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Electiva: Sistemas de Radiodifusión

UNIVERSIDAD DEL CAUCA – DEPARTAMENTO DE TELECOMUNICACIONES

Facilidades de Transmisión Radio

VICTOR MANUEL QUINTERO FLOREZ


Introducción



Transmisores AM

• Introducción

– Inicio de la radiodifusión publica ~ 1920.

• Metodos prácticos de demodulación o detección ~ 1900.

– Entendimiento práctico de la modulación angular ~1925.

• El nuevo modo de transmisión y la tecnología de recepción no

fue probada hasta mucho después que AM fue un estándar de

radiodifusión.

– AM → DSB-FC-AM. (Double Side Band Full carrier)

• 535 a 1705 kHz.

• Banda de onda Media (MW, Medium Wave).

• Norteamerica (región UIT 2) Separación de canal 10 KHz.

• Resto del mundo (regiones UIT 1 y 3) separación de canal 9 KHz.

• Onda larga (LW, Long Wave) regiones UIT 1 y 3. 150 to 280 kHz.

– Un modo no muy eficiente de transmisión.



Transmisores AM

• Introducción (2)

– 1930. La industria telefónica para enlaces a larga

distancia via radio → SSB-SC (Single Side Band –

Supressed Carrier).

• Mayor eficiencia.

• Mayor capacidad.

– La industria de la radiodifusión continuo con la AM

convencional por necesidad económica de mantener la

compatibilidad del receptor.

• Ingeniería de radiodifusión.

– Mayor fidelidad.

– Eficiencia de transmisión.

– Disponibilidad.

– Interferencia co-canal y canal adyacente.



Transmisores AM

• Introducción (3)

– 1940. El más alto desarrollo basado en tubos de vacio.

– ~1980 transmisores de estado solido.

• Mejor desempeño.

– ~1981 FCC aprobó de manera general AM estereo.

• No aprobo un estandar (AM, FM, TV).

• Múltiples formatos → Ningun estandar de Facto.



Transmisores AM

• Teoría de la modulación en amplitud


1

1

2 2

c c c

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2


Transmisores AM

• Teoría de la modulación en amplitud (2)



Transmisores AM

• Teoría de la modulación en amplitud (3)

– El ancho de banda de la señal AM es igual a

dos veces la frecuencia moduladora más alta

cuando no existe distorsión presente en el

sistema.

– Música de alta calidad incluye frecuencias tan

altas como 15 kHz → BW=30KHz.

– Distorsión por intermodulación y armónicos

tienen el efecto de expandir el ancho de banda

efectivo.




Transmisores AM

• Amplificadores de potencia.

– Amplificadores de alta potencia: 0.25 a 50 KW

• Tubos de vacio → un solo circuito.

• Estado solido → Varias etapas combinadas.

– Alta eficiencia

• Clases: C, C/D, D.

– Los primeros amplificadores clase B.

• Hoy se utilizan en etapas de baja potencia. (driver)

– Etapas finales clase C o D.

– Amplificadores de estado solido clase D estan llegando

a ser el estándar como etapas driver de amplificadores

→ etapa final de tubo de vacio o modulos de estado

solido en modernos transmisores AM.



Transmisores AM

• Amplificadores de potencia (2).

– Figura de merito → calidad del amplificador

• Ganancia

• Ancho de banda→ Punto de potencia mitad -3dB, -

1dB, -6 dB.

• Eficiencia

– limita la potencia de salida.

– Mayor eficiencia → más “fresco” el amplificador.

» Clase A → (10-20)%. Máximo 25%.

» Clase B → mayor eficiencia. Altos niveles de distorsión.

» Clase AB → (35-55)%. Máximo 78.5%.

» Clase D (amplificador por conmutación). → Hasta 97%.

» Clase C-F → alta eficiencia.



Transmisores AM


– Figura de merito(2)

• Linealidad

– Máximo nivel de entrada → saturación → distorsión.

– Punto de compresión de 1dB.

• Ruido → Figura de ruido.

• Rango dinámico de salida.

• Slew rate → voltios/segundo.

• Tiempo de subida (Rise time).

• Tiempo de establecimiento (Settling time) and ringing (rizado).

• Sobredisparo (overshoot).

