y distancias de las emisoras y a las variaciones debidas a los desvanecimientos que se producen por diversas causas en su tránsito hasta la antena receptora.
Suelen existir otros circuitos auxiliares tales como: indicadores de nivel de señal, reductores de ruidos, etc. Los siguientes ejemplos son justamente receptores superheterodinos

El Receptor de AM Ver si explicar aquí el mezclador o dejarlo aparte

En la figura se muestra un diagrama en bloques de un receptor de AM, superheterodino convencional. La etapa amplificadora de radiofrecuencia (no siempre empleada) amplifica habitualmente solamente una parte del espectro proveniente de la antena porque suele incorporar circuitos sintonizados (que pueden sintonizarse o conmutarse), que otorgan selectividad (preselección).
Este porción del espectro se aplica a la etapa mezcladora (antiguamente llamada "primer detector" (sería más conveniente llamarla "etapa trasladora", dada su función)). En ella se combina la frecuencia del oscilador local (que suele variarse con el dial de control), con la señal a recibir para producir un nuevo espectro, que es una copia del original en el éter, donde es más fácil procesarla con una o más etapas amplificadoras.
Esa zona del espectro, que tiene un valor intermedio entre las frecuencias de la señal y las audiofrecuencias, se la llama "Frecuencia Intermedia - FI". En las etapas amplificadoras de FI se realiza también la importantísima tarea de seleccionar la señal deseada separándola de sus vecinas adyacentes; son las etapas que otorgan al receptor sus características de selectividad principales.
En el receptor de AM la amplitud de la señal amplificada debe ser proporcional a la señal original, por eso se dice que las etapas amplificadoras de FI son "lineales".
Luego de la/s etapa/s de FI sigue la etapa detectora de envolvente o demoduladora, en ella la señal de radiofrecuencia intermedia se convierte nuevamente en señales de audiofrecuencia similares a las originales ingresadas al trasmisor. Un amplificador de audio convencional se encarga de elevar el nivel a un valor apto para excitar un parlante o auricular.

 

El receptor de BLU

El sistema de BLU fue inventado por John R. Carson y patentado en 1915, pero no fue sino hasta 1923 que se comenzó a utilizar en telefonía alámbrica y recién en 1927 en radiotelefonía.
El receptor de BLU es muy similar al que se acaba de describir con la diferencia que detector de envolvente se reemplaza por un detector "de producto", cuyo principio de funcionamiento es similar al de un mezclador como el utilizado para trasladar el espectro deseado al de frecuencia intermedia, solo que ahora realizamos una traslación del espectro de frecuencia intermedia (FI) al espectro de audio.
Para ello se heterodina o mezcla, la banda de frecuencia intermedia con un oscilador llamado "Oscilador de Frecuencia de Batido - OFB".
A veces se explica este proceso de combinar las señal del OFB con la de FI, como una "reinserción de la portadora", pero ese concepto no es correcto cuando se emplea un detector de producto, sino más bien cuando se inyecta la señal del OFB antes del detector de envolvente de AM, por ej, en algún amplificador de FI, al hacerlo así, es como si a la señal original no se le hubiera suprimido la portadora haciendo posible que el detector de envolvente de AM convencional realice la tarea de la detección de BLU..

El receptor de conversión directa  Revisar texto falta diagrama

También conocido como receptor homodino (del griego homo = igual, dyna = fuerza) o sincrodino, es uno de los receptores más sencillos que un aficionado actual puede realizar como proyecto inicial apenas más complicado que uno de galena. Aunque su invención es muy antigua (1924) el superheterodino lo desplazó durante décadas hasta que con el advenimiento del transistor los radioaficionados comenzaron a utilizarlo por su facilidad para recibir BLU y CW. Con pocos componentes puede proveer,gran sensibilidad, buena selectividad y baja intermodulación. (El original homodino tuvo sucesivas modificaciones, por ejemplo en el denominado autodino inventado por Henry Joseph Round se hacía oscilar al mezclador para economizar componentes).

Su funcionamiento es idéntico al de un detector de producto o mezclador; se trata de trasladar la zona del espectro radioeléctrico donde se encuentra la señal deseada directamente, en un solo paso, al de audio (recordemos que el proceso de modulación consistía en lo inverso: trasladar el espectro de audio al de radio).
El filtrado o eliminación de las señales cercanas, que en el superheterodino se realizaba con circuitos sintonizados (u otros filtros pasabanda específicamente diseñados para ese fin), en el conversión directa se efectúa con un filtro pasabajos de audio para eliminar las frecuencias de audio más elevadas que producen señales adyacentes a la de interés. De hecho, la selectividad la puede proveer la propia respuesta en frecuencia del oído humano.
Luego del filtro pasabajos la señal ingresa a un amplificador de audio de gran ganancia encargado de elevar su nivel hasta un valor apto para la audición (generalmente con teléfonos o auriculares).
Si bien un receptor de conversión directa simple no tiene provisión para discriminar las bandas laterales una ingeniosa variante debida a Ralph V. Hartley permite eliminar la no deseada.
Muchos de los modernos circuitos conocidos como PLL (Phase Locked Loop) se basan en este diseño pionero y pueden emplearse en circuitos detectores conocidos como "Detectores sincrónicos".

