Equipos de medida en sistemas de telecomunicación < 500 Mhz
Cuando se trata de realizar mediciones en las instalaciones de telecomunicación, hay que utilizar equipos de medida muy concretos y que frecuentemente solo los ingenieros y técnicos que hemos trabajado en instalaciones de sistemas de transmisión digital, radioenlaces y radio móvil, conocemos.
Para facilitar el conocimiento de estos equipos, aquí os detallo los que utilizábamos en el departamento de Instalaciones de Radioenlaces, Estaciones Terrenas y Comunicaciones Móviles de Alcatel, hace unos años.
Se trata de equipos muy caros, muy pero que muy robustos para su uso intensivo y que facilitan la formación de los técnicos de telecomunicaciones. Si no es posible, hay otros equipos similares más baratos y en su defecto, con la equipación de las aulas se pueden realizar al menos para fines educativos.
Hay que tener en cuenta que los instaladores de equipos de telecomunicación, normalmente no van a llegar los equipos para ajustar los sistemas de telecomunicaciones ni las emisoras de radio; éstas se ajustan en los laboratorios de radio, se comprueban y el instalador solo instala el cableado de antena y de alimentación, monta los equipos en los vehículos, verifica la ROE, comprueba la tensión de alimentación y poco más. Los equipos de transmisión digital son probados en las fábricas antes de su instalación y verificación.
Estas tareas son las que un técnico de telecomunicación va a realizar en el taller para que el instalador se limite a montar el equipo previamente ajustado y configurado.
Sin embargo, un técnico de pruebas de telefonía móvil (3G, 4G, 5G, radioenlaces, etc), debe de realizar más comprobaciones: verificar que las antenas están apuntadas, medir la ROE (en muchos equipos no es posible por llevar la antena integrada), medir las tensiones de alimentación y medir la tasa de error digital del sistema montado (esta última medida permite verificar casi completamente el sistema). Si ésta falla, normalmente se deberá de revisar la instalación o ver si hay alguna interferencia radioeléctrica: en ese caso se deberá de utilizar el analizador de espectros.
Aparte de lo que son las comprobaciones técnicas de los equipos, hay otros parámetros que tienen que comprobar los técnicos, pero la tabla solo pretende relacionar TODOS LOS INSTRUMENTOS QUE UTILIZÁBAMOS EN INSTALACIONES DE RADIOENLACES DE MICROONDAS Y EMISORAS DE RADIO. He añadido las marcas y modelos de equipos de más calidad, pero en los centros de formación no se requieren esos niveles de calidad, sino su durabilidad.
Tipo de equipo Parámetro a medir Equipo de medida Observaciones
| Emisora de radio móvil PMR | Potencia máxima de RF SINAD (a 20 dB) Frecuencia de emisión /recepción Desviación nominal y máxima ROE Tensión de trabajo | Vatímetro de Radiofrecuencia directivo Analizador de Radiocomunicaciones Frecuencímetro Analizador de Radiocomunicaciones Vatímetro de Radiofrecuencia directivo Multímetro digital Atenuadores de 10/20 dB/20 W | Los equipos de medida pueden ser, entre otros: Comprobadores de radiocomunicación tipo Marconi 2965A o CMS52 de R&S Frecuencímetro hasta 18 Ghz Vatímetro direccional BIRD 43 o HP437B con sondas bolométricas tipo HP8481 Acoplador direccional Multímetro digital genérico Atenuadores de 10/20/30 dB/20 W de Narda hasta 8 Ghz |
| Emisora de radio AM/FM | Potencia máxima de RF Frecuencia de emisión/recepción Desviación nominal y máxima ROE Tensión de trabajo Emisión de armónicos | Vatímetro de Radiofrecuencia directivo Frecuencímetro + Atenuador 20 dB/20W Analizador de Radiocomunicación Vatímetro de Radiofrecuencia directivo Voltímetro Analizador de espectros + atenuador | Los equipos de medida pueden ser: Analizador de radiocomuniación Marconi 2965A o CMS 52 de R&S Vatímetro direccional BIRD 43 o similar con sondas Atenuadores 10/20/30 dB/20 W de Narda Analizador de espectros HP8591A hasta 2 Ghz Analizador de modulación |
| Radioenlaces digitales PDH/SDH | Potencia de emisión Potencia de recepción Medida de interferencias Tasa de error (BER) Tensiones de alimentación | Vatímetro de RF con sondas Sondas de alta y baja potencia Analizador de BER Analizador de espectros | Los equipos de medida recomendados son: Vatímetro de radiofrecuencia tipo HP437 con sondas HP8481 y HP8484. Acoplador direccional 4203 de Narda Analizador de BER Anritsu ME520, PF4, HP3764 o similar para PDH Analizador de espectros HP8562A |
En el caso de las mediciones de radio en una estación de telefonía móvil, tendríamos estas medidas básicas, una vez que se ha instalado en el vehículo o medio de transporte:
- Medida de la potencia directa con vatímetro de RF + atenuador de potencia de 20 dB/20W.