• Factor de estabilidad



Transmisores AM


3



Transmisores AM




Transmisores AM

• Amplificadores de potencia (4).– Mientras los amplificadores basados en estado solido o

semiconductores han desplazado a los amplifificadores de tubo de

vacio (valvula) en aplicaciones de baja potencia, los tubos son

mucho más económicos en aplicaciones de alta potencia.

– Metodos de generación AM basados en tubos de vacio

• Modulación de anodo (plato, colector) de alto nivel (modulador de Heising).

1920. WWII.

• Chireix Outphasing Modulation. (Henry Chireix, 1935). (RCA → Ampliphase).

100KW.

• Modulación de anodo de alto nivel Clase “B”.

• Amplificador lineal de alta eficiencia. (W.H. Doherty, 1936). 1000KW.

• Modulación de impedancia/pantalla de alta eficiencia. 1938, Terman y Woodyard

• Modulación de anodo de alto nivel basada en modulación por anchos de pulsos

(PWM). Europa. 1960.



Transmisores AM

• Transmisores de estado solido.

– Desarrollo en estado solido para AM y SW han

aparecido desde 1984.

– Productos actuales disponibles en el mercado ofrecen

moduladores de estado solido y etapas de amplificación

final en RF basados en tubos de vacio (modulación de

anodo de alto nivel) de hasta 600 KW en onda corta

(SW) y media (MW).

– Productos enteramente en estado solido 1200 KW para

onda media.

– El tubo de vacio aún tiene futuro. Es una forma práctica

y económica de amplificación de potencia en RF.



Transmisores AM

• Transmisores de estado solido(2).

– Los nuevos diseños en estado solido cuentan

con un gran exito comercial.

• Alta eficiencia.

• Disponibilidad.

• Medida.

• Peso.



Transmisores AM


– 3 categorías:

• Modulación de audio en estado solido y amplificación de anodo de alto

nivel con tubos de vacio.

• Amplificación de colector de alto nivel en estado solido.

• Proceso de modulación AM es realizado por modulación por pulsos y se

realiza directamente en las etapas de amplificación de RF.

– La principal ventaja del estado solido es la alta eficiencia.

• Modulador de pulsos (tubos de vacio) + tubos de vacio → 90%

(50KW).

• Modulador de pulsos(estado solido) + tubos de vacio → 95%.

• Totalmente estado solido →>95%

– Con el incremento de los costos de energía el parámetro eficiencia

llega a ser muy importante.



Transmisores AM


– Thomcast• LW, MW y SW.

• 100-1200 KW.

• ABB Thomcast. (tubo de vacio)

• TSW 2250 250 kW SW SINGLE TUBE TRANSMITTER

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Transmisores AM


– Continental Electronics Corporation (CEC)• MW y SW.

• 100, 250, 500 kW y superior.

• Tecnología IGBT (insulated-gate-bipolar-transistors).

• http://www.contelec.com/default.htm



Transmisores AM


– Nautel Corporation

• http://www.nautel.com



Transmisores AM


– Harris

• Broadcast Division.

• Tecnica (PPDM, polyphase pulse-width modulation).

• Sistemas basados en PCM.

• Gestión web

• http://www.broadcast.harris.com/



Transmisores AM


– Armstrong Transmitter Corp.

• http://www.armstrongtx.com/



Transmisores AM


– Transradio

• http://www.broadcast-transradio.com/



Transmisores AM

• Transmisores de estado solido (8).

– Broadcast Electronics.

• http://www.bdcast.com/

http://www.contelec.com/default.htm









http://www.nautel.com/







http://www.broadcast.harris.com/









http://www.armstrongtx.com/







http://www.broadcast-transradio.com/
















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• Transmisores de estado solido (9).

– Sender.

• http://www.sender.cl


Transmisores AM



Transmisores AM

• Circuitos del transmisor

– Excitador/Generador de frecuencia portadora.

• El oscilador a cristal de cuarzo ha sido una fuente estable en

transmisores desde 1930.

– Empaques de vidrio.

– Empaques metálicos.

– Circuitería de control de temperatura.

• Requerimientos FCC.

– Tolerancia ±20 Hz.

– Estabilidad.

– Calibración.

• Uso de técnicas de sintetización de frecuencia.



Transmisores AM

• Circuitos del transmisor(2)

– Amplificación de potencia

• Tubos de vacio

– Clase C.