El receptor de FM

El receptor de FM también fue ideado por Edwing H. Armstrong. Normalmente es un receptor superheterodino parecido al de AM, excepto que la señal de FI se amplifica mucho más que en AM o BLU, hasta que las etapas se "saturan" originando un recorte de la señal que es clave para eliminar ruidos superpuestos a la misma (por ello las etapas se llaman "amplificadoras limitadoras"). Esto es posible porque la información no está codificada como variaciones de amplitud, sino como variaciones de frecuencia.
Luego de amplificarse en las etapas de FI, la señal pasa a la etapa detectora o "discriminadora" donde se recupera la información que puede ser, audio, imagen o datos.

Este ingenio un gran logro de Angstrom pues fue un avance muy importante en la lucha contra los "estáticos" que plagaban la recepción en AM. Armstrong no solo aprovechó del efecto limitador, descubrió que, contrariamente a lo que se creía, era posible lograr mejor relación señal/ruido aumentando el ancho de banda de la trasmisión. Su aporte quedó opacado en su época por una dura y no limpia lucha de intereses comerciales resultantes de un nuevo integrante de la familia radial: La televisión...

Conversores

Antiguamente la manera más fácil para iniciarse en el hobby, consistía en aprovechar un receptor común de broadcasting de "onda larga" (en realidad ondas medias) existente en el hogar (los llamados "noveleros", pues las señoras de la casa los destinaban a escuchar las populares novelas radiofónicas de aquel tiempo).
Estando ya construida gran parte del receptor, bastaba agregarle en su entrada de antena externa una etapa mezcladora (también llamada "conversora"), para escuchar alguna banda de radioaficionados. Resultaba una manera rápida y económica para conseguir el primer receptor de la estación.
El concepto tiene aun plena vigencia cuando disponemos de un buen receptor al cuál podamos ampliarle su cobertura utilizándolo como "frecuencia intermedia sintonizable", por ejemplo para recibir frecuencias de VHF/UHF o VLF. (Ver más adelante Transversores).

Medición de la intensidad de las señales las "unidades" S

Para realizar experiencias técnicas de radio, conviene contar con medios precisos para estimar la intensidad de las señales recibidas. Esa intensidad depende de muchos factores, tales como condiciones de propagación, potencia de los emisores utilizados, tipo de antenas etc. Para estudiar y controlar los diversos factores que intervienen es necesario que los valores obtenidos posean el mismo significado para los diferentes participantes de los experimentos.
Para ello se inventó el sistema "S" (de "Señal") de ponderación de la intensidad. Originalmente se trató de un modo subjetivo de caracterizarla según su fuerza o intensidad. Los números representaban la idea de: señal débil, fuerte, muy fuerte, etc. Cada valor subjetivo se asoció a un número del 1 al 9 para abreviar el intercambio telegráfico mediante el código RST. Readability-Signal-Strength-Tone (Legibilidad, Intensidad de señal, Tono) correspondiendo los niveles más bajos a las señales menores.
Cuando fue posible incorporar a los receptores instrumentos para medir estos niveles, se popularizaron los "medidores de S". Aunque nunca llegó a estandarizarse absolutamente, básicamente se decidió asignarle a cada cambio de nivel del viejo sistema verbal intuitivo, una variación de 6 dB, ascendiendo de menor a mayor, al mismo tiempo representa una duplicación de la tensión en los terminales del receptor equivalente a una cuadruplicación de la potencia recibida.
Una vez alcanzado el nivel máximo (S9), sucesivos aumentos se expresan directamente en decibeles por encima de ese valor, por ejemplo S9 + 10 decibeles, S9 + 20 dB, etc. En las bandas de HF, se estableció como nivel de referencia para el S9, una tensión de 50 µV sobre los terminales de antena del receptor; S8, corresponderá a 25 µV, S7 a 12,5 µV, y así sucesivamente. En VHF el valor S9 se estableció en 5 µV sobre los terminales de antena.
No hay que preocuparse por los logaritmos en esta sección. Puede recordar fácilmente que un cambio de 10 dB se produce cuando la potencia del corresponsal aumenta (o disminuye) 10 veces. Si su corresponsal aumentara la potencia, digamos de 10 W a 100 W; la señal aumentaría en 10 decibeles. Es muy fácil. También es fácil recordar que duplicar (o dividir por 2) la potencia equivale a "medio S" o 3 dB en más o en menos respectivamente.