- Medida de la potencia reflejada con ídem. o utilizando un vatímetro BIRD 43 o similar, con lo que hemos medido la R.O.E. o un analizador vectorial (que incorpora un acoplador direccional).
- Medida de la frecuencia/espectro de emisión con analizador de radiocomunicación o de espectros.
- Medida de tensiones de alimentación, de baterías, etc. con multímetro digital.
A los parámetros que aparecen mencionados, que se corresponden con las medidas típicas que se realizan en los equipos de radio fija y móvil, se pueden añadir otras adicionales, o incluso reducirse, según se acuerde entre el suministrador del equipo y los clientes finales, pero normalmente se deben de revisar casi todos ellos, con excepciones.
En los radioenlaces de microondas compactos actualmente en fabricación, similares a los Minilink o Melodies, no se puede medir la potencia ni la frecuencia de emisión ni la de recepción fácilmente; tenemos que recurrir al software de los fabricantes, que nos dan esos valores, puesto que no se pueden medir estando en lo alto de un mástil. Habría que utilizar un adaptador de guiaondas a conector SMA hembra conectándolo a la salida de microondas (quitando la antena integrada) y mediríamos la potencia de emisión, el espectro de emisión y si podemos anular la modulación de señal, la frecuencia de la portadora.
Sí se puede medir la tasa de error binaria (B.E.R.), puesto que es accesible en el interior de las casetas de los radioenlaces de telefonía móvil, por medio de la IDU y los equipos de transmisión digital asociados. Esta prueba de BER realizada durante horas o días, como se realizaba hace años para la mayoría de operadores de telefonía, garantizaba la instalación de todos los equipos: si en varios días de medición no había errores de funcionamiento, pese al fadding, lluvia, viento, sol, etc., normalmente el sistema no fallaba.
A continuación, voy a incluir las fotografías de los equipos de medida usualmente utilizados para medidas en emisoras de radio móvil y radioenlaces y en otros casos, con el nombre y el enlace para el fabricante.
EQUIPOS DE MEDIDA EN EMISORA DE RADIO MÓVIL PMR
Los equipos que nos van a hacer falta para comprobar un equipo de radiocomunicación, que se instale en un vehículo, autobús o en un tren, por parte de los instaladores, son fundamentalmente:
1. Un multímetro, como cualquiera de los que tiene un técnico de instalaciones. Nos permitirá comprobar la continuidad de cables de pares, coaxiales, etc., así como realizar medidas de tensiones de alimentación.
2. Un vatimetro direccional, para comprobar, una vez instalado el cable de antena y la antena en su posición, comprobar la ROE del equipo. El equipo de medida utilizado durante muchos años por su fiabilidad, es el vatímetro BIRD 43:
Aunque hay muchos vídeos de su uso en internet, aquí añado uno de youtube en castellano, con un ejemplo de medida típico: comprobar la ROE de la antena de una emisora. El método vale para cualquier dispositivo bajo prueba (Device Under Test si se miran vídeos en inglés) para medir su potencia y su ROE.
Con este vatímetro y la tabla de ROE que viene serigrafiada en la parte posterior del equipo, mediremos la ROE de la instalación en cuestión. Normalmente no se admite una ROE superior a 1,7, pero esta medida la determina la ROE que tenga la antena: La ROE de la instalación no será nunca menor a la ROE intrínseca de la antena.
Si la antena tiene una ROE intrínseca de 1,7, la ROE del cableado y la antena, no va a ser menor de 1,7.
Si nos quedara alguna duda acerca del funcionamiento de la emisora de coche, de tren o de lo que sea que vamos a instalar, porque no se transmite o recibe audio, etc., llevaríamos la emisora al laboratorio/taller de reparaciones y sustituiríamos el vatímetro por el analizador de radiocomunicaciones para verificar cuál es la potencia, la frecuencia de emisión y la sensibilidad de recepción, debido a que estos equipos no se suelen equipar con la opción de funcionar conectador a 12 Vdc de los vehículos donde se use.
