Caracterización de emisora de FM comercial
En el curso 2014-15, os describo en esta página algunas de las características que presenta la emisora de FM comercial disponible para realizar prácticas de radiocomunicación en el IES. El frontal de la emisora y del múltiplex asociado, son los que aparecen en la fotografía. A la salida del vatímetro direccional, tendríamos que conectar la antena bajo pruebas, pero en su lugar deberemos de utilizar una carga de 50 ohmios/20 W de radiofrecuencia, para no interferir en los servicios de radiodifusión.
Básicamente, disponemos de una emisora de FM comercial de 20 vatios de potencia de radiofrecuencia y que admite dos entradas de modulación simultáneas: Tiene una entrada de banda base y otra de subportadora, al lado del conector de antena, disponible en entrada con conector XLR y con conector BNC, tal y como se aprecia en la fotografía siguiente:
Dado que en el IES se dispone de un módulo multiplexor estéreo, similar al que está disponible en cualquier emisora de FM comercial, vamos a realizar las pruebas de la misma utilizando dos señales procedentes de dos micrófonos que se aplicarán al módulo multiplexor, simulando las señales de audio.
El conector de antena es un conector N hembra, que se conectará normalmente por medio de un conector N macho con cable coaxial RG-213 a la antena.
En el frontal de la emisora, nos vamos a encontrar con un indicador analógico o vúmetro, que nos va a indicar (que no medir), la potencia incidente, la potencia reflejada y un potenciómetro no visible en la fotografía, para ajustar la potencia de emisión (la lectura es orientativa, pero nos permite ajustar desde unos pocos vatios hasta un máximo de 20-25 vatios).
El vúmetro incorporado, va a tomarnos una muestra de la señal de radiofrecuencia que se emite hacia la antena por el amplificador de radiofrecuencia configurado en clase C que incorpora la emisora; ésta tiene un acoplador direccional integrado que nos va a tomar una muestra de la potencia directa y otra de la potencia reflejada que por medio de un diodo recticador, van a generar una tensión continua que se muestran en el vúmetro, según la escala que seleccionemos con el pulsador de "medidas".
Es de reseñar que si la emisora funciona correctamente, NO SE TOCARÁN LAS BOBINAS DE LA ETAPA DE POTENCIA, PUESTO QUE ESTÁN AJUSTADAS PARA PRESENTAR UNA INDUCTANCIA CONCRETA DE VARIOS NANOHENRIOS, si se "juntan" o "separan" las espiras, ésta cambia. Si modificamos su valor, variaremos el ajuste de los filtros paso bajo, paso alto o paso banda de radiofrecuencia y podemos provocar intermodulaciones o variar la potencia de emisión, siendo posteriormente difícil de ajustar sin la instrumentación adecuada.
La etapa de potencia de la emisora, una vez quitada la tapa superior de protección que actúa como "jaula de Faraday", es la que aparece en la figura:
El potenciómetro frontal de la emisora de ajuste de potencia, lo que nos va a regular es la tensión de alimentación de la etapa de potencia, regulando automáticamente la potencia de emisión. Basta aplicar la fórmula de la potencia para comprobar como variando simplemente la tensión de alimentación, varía la potencia de salida.
Pot (W) = V2(tensión de alimentación)/R(impedancia de salida)
Se puede asimismo observar, en la parte derecha de la etapa de potencia, el acoplador direccional: los dos hilos verde y amarillo que aparecen en el acoplador direccional, uno "mide" la potencia directa (color verde) y otro la potencia reflejada (color amarillo), realmente rectifican la señal muestra acoplada y por medio de los condensadores la convierte en una tensión continua; su valor aparece en el vúmetro antes mencionado.
Estos valores son meramente orientativos, para tener una lectura real de la potencia de emisión, deberemos de conectar el vatímetro direccional con la sonda de potencia adecuada (de hasta 25 W si queremos emitir 20 W, de 10 W si queremos emitir 5 W, etc.) y a continuación de éste, la antena de emisión real. De esta forma mediremos la potencia emitida real y la reflejada real.
El diseño de amplificador en clase C, es ampliamente utilizado en los equipos de radio móvil privada también, no solo en emisoras de FM, como se puede ver en esta etapa de potencia de la emisora de radio móvil privada modelo ATR 681 de Alcatel:
Por otro lado, en la emisora del IES, tal y como se observa en la siguiente fotografía, la señal de audio que aplicamos en la emisora de FM a la etapa de potencia, procede de la etapa que es a la vez, etapa de modulación y de PLL (Phase-Locked Loop). El integrado más próximo al cristal de cuarzo, es el oscilador de cuarzo dispone de un condensador ajustable para ajustar la frecuencia de referencia.