Recuerde: la diferencia de potencia trasmitida o recibida en una señal que difiere de otra en "1 S" es equivalente a cuatro veces, en más o en menos, según la indicación haya aumentado o disminuido. Si su corresponsal aumentara su potencia de 25 W a 100 W (cuatro veces), el instrumento debería indicar un aumento de "1 S", no importando cual fuera el valor anterior que estuviera marcando el instrumento. Si era S5, luego del aumento de potencia deberá indicar S6, si hubiera sido S2, aumentaría a S3. Lo mismo a la inversa, si pasara de 100 W a 25 W, disminuiría la indicación en "1 S", de S9 a S8 o de S5 a S4 según corresponda. En la práctica los fabricantes de marcas importantes no respetaron esta escala por lo que las indicaciones son tan dispares que rara vez son de verdadera utilidad.
En VHF el nivel de referencia para S9 es 5 µV 

Trasmisores

A los equipos destinados a generar, amplificar y trasmitir señales de radio se los denomina genéricamente "radiotrasmisores". Existen muchos tipos de radiotrasmisores, desde los más pequeños como los empleados en un llavero para activar la alarma de un automóvil, hasta elaborados equipos destinados a telecomandar naves espaciales. Su variedad excede el marco de este apunte y probablemente el interés inicial del lector. Mencionaremos únicamente los más comunes en la actividad amateur. Un trasmisor clásico se compone básicamente de:

La forma precisa de realizar estas operaciones dependerán del tipo de trasmisor de que se trate en cada caso. Describiremos sus componentes principales. Se consideran características deseables de un buen trasmisor:

Su Estabilidad. Las características del trasmisor no deben variar con el tiempo o con los factores ambientales. Una de las propiedades apreciadas es la estabilidad y exactitud de la frecuencia de trasmisión.

Su pureza espectral: Es extremadamente importante que el trasmisor genere señales exclusivamente donde deba hacerlo, eso significa que no ha de irradiar ningún tipo de emisión espuria o indeseada fuera de la frecuencia/s del canal de operación corriente. Esto implica que el equipo no debe producir ni señales armónicas, ni espurias en frecuencias vecinas o alejadas del canal de trabajo. Un buen radioaficionado no se conformará con un mal equipo. La calidad de los equipos que construya y/o utilice, hablarán de su habilidad técnica, destreza y capacidad personal.
En una actividad experimental es natural que se produzcan emisiones espurias, involuntarias; pero el aficionado debe estar presto a solucionarlas. No prestar atención al aviso de algún colega en tal sentido, nos granjeará rápidamente la hostilidad del resto de la comunidad radial y probablemente alguna sanción administrativa.

La calidad de la señal. Es necesario distinguir, calidad de fidelidad y naturalidad. En la actividad de aficionados, en fonía, en general no es importante la fidelidad o la naturalidad de las trasmisiones, porque se privilegia habitualmente la capacidad para trasmitir información lo más eficazmente posible y eso se logra mejor reforzando o empleando únicamente aquellas componentes de la señal vocal que producen mayor inteligibilidad en la recepción, eso ayuda a que el contenido del mensaje atraviese con éxito un medio ruidoso y distorsionador para que pueda ser comprendido por su destinatario.
Estos procesos tienden a destruir la fidelidad y la naturalidad de la voz, aunque se trata de una distorsión intencional y controlada, por lo cual no se interpreta como una disminución de la calidad, pues justamente "calidad" se ha asociado a máxima inteligibilidad.
Huelga decir que para muchos aficionados, en ocasiones resulta atractivo establecer comunicaciones con buena fidelidad y naturalidad; en tal situación es común privilegiar esos factores aún costa de la inteligibilidad del mensaje trasmitido.

Trasmisores de ondas continuas (OC/CW). Radiotelegrafía

Son los más sencillos, pueden realizarse con un oscilador seguido de una o más etapas amplificadoras de potencia controladas o conmutadas por un interruptor llamado "manipulador", quien se encarga de iniciar o cortar la emisión de la onda de radiofrecuencia generada de acuerdo a un código acordado entre las partes (normalmente el código Morse).