• Estado solido

– Clase D.

– Redes de salida RF

• Adaptación de impedancia de la etapa final de RF a la

impedancia de antena.

• Características de atenuación para lograr los requerimientos de

atenuación de espurios y armónicos.

– Uso de la carta de Smith.

– Determinación ROE (VSWR).



Transmisores AM


–Monitoreo y control del transmisor.

• Facilidades para ingenieros y técnicos que

colaboran con el mantenimiento y solución de

posibles problemas en el transmisor.

– Lógica de control con relevos.

– Lógica de control con circuitos integrados (IC).

–Uso de microprocesadores.

» Autodiagnósticos y asistidos remotamente.

» Control remoto.

• Requerimientos de funciones básicas de monitoreo.



Transmisores AM


– Fuente de voltaje de corriente directo

• Bajo rizado.

– Genera ruido y zumbidos a la salida del transmisor.

• Regulación dinámica.

– Afecta la respuesta transitoria de la modulación de baja frecuencia.

• Transmisores ≤ 5KW

– Conectado a una fuente AC de una sola fase 240V (EEUU).

• Transmisores = 10KW

– Fuentes AC de una o tres fases. (según fabricante).

• Transmisores ≥ 10KW

– Fuentes AC de tres fases. 480V para niveles de potencia de

100KW y 4160 o 11000V (EEUU) para altos niveles de potencia

portadora.



Transmisores AM


– Fuente de voltaje de corriente directo(2)

• Tres fases.

– Ventaja: más fácil de filtrar y provee una mejor regulación

dinámica de voltajes críticos del modulador que sistemas de

una fase.

• Una fase.

– Ventaja: Mayormente disponible.

– Desventaja: La rectificación requiere de un filtro L/C lo cual

permite cumplir el requerimiento de bajo rizado. El filtrado

LC crea resonancias en los rangos audibles y subaudibles

de frecuencias moduladoras cuando la circuiteria del

modulador es excitada por sonidos vocales o sonidos

musicales de percusión.








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Transmisores AM


– Fuente de voltaje de corriente directo(2)

• Tres fases.– Transmisores de alta potencia utilizan transformadores especiales

de alto voltaje que generan 6 fases a partir de las tres fases, y

cuando ellas son rectificadas en onda completa produce una forma

de onda DC de 12 pulsos rectificados que tiene bajo rizado y que

puede ser facilmente filtrada.



Transmisores AM

• Medidas de desempeño del transmisor

– Emisiones de espurios.

– Potencia de operación.

– Potencia entregada al sistema de antena.

– Capacidad de modulación.

– Distorsión total de audio frecuencia.

– Respuesta en frecuencia del sistema.

– Regulación de la amplitud de portadora.

– Nivel de ruido y zumbidos.

– Tolerancia de la frecuencia portadora.



Transmisores AM

• Pruebas de fábrica

– Respuesta de frecuencia audio.

• Receptores comerciales (respuesta del amplificador de audio)

– -3 dB.

» Frecuencia superior (2500-5000)Hz. 2500 Hz Valor comun.

» Frecuencia inferior (100-300)Hz. 200Hz valor comun.

» Frecuencias de prueba 400Hz, 1000 Hz. ±1 dB.

– Distorsión de Intermodulación y armonicos.

• <2%. THD. Modulación 90%. Para cualquier frecuencia de

modulación entre 50 y 10000Hz.

• <1%. THD. Transmisores de estado solido.



Transmisores AM

• Pruebas de fábrica(2)

– Distorsión de Intermodulación y armonicos (2)

• Distorsión de intermodulación (IMD) es mayor

que la distorsión de armonicos.

–Metodo ITU-R de medida.

–Dos tonos separados 170 Hz. Indice de

modulación (85-95)%.

–Productos de IM de orden impar se deben

encontrar 30 dB por debajo de cualquiera de los

dos tonos de modulación.

–Uso de analizador de espectro y monitor de

modulación.



Transmisores AM


– Ruido y zumbido AM residual.

• Requerimiento FCC. 60 dB por debajo del nivel de modulación de

400Hz/100%.

– Regulación de amplitud de portadora (Cambio portadora)

• ITU-R. Nivel de cambio de portadora.