El circuito integrado (HEF4059BP) más próximo a los conmutadores rotativos que controlan las centenas, decenas, unidades y décimas de Megahercio, y que en el momento de las pruebas se encuentra preprogramado a 99,00 Mhz.
Los dos transistores de potencia de esta etapa (equipados con un disipador circular con aletas de color negro), proporcionarán en torno a los 2 vatios o más, actuando a modo de etapa excitadora para el amplificador de potencia.
Una vez descritos los dos módulos básicos que integran esta emisora de FM comercial, vamos a proceder a comprobar su funcionamiento.
MEDIDAS REALES EN LA EMISORA DE FM COMERCIAL
Para realizar las mediciones de los parámetros característicos de la emisora, vamos a utilizar fundamentalmente tres instrumentos de medida: Vatímetro de radiofrecuencia, frecuencímetro y analizador de radiocomunicaciones.
El vatímetro que utilizaremos es conocido por su fiabilidad y robustez, el BIRD 43 de la figura:
Las medidas que se pueden efectuar en esta emisora, son fundamentalmente la frecuencia y la potencia de emisión. La frecuencia y la potencia de emisión deben ser la que haya autorizado la Secretaría de Estado de Telecomunicaciones.
Es muy importante reseñar que para medir la frecuencia de emisión de cualquier emisora, normalmente vamos a emitir únicamente la portadora sin modular, leyendo en el frecuencímetro, la frecuencia real de emisión de una manera precisa. Deberemos medir durante varios minutos la frecuencia de emisión para comprobar la estabilidad de la frecuencia de emisión, que no debe superar los márgenes autorizados por el organismo de telecomunicaciones competente en materia de emisiones radioeléctricas.
La mayoría de los frecuencímetros de precisión, no admiten más allá de 20 dBm de potencia de entrada, con lo que deberemos de añadir al menos un atenuador de 20/30 dB/20W en la entrada del frecuencímetro.
Así, si estamos emitiendo 20 W (43 dBm) y atenuamos 30 dB la señal a la entrada del frecuencímetro, éste estaría recibiendo 13 dBm de potencia de entrada, con lo que no deterioraríamos el frecuencímetro.
Si por el contrario, se utiliza un comprobador de radiocomunicaciones como el Marconi 2965A, podemos modular sin problemas para medir la frecuencia exacta, ya que es un equipo de medida preparado para ello y que efectúa las medidas de potencia con portadora de audio con más precisión.
Dado que se está utilizando dentro de un laboratorio con fines educativos y no se va a conectar a ninguna antena, sino a equipos de medida y que se ha limitado el potenciómetro de potencia de emisión a 1W, acoplando un atenuador de 20 dB/20W a la salida, no es necesario.
El cableado que realizaremos de la emisora, para medir su potencia de emisión y su frecuencia consistirá en un cable RG 213 o similar (de 50 ohmios de impedancia) con conector N macho en ambos extremos, uno de los cuales irá al vatímetro BIRD 43 y el otro a la salida de la emisora, como en la fotografía:
A modo de introducción se incluye un vídeo de youtube en el cual se ve lo sencillo que resulta sustituir las sondas de medida de una determinada potencia y banda de frecuencia por otra; también como, al girar a la derecha (potencia directa) o a la izquierda (potencia reflejada), tenemos realizadas todas las mediciones básicas con este vatímetro.
Cuando todo esté cableado y conectado, procederemos a encender la emisora, obteniendo así la potencia de emisión por medio del vatímetro BIRD 43 y la frecuencia de emisión, con un frecuencímetro PROMAX. Para proteger el frecuencímetro y no quemarlo por exceso de potencia, a la salida del vatímetro BIRD 43 conectaremos al menos un atenuador de 20 dB/20W, que protegerá nuestro frecuencímetro.
Una vez comprobada que la frecuencia de emisión es casi la configurada en el sintetizador (99,00 Mhz) y la potencia que suministra la emisora es de unos 25 W, podemos ajustar la potencia de emisión, con el potenciómetro correspondiente a un nivel de 5W por ejemplo o al nivel autorizado por el organismo competente en la zona en la que estemos utilizando la emisora.
Una vez realizadas estas comprobaciones, sobre todo la frecuencia de emisión (para luego localizar nuestra emisora en el dial de cualquier receptor de radio de FM), ya podemos conectar el módulo multiplexor estéreo a nuestra emisora para modular el audio.
Espero que el video que he colgado con el cableado y medidas a realizar, os resulte útil para entender el proceso de medida, aunque procuraré apartar un poco más la cabeza.