En la imagen, se observa el analizador de radiocomunicación en función analizador de espectros, mostrando la portadora de 98.999 Mhz de, en este caso, una emisora de FM comercial, con la potencia ajustada a 5.87 vatios.
La siguiente prueba, si habíamos tenido problemas con la emisora, es aplicar la modulación de audio estéreo (en este caso). Esta modulación sería visible en el analizador de espectros del equipo de medida, tal y como se ve en la imagen:
Un analizador de espectros de los utilizados por los técnicos de instalaciones de radio, es el que aparece en el "carro de transporte": es un analizador de espectros de HP, modelo 8590 (el número de las unidades nos indica la banda de frecuencias que cubre), que cumple normas militares para transporte: soporta caídas/transportes en cualquier vehículo, por caminos sinuosos:
A modo de introducción, añado aquí un vídeo de youtube con el manejo de este mismo tipo de analizadores de bajo coste (20.000 € en lugar de los 40.000 € del HP8562A en los años 90).
Otros equipos de medida adicional que se pueden utilizar en lugar de un analizador de radiocomunicaciones costoso, serían:
- Para medir la frecuencia de emisión, un frecuencímetro (de hasta 200 Mhz, como los Promax disponibles en la mayoría de los IES). Llevaría un atenuador de 20 dB/20W en la entrada para la medida de la frecuencia de emisión.
- Un atenuador de 20/30 dB/20 W de Narda o similar, para que, en el peor de los casos lleguen unos 20 dBm de potencia al frecuencímetro y hasta 8 Ghz aproximadamente (dependerá de en qué banda de radio estemos trabajando). He añadido unas especificaciones técnicas de estos atenuadores como documento anexo y una fotografía actual de un montaje con estas características.
- Un vatímetro direccional tipo BIRD 43 o similar; este modelo incorpora sondas detectoras intercambiables según la banda de frecuencias con las que trabajemos.
Con ello aseguramos que la frecuencia de emisión es la correcta (ojo con pulsar el PTT y no emitir audio, puesto que éste, al modularse sobre la portadora de FM, variaría la frecuencia de emisión).
El banco de trabajo más sencillo que he dispuesto en el curso 2018, es el siguiente:
Se puede comprobar que solo necesitamos una fuente de alimentación de 12 V/3A, un vatímetro direccional con una sonda de 10 W/100 Mhz, en cuya salida hemos insertado atenuadores de 30 dB/20W para que, al medir la frecuencia de emisión, el frecuencímetro no se estropee por la potencia de la emisora.
EQUIPOS DE MEDIDA EN RADIOENLACES DE MICROONDAS
En el caso de los radioenlaces de microondas digitales de alta capacidad, los equipos suelen ser bastante costosos y voluminosos en general.
En los radioenlaces de alta capacidad o para orientar las estaciones terrenas tipo Hispasat, que tenían los módulos de radio instalados en el interior de las casetas, solían ser necesarios entre otros, los siguientes equipos de medida:
- Vatímetro de RF tipo HP435B , HP437B o similar.
- Sondas de alta potencia tipo HP 8481A o similar hasta 18 Ghz asociadas al HP435B.
- Sonda de baja potencia tipo HP 8484A o similar, hasta 18 Ghz asociadas al HP435B.
- Analizador de espectros tipo HP8562A o similar hasta 26 Ghz y bajo ruido.
- Generador de RF en la banda de trabajo.
- Frecuencímetro de microondas HP5051 o similar, hasta 20 Ghz.
- Acoplador direccional Narda 25016 o similar hasta 20 Ghz.
- Atenuador 20 dB/20 W de Narda o similar, hasta 10 Ghz.
- Multímetro digital Fluke 77 o similar.
- Medidores de tasa de error hasta 140 Mbit/s PDH o SDH, tipo ME520 B, HP3764, PF4, etc.
Es de reseñar que estos equipos de medida, deben de ser calibrados periódicamente de acuerdo a las normas del fabricante, para evitar errores o falsas mediciones.
Las medidas que vamos a efectuar solían ser las habituales en cualquier equipo de radiocomunicación:
- Se mide la potencia de emisión del radiocanal (normalmente no suele emitirse más allá de 27 dBm), utilizando el vatímetro HP435 + sonda HP 8481A + atenuador 20 dB/20 W de Narda. Si el valor medido es menor del estipulado, se debe de revisar el equipo emisor.
- Se mide el nivel de potencia recibida, utilizando el vatímetro HP 435A + sonda de baja potencia HP8484A, puesta a masa. Nos permite medir niveles de -20 dBm hasta unos -60 dBm (no recuerdo los límites). Si el nivel recibido es menor del estipulado, se revisará toda la cadena de recepción hasta localizar el problema.