• Cambio efectivo en el nivel de portadora debido al proceso AM.

• Causado por fuente regulada pobre o distorsión de armonico de orden

par, que genera un nivel de desplazamiento DC en la envolvente de la

señal RF modulada.

– Linealidad de fase de audio.

• Resultado de no linealidad de fase. Sobredisparo en el

transiente.

• Prueba. Modulación de onda rectangular. Sobredisparo en la

envolvente de salida.



Transmisores AM


– Ancho de banda ocupado.

• Medido con el uso de una fuente de ruido gausiano coloreado.

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Transmisores AM


–Salida de espurios y armónicos

• Método de medida de intensidad de campo.

–Potencia de salida de portadora

• Método calorímetro.– Procedimiento preciso y costoso.

– Medida física de las características térmicas del agua o de

otro liquido bien definido.

– La capacidad de absorber potencia es de 69.8W por °C por

litro de agua que fluye por minuto.



Transmisores AM


– Potencia de entrada y eficiencia operacional.

• Bajo condiciones de operación o condiciones

simuladas.

• Sistema de medida de kilovatio/hora.

• Método de medida estándar de disco rotante (gran

precisión) conectado a la línea principal de

alimentación AC.

• Diferente la medida de consumo si la señal de prueba

es senoidal o una señal aleatoria tipo voz.

• Metodos experimentales para medir la potencia de

salida de RF (kilovatio/hora)



Transmisores AM

• Transmisiones internacionales de onda corta.

– Inicio en 1920 al mismo tiempo que MW.

– Uso por parte de radioaficionados.

– Crecimiento sustancial antes de la segunda guerra

mundial en actividades propagandísticas.

– Después de la guerra con propósitos religiosos y

politicos.

– No comercial. Limitados oyentes con respecto a AM, FM

y TV.

– Limitaciones de calidad. Largas distancias, ruido y

desvanecimiento generado en la atmosfera.

– Muy popular fuera de Estados Unidos.



Transmisores AM• Transmisores de onda corta

– Similares a los de MW

• Modulación, control y monitoreo.

– Diferencias

• Alta potencia, mayor complejidad en sintonización, mayor

dificultad en la operación y mantenimiento.

– 50KW, 250KW, 500KW.

– Cambio entre frecuencias programadas sin intervención

del operador.

– Control remoto por computador.

– 1964. UIT. SSB.

– Con el fin de la guerra fría (1990) se ha declinado el

interés en SW.



Transmisores AM

• Procesamiento de audio y preacentuación

(preemphasis)– La tecnología de procesamiento de audio ha progresado bastante

desde 1980.

– Preacentuación.


Transmisores FM

• Introducción

– Los principios matemáticos de FM fueron

explicados muchos años antes de ser

implementados.

– 1930. Edwin H. Armstrong.

– Muchos teóricos clamaron que los experimentos

de Armstrong eran imposibles basados en

modelos matematicos porque requeria de un

ancho de banda infinito.

– Durante su vida no recibio credito a sus

contribuciones.UNIVERSIDAD DEL CAUCA – DEPARTAMENTO DE TELECOMUNICACIONES

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Transmisores FM

• Introducción(2)

– Ventaja de FM.

• Libre de estática.

• Mayor ancho de banda de audio.

• Habilidad de un receptor de FM de capturar la señal más fuerte

de dos o más señales en una misma frecuencia.

– 1940. FCC. Servicio de difusión de FM. 40 canales. (42-

50) MHz.

– 1945. 100 canales. (88-108)MHz.

– Baja aceptación hasta la introducción del multiplex

estéreo (1970).

– Medio dominante para programación musical.



Transmisores FM• Comparación AM – FM

– La banda FM es libre de interferencia atmosferica.

– FM. No grandes distancias.

– Rudio por descargas atmosféricas es casi despreciable y

limitado a la linea de vista.

– Ruido hecho por el hombre es la mayor fuente de

interferencia, particularmente en ambientes urbanos.

Este se reduce al incrementarse la frecuencia.

– FM. Mejor comportamiento frente a rudio.

– FM. Amplitud de envolvente constante. Remueve

variaciones de amplitud por estatica o ruido impulsivo

antes de alcanzar el demodulador.