El trasmisor de AM (MA)

La diferencia principal con un equipo de OC (CW), es el agregado de circuitos que amplifican la señal de micrófono a valores que permitirán controlar la intensidad de la onda de radio en consonancia con la voz. Hay varias maneras de conseguir una señal de radiofrecuencia "modulada en amplitud". La idea de "modular la amplitud" de la onda continua producida por el generador surgió entre los primeros investigadores, pero es inexacta, aunque continúa siendo la que logra intuir inicialmente el radioaficionado. Poco después se llevarla a la práctica se comprendió que esa  aparente variación de la amplitud  de la onda continua (a la cual se denominaba onda transportadora o simplemente "portadora"), consistía más bien de tres señales separadas, una que no varía su amplitud (la portadora) y que solamente sirve para generar otras dos señales idénticas y simétricas conocidas como "bandas laterales" y son las que verdaderamente transportan la información. Este modelo no es fácilmente intuible y requiere algunos rudimentos matemáticos para comprenderlo fácilmente.

Porcentaje de modulación en AM

Cuando la señal no está siendo modulada, es una onda continua con una intensidad cualquiera, pero invariable, Al aplicarle modulación aumentaremos o disminuiremos esa intensidad con nuestra información, pero obviamente no podemos disminuirla más allá de su anulación ni tampoco aumentará la intensidad de la señal mucho más allá del doble del valor en reposo durante el proceso. De esta manera la amplitud de la portadora variará poco con sonidos débiles y más con sonidos fuertes. Si se arreglan las cosas de manera que con las señales de modulación más intensas la portadora llegue justo a anularse en el pico negativo y a duplicarse en el positivo (suponiendo que la señal moduladora fuera simétrica), se dice que la portadora ha sido modulada "al cien por ciento", siendo este el máximo valor posible sin que se pierdan parte de la señal moduladora a causa de recortes resultantes del exceso.
Con sonidos más débiles, la portadora tal vez se reduzca a la mitad de su valor de reposo y aumente otro tanto, en tal caso se dice que la misma está modulada al 50%, por ejemplo. Entonces el porcentaje de modulación puede concebirse como un valor instantáneo o un valor máximo. En general decimos que el equipo está modulado al 100% cuando alcanza ese valor frecuentemente durante una trasmisión. Esto tiene ventajas y desventajas, por eso a veces se limita el porcentaje de modulación  de tal manera que no llegue nunca al 100% mediante circuitos electrónicos de control automático.

Sobremodulación en AM

Cuando se excede el 100% se dice que la portadora está sobremodulada. La sobremodulación no solamente provoca pérdida de calidad y de parte de la información ,sino que produce señales espurias en frecuencias adyacentes al canal de trabajo conocidas como "salpicaduras" o "splatters"

El trasmisor de FM (MF) Cambiar el diagrama en bloques

En el trasmisor de AM variamos la amplitud de la onda portadora al ritmo de la señal moduladora sin afectar su frecuencia, en el trasmisor de FM, por el contrario, se mantiene la amplitud constante mientras se varia la frecuencia al ritmo de la señal moduladora.
El trasmisor de FM básico puede ser casi tan simple como el trasmisor de ondas continuas. En sus versiones más sencillas puede consistir de un oscilador cuya frecuencia puede variarse más o menos ligeramente mediante una tensión de audio. Actualmente se emplean diodos semiconductores cuya capacidad propia puede hacerse variar aplicándoles una tensión (normalmente de audio) sobre sus terminales.
Esa capacidad variable, está conectada a las partes del circuito encargadas de producir la frecuencia de oscilación (normalmente algún tipo de circuito resonante), y al variar la capacidad lo hará también la frecuencia.
Una vez generada, la señal pasa por una o más etapas amplificadoras de potencia antes de llegar a la salida. A menudo esas etapas también tendrán la capacidad de multiplicar la frecuencia por números enteres, recibiendo el nombre de "dobladoras", "triplicadoras", etc. (pueden usarse valores de multiplicación más altos). Una razón para acudir a este procedimiento es porque se utilizan cristales de cuarzo para generar la señal, siendo que los mismos son inherentemente muy estables, se modifica muy levemente su frecuencia con la modulación y la variación (desviación) inicial que se puede conseguir es muy pequeña pero, al que al multiplicarse muchas veces en las sucesivas etapas, finalmente alcanza el valor esperado.

Desviación de frecuencia en el trasmisor de FM

Cuando se aplica la señal moduladora, la portadora se aparta o "desvía" de su estado de reposo sin modulación. Al apartamiento de la frecuencia de reposo se lo denomina "desviación", la desviación puede ser mayor o menor, dependiendo de la intensidad de la señal moduladora.
En el caso más simple la desviación es directamente proporcional a la intensidad (amplitud) de la señal moduladora, por ejemplo la portadora puede estar situada en 100 000 kHz y al aplicar 1 volt de modulación se aparta la frecuencia a 100 001 kHz en el pico positivo y a 99 999 kHz en el pico negativo. Si ahora aplicamos 2 volt, la frecuencia se aparta a 100 002 y 99 998, respectivamente, en el primer caso la desviación ha sido 1 kHz y en el segundo 2 kHz, Si limitamos la amplitud de la señal moduladora a un máximo de 1 V, la desviación máxima será entonces 1 kHz y diremos que la desviación es +/- 1 kHz. Podemos denominarla la "desviación máxima".