- Se mide la frecuencia de emisión del oscilador del radiocanal (frecuencímetro HP5051 + atenuador 20 dB/20W para no dañar el frecuencímetro).
- Se mide la ROE del sistema utilizando un acoplador direccional. Se mide la potencia de emisión del radiocanal y se mide la potencia en la salida directa del acoplador direccional; a continuación, se gira el acoplador direccional y se mide la potencia reflejada. La relación entre ambas nos dará la ROE del sistema radiante.
- Para comprobar si hay las emisiones de cada uno de los radiocanales están correctamente filtradas y no interferimos otros canales de radio, se conecta la salida de emisión del radiocanal modulando como si funcionara normalmente al analizador de espectros, que tendrá intercalado un atenuador de 20 dB/20 W para evitar deteriorar el analizador.
- Para ver si tenemos interferencias en nuestro radiocanal, se cortará la emisión de la estación remota hacia donde estamos trabajando y veremos en el analizador de espectros que no hay ninguna modulación en la frecuencia de trabajo de nuestro radiocanal (entre 8 y 20 Ghz).
Así, si por ejemplo quisiéramos medir la potencia que transmite nuestro generador de RF para tomar una señal de referencia a la hora de realizar las medidas, lo conectaríamos sobre el analizador de espectros. Dado que no tengo uno, voy a utilizar la función que tiene el analizador de radiocomunicaciones como analizador de espectros y conectarle el generador de RF.
Se puede comprobar que el generador de RF dispone de unos atenuadores por pasos incorporados para variar el nivel de la señal de RF aplicada, de 876,2 Mhz.
Para las mediciones de potencia en microondas (> 1 Ghz), donde las potencias no suelen exceder de los +27 dBm, se suelen utilizar bolómetros y sondas bolométricas, que soportan potencias en torno a los + 20 dBm; para medir potencias superiores suele añadírseles algún atenuador de 20 dB (por ejemplo) y proteger la sonda.
Un ejemplo de estos equipos que se utilizaban en los años 90 y que siguen perfectamente vigentes, serían el vatímetro HP 437B con una sonda HP 8481A u otra similar. Como no he encontrado un vídeo en castellano, añado dos en inglés con este equipo y diferentes sondas de medida.
En este video con el equipo de medida HP437B, podemos añadir diferentes sondas que configuraremos por menú en la pantalla y luego, según la frecuencia a la que estemos trabajando, le aplicaremos el coeficiente de compensación que aparece en la 1ª imagen del vídeo. En un primer momento, se calibra el medidor con la sonda y a continuación, ya podemos realizar la medida de la potencia, que visualizaremos normalmente en dBm.
En el siguiente, vamos a ver el mismo equipo HP437B, junto con las sondas que utilizábamos en radioenlaces de 8 Ghz: las sondas HP8481A (sonda para medir la potencia de los transmisores de microondas, máx. +27 dBm) y a la que añadíamos un atenuador de 20 dB/20W delante por protección y la sonda de alta sensibilidad (para medir la potencia recibida en antena, de -30 a -70 dBm aproximadamente).
A la sonda HP8484A, le debemos de añadir un cable conectado a tierra cuando vayamos a efectuar una medición: protegeremos la sonda de la electricidad estática que pueda tener el técnico y que puede fácilmente averiar la sonda, lo sufrí en una instalación.
En los radioenlaces digitales compactos actuales, la mayoría de estas medidas no se pueden efectuar puesto que los módulos se encuentran todos ellos integrados en un bloque hermético, conocido como ODU.
Solo podemos medir la tensión de alineamiento de la antena, sobre el punto de medida calibrado por el fabricante y, en ocasiones, si hay problemas ver las interferencias con un analizador de espectros, siempre que tengamos alimentación para el equipo de medida y las conexiones de las antenas sean accesibles:
En la siguiente imagen, podemos ver el terminal sobre el cual deberemos de conectar nuestro voltímetro en una escala baja (20 Vdc) para realizar la orientación o apuntamiento de la antena hacia el equipo de radio remota:
Cuanto más nivel de tensión de CAG (Control Automático de Ganancia), mejor orientada está la antena de este extremo. El proceso se repetirá en el extremo remoto hasta obtener el máximo nivel de tensión de CAG. Tras varios ajustes reiterativos, comprobaremos si el nivel de CAG se corresponde al valor en dBm esperado en el proyecto de este vano del radioenlace.