Transmisores FM• Comparación AM – FM (2)



Transmisores FM

• Comparación AM – FM (3)

• Para una mayor reducción de ruido →

preacentuación → las componentes de frecuencia

de audio sobre 2.1 KHz son amplificadas a una

relación de 6dB por octava antes de ser aplicadas

al modulador → En el receptor se recupera la

respuesta plana → desacentuación → atenuación

de las altas frecuencias.

• Mejor relación señal a ruido.

• Mayor ancho de banda.

• Alta fidelidad. FM → 50Hz-15KHz.




– FM. Baja distorsión de amplitud (intermodulación y

armónicos).

– FM. Bajo nivel de ruido.

– Buena respuesta transitoria. (retardo de tiempo uniforme

contra frecuencia)

– FM. Multiplex → Sistema estéreo.

– FM. SCA (Subsidiary Communications Authorization).

Multiplexación de un canal de datos o audio adicional

junto a la transmisión estéreo. Subportadora sobre una

estación de radiodifusión.




– FM. Equipos con interfaces AES/EBU (AES3). Forma de transferir

audio digitalizado entre las diferentes facilidades de la estación de

radio. Permite conexiones totalmente digitalizadas → enlace estudio

transmisor digital → menor distorsión.

– Excitadores con síntesis digital directa de frecuencia (DDS, Direct

Digital Synthesis)


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Transmisores FM• Teoría de la modulación en frecuencia

– Modulación angular.

• FM y PM.



Transmisores FM• Teoría de la modulación en frecuencia (2)

– m → Índice de modulación.


m

fm

f



– Desviación de frecuencia. FCC. fΔ=±75KHz.

– La distribución de potencia en las bandas laterales depende del

indice de modulación.

– La amplitud y fase de la portadora y bandas laterales en función de

los coeficientes de Bessel.








cosc c n c m

n

x t A J m n t



– Nulos de Bessel


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– Nulos de Bessel(2)




– Nulos de Bessel(3)

• Para determinar el nivel de audio requerido para

lograr una desviación de 75 KHz, se aplica un tono de

audio de exactamente 8667 Hz (75000 dividido por

8.654). Se inicia con amplitud cero, se incrementa el

nivel de audio desde cero hasta que la portadora

desaparezca (tercer nulo de Bessel). En ese nivel de

audio la desviación es 75 kHz.

• La señal FM puede ser demodulada por un receptor

superheterodino y ese proceso no altera el indice de

modulación. La multiplicación o división de

freceuencia si lo altera.




– Ancho de banda ocupado

• El ancho de banda ocupado de una señal FM puede

ser lejanamente mayor que la desviación de

frecuencia de la señal.

• El ancho de banda ocupado es infinito (si todas las

bandas son tenidas en cuenta) → Se requiere la

transmisión de un número infinito de bandas laterales

para una demodulación perfecta.

• En la práctica una señal aceptable puede ser

obtenida en un ancho de banda limitado.




– Efectos de limitación de ancho de banda.

• El transmisor debe limitar el ancho de banda de RF → Las

bandas laterales superiores se veran afectadas en amplitud y el

retardo de grupo (tiempo) → distorsión.




– Efectos de limitación de ancho de banda (2).






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Transmisores FM

• Teoría de la modulación en frecuencia (12)


• Restricción de ancho de banda = 300 KHz.













• Recordando la multiplexación estéreo Fm (Composite signal).





• Recordando la multiplexación estéreo Fm (Composite signal).

(2)


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• Señal compuesta (L=4.5 KHz)+señal subportadora no modulada

(67KHz)













• Con limitación de ancho de banda.









• La distorsión depende del ancho de banda disponible y del

índice de modulación.


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– Preacentuación.

• Considerando


cos cosc c c i c ix t A t A t



– Preacentuación y desacentuación.



Transmisores FM


– Preacentuación y desacentuación(2).

• FCC. Preacentuación red RC con una constante de

tiempo (τ) de 75μs.

• El punto de 3dB tiene frecuencia.


6

1 12122

2 2 75 10f Hz

RC x





FCC. Curva línea solida.

FCC. Tolerancia. Entre las líneas

solida y punteada








• Densidad espectral de potencia de ruido antes y después de la

desacentuación en el receptor.


El voltaje de ruido se incrementa directamente con

la frecuencia, por lo tanto la densidad espectral de

potencia se incrementa con el cuadrado de la

frecuencia.