Pero podríamos haber arreglado las cosas para que la señal de 1 Volt hiciera apartar la frecuencia a 100 050 kHz y 99 950 kHz, respectivamente, entonces la nueva desviación máxima de frecuencia será de +/- 50 kHz
En el último caso el espacio ocupado en el espectro por la emisión es mucho mayor, pero cuando hay espacio disponible puede demostrarse que una mayor desviación hace posible una mejor relación señal/ruido en el enlace.

El trasmisor de Doble Banda Lateral DBL con portadora suprimida (Double sideband - suppressed carrier DSB-SC)

El trasmisor de doble banda lateral moderno consiste generalmente de: un amplificador de micrófono encargado de amplificar señal vocal, de allí pasa a un circuito llamado "modulador balanceado" quien se encarga de trasladar el espectro de audiofrecuencia al de radiofrecuencia, para hacerlo recibe simultáneamente una señal de radiofrecuencia proveniente de un oscilador llamado "el generador de portadora" (por tradición), que determina a qué parte del espectro se trasladará la señal de audio.

En la salida del modulador balanceado se obtienen dos señales que son copias de la señal de audio, simétricas trasladadas en el espectro, que se ubican a ambos lados de la frecuencia portadora y son simétricas, pero como si la portadora fuera un espejo. Estas señales se denominan "bandas laterales", la de frecuencias más altas se llama "Banda Lateral Superior - BLS" (Upper SideBand - USB) y la de frecuencias más bajas "Banda Lateral Inferior BLI" (Lower SideBand - LSB)
Mediante un cuidadoso diseño de los circuitos se consigue que en su salida no aparezcan restos de la señal de audio original y, más importante aún, restos de la señal del generador de portadora. A continuación se amplifica la señal hasta un valor conveniente mediante una o más etapas amplificadoras lineales y se envía a la antena.
Este tipo de trasmisor es ideal para comenzar a experimentar y familiarizarse con procedimientos que más tarde serán de utilidad a la hora de construir un equipo de BLU.

El trasmisor de Banda Lateral Unica - BLU (Single Sideband - SSB)

El trasmisor de BLU básico es similar en su concepción a las etapas iniciales del DBL: Una vez lograda la señal de doble banda lateral con portadora suprimida en el modulador balanceado (normalmente en una frecuencia intermedia fija) se pasa por un filtro de paso de banda muy estrecho (método de Carson), que solamente permite pasar una de las bandas laterales bloqueando la otra, si el proceso se realizó en una frecuencia intermedia fija, la señal se aplica a una etapa mezcladora donde se combina con un oscilador fijo o variable para producir la necesaria traslación del espectro de FI a la porción del mismo donde tendrá lugar la trasmisión.
Luego del mezclador se emplean uno o más pasos de amplificación lineal que elevan la potencia a un valor adecuado para su trasmisión a través del éter.
Existen métodos para eliminar la banda lateral no deseada. Además del precursor y más popular de John Carson que utiliza filtros muy selectivos, se emplean otros tales el método de "rotación de fase" inventado por Ralph Hartley, o el de Donald K. Weaver conocido como "el tercer método". Estos últimos, que utilizan métodos más sutiles para eliminar la banda no deseada, se están popularizando últimamente gracias a las últimas tecnologías y son la base de los sistemas que operan por software en.

Potencia de Pico de Envolvente - PPE  (Peak Envelope Power - PEP )

En un equipo de BLU, la intensidad o potencia de la señal de salida varía de una manera muy parecida al nivel instantáneo de la señal vocal, cuando usted está en silencio la intensidad es nula y cuando la amplitud de la señal vocal es máxima, también alcanza un máximo la potencia instantánea emitida por el trasmisor. Se llama "Potencia de Pico de Envolvente" (PEP = Peak Envelope Power), a la potencia máxima alcanzada por la señal en los picos de máxima intensidad de la señal de audio (es común que algunos aficionados confundan PEP con PAP - Pico A Pico, pero son cosas absolutamente diferentes).
La potencia de pico de envolvente puede tener un valor bastante mayor que la potencia promedio que el equipo está emitiendo. Se utiliza esta forma de expresar la potencia porque la mayoría de los equipos no pueden sobrepasar, por razones técnicas, intentarlo produce recortes indeseables de la señal.

Transceptores

Casi siempre la trasmisión y recepción se efectúa en una misma banda, frecuencia y modalidad, por lo tanto la operación se facilita si un mismo equipo puede hacer ambas cosas coordinadamente.
Un transceptor combina el trasmisor y el receptor en un solo aparato. Frecuentemente comparten etapas para economizar material y tamaño, también coinciden en el modo y la frecuencia de trabajo, agilizando la operación. Eso no es un imperativo y por ello suelen tener facilidades para independizar más o menos la trasmisión de la recepción, si la conveniencia lo exige.
Antiguamente era común tener separados los receptores de los trasmisores tanto operativa como  físicamente. Actualmente la disposición en unidades separadas se continúa empleando en equipos de construcción propia porque simplifica la construcción y experimentación. Los transceptores son populares en todos los modos, actualmente representan la mayor parte del parque de equipos en operación.

Transversores

Si se ha dedicado trabajo para lograr un buen equipo transceptor de una o más bandas o se lo ha adquirido comercialmente, a veces resulta conveniente aprovechar sus capacidades en alguna banda para la cual no fue previsto. Los transversores son unidades conversoras de frecuencia que operan tanto en trasmisión como en recepción que se agregan a transceptores existentes para lograr tal objetivo. Es una solución económica que amplía la aptitud de la estación para operar en otras bandas, aprovechando las bondades de un equipo ya existente.

En trasmisión consisten de una etapa conversora que traslada la frecuencia del equipo principal a la nueva banda, seguida de una o varias etapas amplificadoras de potencia. En recepción utilizan una etapa conversora de recepción (que puede estar precedida de una etapa preamplificadora de RF para mejorar la sensibilidad), quien traslada la frecuencia recibida a la que puede recibir el equipo principal.
Cada una de estas etapas se pone en funcionamiento y conmuta convenientemente según esté el equipo principal en trasmisión o recepción.
Es usual valerse de un equipo de FE (HF) para operar en bandas de FME (VHF) y FUE (UHF) o  aprovechar un equipo de Banda Ciudadana para operar en una o más bandas de aficionado ya sea de HF o VHF.

Equipos multimodo

Aunque se ha descrito básicamente el funcionamiento de los equipos tipo por tipo, ha sido a los efectos de destacar las particularidades de cada modo. La electrónica necesaria para construir un equipo capaz de operar en varios modos es casi la misma lo cual resulta muy conveniente; por ejemplo, siempre fue usual que un trasmisor de AM operara también en OC (CW)... Los primeros BLU (SSB) ya se construían para funcionar también en OC y AM indistintamente, Los transistores y circuitos integrados hicieron posible una miniaturización y disminución de costos que permitieron integrar en un solo equipo los modos más representativos, BLU, OC, AM y FM..

Desde el punto de vista técnico esta multiplicidad de posibilidades solamente significa compartir etapas comunes y efectuar las conmutaciones necesarias para reconfigurar la organización interna del aparato.

Amplificadores de potencia

Los amplificadores de potencia en general, son dispositivos que pueden transformar, de manera absolutamente controlada, la energía disponible en una fuente de alimentación, en energía de de audio, de radio, o cualquier otra forma útil que pueda asumir la electricidad para cumplir con algún propósito. Nosotros estamos interesados en los amplificadores de audio y radiofrecuencia pues son los más usados en nuestra actividad, pero un amplificador de potencia puede amplificar señales de control y otras. Por eso los amplificadores de potencia serán muy comunes en nuestros equipos.
En esta parte del libro no nos referiremos a ellos desde el punto de vista de su electrónica interna sino como un aparato, módulo o accesorio utilizado en la estación.
Existen diferentes tipos de amplificadores y su clasificación, como toda clasificación, es en cierto modo arbitraria y sujeta a las conveniencias del caso. En radio hay dos clases fundamentales de amplificadores: Los amplificadores lineales y lo no lineales. Debemos recordar siempre que los amplificadores no producen energía, la energía proviene de la fuente de poder. Los amplificadores siempre consumen energía de la fuente en el proceso que se convierte parte en señal útil y parte en calor, y cuanto sea una u otra determinará su eficiencia..

Amplificadores lineales: Son amplificadores de potencia cuya salida es una copia idéntica (o al menos lo más parecida posible) pero ampliada de la señal de entrada. Esto quiere decir que si la amplitud de la señal aplicada a ellos varía, también tendrá que variar la de la salida en un monto porcentual equivalente sin producir distorsión en el proceso. Estos amplificadores son muy utilizados en radio, especialmente en equipos de BLU (SSB) y muchos más. Su mayor perfección estará dada por su mayor o menor capacidad para responder fielmente a las variaciones de la señal de entrada.
No todo amplificador instalado en la salida de un equipo para obtener más potencia es un amplificador lineal. Por ejemplo los amplificadores que habitualmente se agregan a un equipo de FM serán simplemente "amplificadores de potencia" y en general no serán "lineales". Todos los equipos de BLU y receptores poseen en su interior muchos amplificadores lineales, en la jerga cotidiana se otorga ese nombre a un amplificador externo que se se intercala entre la salida del equipo y la antena.

Amplificadores no lineales: Se emplean cuando la potencia de salida no necesita estar relacionada con alguna variación de la potencia de entrada. Son posibles ejemplos de estos amplificadores las etapas amplificadoras de RF de un trasmisor de AM o FM, las etapas amplificadoras de osciladores, etc. Un resultado (que puede ser deseable o no), es que la amplificación alineal de una señal de radio produce frecuencias que no existen en la señal original. Estas frecuencias son múltiplos enteros de la señal aplicada y se conocen como armónicas. Estas frecuencias pueden ser eliminadas mediante filtros adecuados, si fuera necesario o aprovechadas para multiplicar la frecuencia y obtener nuevas señales útiles (etapas multiplicadoras de frecuencia).

Clase de los amplificadores

La "clase" de un amplificador es un nombre originalmente dado por la "porción" (el concepto correcto es "ángulo") de ciclo de la señal de entrada que provoca la conducción eléctrica del dispositivo amplificador. Es un concepto que no es necesario desarrollar aquí, pero que está relacionados con la linealidad y la eficiencia de un amplificador de potencia. Las clases se identifican con letras. Los amplificadores más usuales son los de clase A, AB, B y C, D y E. Las tres primeras se emplean mucho en amplificadores lineales. Su eficiencia varía, pero en general no es muy alta (ronda entre el 25 y el 60 %). La "C", en amplificadores no lineales pero más eficientes (normalmente entre 50 y 70 %). Las clases más altas son consideradas fundamentalmente "de conmutación" y pueden proporcionar muy altos rendimientos. Por ejemplo la clase "D", utilizada en equipos de radiodifusión comercial y la clase "E" empleada en algunos equipos comerciales y equipos experimentales de radioaficionados.

Micrófonos

Los micrófonos empleados actualmente en la estación de radio son casi todos del tipo conocido como "de Electreto". El Electreto es un material que tiene la propiedad de conservar una carga eléctrica más o menos indefinidamente. Por su semejanza con la propiedad del hierro de quedar imanado (o cargado de magnetismo) se los denomina "materiales ferroeléctricos". Son micrófonos "de condensador" porque las vibraciones mecánicas producidas por la variación de presión que originan las ondas sonoras se convierten en variaciones de la capacidad del dispositivo y esta variación de capacidad a su vez origina una variación de tensión. Su antepasado más remoto era un micrófono donde el condensador (capacitor) tenía aplicado un campo eléctrico producido por una fuente externa de alta tensión (actualmente se sigue utilizando este método en algunos micrófonos clásicos de radiodifusión). Estos micrófonos normalmente incorporan en su diseño un amplificado separador que provee un salida de varias decenas de milivolt sobre cargas de impedancias medias. Requieren una fuente de alimentación para el amplificador interno.
También son muy utilizados los micrófono "dinámicos". Poseen un bobinado solidario a la membrana vibrante el cual, al moverse dentro del campo magnético permanente de un imán, produce una tensión eléctrica proporcional a la intensidad de las vibraciones. Su nivel de tensión de salida es bajo (algunos milivolts) igual que su impedancia de salida (algunos cientos de Ohm). Suelen intercalarse entre estos micrófonos y el amplificador, transformadores para elevar la tensión de salida (también se eleva la impedancia).
Hasta no hace muchos años eran muy populares los micrófonos de cristal. Consistían en una sal con propiedades "piezoeléctricas", lo cual quiere decir que producían electricidad al ser deformadas mecánicamente. También fueron muy populares los micrófonos de carbón (empleados hasta épocas recientes en los aparatos telefónicos); contienen partículas de carbón muy próximas entre si dentro de la cápsula, que están en contacto con la membrana. La resistencia del conjunto varía cuando esas partículas son más o menos comprimidas por las vibraciones de la membrana.

Teléfonos y parlantes

Los teléfonos y parlantes son los dispositivos más utilizados en toda la historia de la radio para convertir señales eléctricas en sonido. Los teléfonos de cristal se utilizaban en los primeros años de la radio. Consistían en una membrana vibrante, solidaria a un cristal piezoeléctrico que se deformaba al ritmo de la señal eléctrica que se les aplicaba; esto los hacía muy sensibles, algo casi imprescindible en un tiempo en que una amplificación adicional podía requerir de toda una válvula y sus circuitos asociados.
Los teléfonos más comunes usados hasta hace muy poco en los aparatos telefónicos hogareños, consisten de un par de bobinas fijas por las cuales circula una corriente eléctrica producida por la señal. Muy próxima a ellas se halla una membrana metálica de material ferromagnético que vibra al ser afectada por el campo magnético producido por las bobinas.
Los parlantes operan con un principio semejante, pero en ellos la bobina, que se halla inmersa en el campo magnético de un imán permanente, está adosada a una membrana o cono y es ella la que se mueve cuando se le aplica la corriente eléctrica producida por la señal de audio.

Empalme telefónico (Phone Patch)

Desde la aparición de la radio han convivido en el mundo dos medios de comunicación: La telefonía alámbrica convencional y la radiotelefonía. La vinculación entre ambos sistemas tiene obvias ventajas. Los radioaficionados emplean para este fin dispositivos bastante simples que permiten interconectar su equipo de radio con la línea telefónica.
La línea telefónica utiliza solo dos hilos, tanto la señal entrante como la saliente emplean simultáneamente este par hilos. En un equipo de radio la señal de audio recibida normalmente está presente sobre un par de hilos (los cables de salida del parlante) mientras que la que ha de ser trasmitida lo está sobre otro (los cables de entrada de micrófono). Es necesario incorporar algún dispositivo que permita la interfase entre el sistema de dos hilos y el de cuatro. El dispositivo se conoce como "híbrido" y puede ser desde un sencillo transformador hasta un complejo circuito electrónico activo.
El empalme telefónico puede requerir el auxilio del operador o ser prácticamente automático. La legislación de los distintos países ha limitado la utilización de estos dispositivos durante décadas, sobre todo para evitar que la radioafición fuera una tentación para ofrecer servicios telefónicos "alternativos". Hoy con la popularidad y posibilidades que brinda la Internet estas limitaciones quedan desdibujadas por una tecnología que supera y soslaya  conceptos caducos en materia legislativa de comunicaciones.

Radiogoniometría - radiolocalización

Goniometría significa literalmente: "medición de ángulos". La radiogoniometría es una técnica para determinar la dirección de donde provienen las señales producidas por una estación de radio u otra fuente de radiofrecuencia.  Para hacerlo se utilizan antenas direccionales u otros dispositivos apropiados. Por su intermedio se obtiene una "marcación", que es el ángulo respecto del Norte geográfico y medido en sentido horario, de donde provienen las señales; por ejemplo si la señal proviene del Norte su marcación será 0°, si proviene del Noreste 45°, del Este 90° y así sucesivamente. Mediante una carta o mapa de la región pueden trazarse la dirección de llegada de las señales en dos o más lugares diferentes y, con sencillos métodos geométricos, deducir la ubicación geográfica de la trasmisión.
Una actividad tradicional relacionada con la radiogoniometría es la llamada "caza de la zorra". Consiste en una competencia para encontrar la ubicación de una pequeña estación oculta (la zorra). Los aficionados, provistos de sus antenas y demás elementos para la radiolocalización, salen a la búsqueda de la zorra, resultando ganador el equipo que la encuentra primero. La estrategia y métodos de búsqueda son variados, es una competencia que requiere no solo de instrumentos sino también de inteligencia, conocimientos, experiencia y astucia para obtener los mejores puestos.

Una forma básica de radiogoniometría emplea antenas muy direccionales las cuales se orientan para hallar la dirección de mayor intensidad de las señales. Otras antenas utilizan la propiedad opuesta: Dan marcaciones mas nítidas cuando se orientan buscando la dirección (y sentido) en que la intensidad de señal recibida es mínima.
Otros métodos están basados en el hecho de que, si se unen mediante una línea imaginaria dos antenas receptoras, de acuerdo a como esté orientada esta línea la señal llegará primero a una antena antes que la otra, dando lugar a una diferencia de tiempos (diferencia de fase) de arribo de las señales, que puede emplearse para encontrar la dirección (si una antena está más cerca de la fuente emisora que la otra recibe a la señal "primero").
Otro método muy ingenioso y popular hoy en día, conocido como "goniómetro Doppler", muestra directamente en un cuadrante la dirección de donde arriban las señales sin necesidad de orientar antenas, facilitando la búsqueda.
La radiogoniometría es un arte muy elaborado pues son muchos los factores que influyen para modificar la dirección aparente de la onda de radio, por eso,  una marcación siempre está sujeta a errores de medición causados por diversas fenómenos.

Radioastronomía Amateur

 

Bibliografía consultada en este capítulo

Terman Frederick E., Manual del Radio Ingeniero,  Editorial HASA. Bs. As. 1947

The Radio Amateur Handbook, ARRL Press,. 2003.

LaTHI, B.P., Communication Systems

Everitt, William Littell., Communication Engineering 2nd Ed., Mc Graw-Hill, 1937

Copyright © 2004 - 2012 Miguel Ricardo Ghezzi - LU 6ETJ - Argentina.

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Sistemas de modulación D:\0__Hby\0__Ham\all-about-modulation.htm

En radio Encarta tabla de frecuencias