El uso de la preacentuación en el modulador

FM causa que el sistema se comporte como

un sistema FM para bajas frecuencias de

modulación y como un sistema PM para

altas frecuencias de modulación.

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Transmisores FM


– Preacentuación y desacentuación(6).• Si la transmisión es monoaural la red de preacentuación se

encuentra en el excitador antes de la etapa de modulación.

• Para transmisión estéreo se requiere que el modulador FM

tenga una respuesta plana a la señal banda base compuesta

proveniente del generador estéreo → redes de preacentuación

individuales para canales L & R antes de ser multiplexados.

• Generador de estéreo digital toma la señal AES3 (L & R en

tramas alternadas) → aplica preacentuación con técnicas de

procesamiento digital de señales.



Transmisores FM• Requerimientos de potencia de salida

– FCC regula en términos de la potencia radiada efectiva

(ERP).

• Clase de estación.

• Altura de la antena sobre el terreno (HAAT, Height Above

Average Terrain).

– Normas aplican sobre la componente de polarización

horizontal.

– Polarización elíptica o circular es permitida.

– El requerimiento de potencia de transmisión puede ser

reducido al incrementar la ganancia de antena.

• Compromiso entre el costo de la antena de alta ganancia y el

costo de un transmisor de alta potencia.



Transmisores FM• Requerimientos de potencia de salida (2)

– La longitud de la línea de transmisión asociada a la

altura de la torre, es una fuente considerable de pérdida

de potencia.

– Calculo del TPO (Transmitter Power Output) teniendo en

cuenta la ERP, la ganancia del arreglo de antena y las

pérdidas de la línea de transmisión.

– Valores comunes de TPO se encuentran entre 250 W to

70 kW. La mayoria de las instalaciones utilizan un TPO

máximo de 30 kW, y con arreglos de antena pueden

lograr una ERP de 100KW.



Transmisores FM• Transmisores FM



Transmisores FM

• Transmisores FM(2)

–Subsistemas

• Excitador FM.

• IPA

• Amplificador de potencia final.

• Sistema de monitoreo y control.

• Filtro RF LPF.

• Acoplador direccional.

• Fuente de alimentación.



Transmisores FM


–Subsistemas (2)


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Transmisores FM• Transmisores FM(4)

– Subsistemas (3)

• Excitador FM.

– Corazón del transmisor FM.

– Genera y modula en frecuencia la portadora.

– Convierte la señal de audio banda base (analógica o digital, mono o

estereo, subportadora (SCA)) a una señal modulada en frecuencia.

– Define las características más importantes de la señal FM (SNR, distorsión,

respuesta en amplitud, respuesta en fase, estabilidad en frecuencia, etc).

– AES3. Tecnicas de modulación digital FM → DDS (Direct Digital Synthesis)

→ NCO (Numerically controlled oscillator).

– Generación de FM indirecta.

» Mono. Empleo de técnicas de modulación en fase.

– Generación de FM directa.

» Estéreo. VCO o VTO (Voltage Tuned Oscillator). (Diodo varactor)




– Subsistemas (4)

• IPA (intermediate Power Amplifier)

– Requerido en algunos transmisores para amplificar el nivel de RF hasta un

nivel adecuado para manejar (drive) la etapa final.

• Amplificador de potencia final.

• Sistema de monitoreo y control.

• Filtro RF LPF

– Remover frecuencias armonicas no deseadas. (solo fundamental)

• Acoplador direccional.

– Indicación de las potencias incidente y reflejada desde el sistema de

antena.

• Fuente de alimentación.




– Subsistemas (5)

• Excitador FM directo.



Transmisores FM


–Subsistemas (6)

• Excitador–AFC (Automatic Frequency Control). Asegura la

estabilidad en frecuencia del oscilador (FCC

±2Hz), el cual utiliza como referencia un oscilador

a cristal estable.

–PLL (Phase Locked Loop) para controlar la

frecuencia promedio de la portadora.

» DDS elimina la necesidad de un PLL en el proceso de

modulación de FM.




– Subsistemas (7)

• Excitador

– PLL




– Subsistemas (8)

• Excitador FM Digital DSS


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– Subsistemas (9)

• Etapa de salida del excitador

– Amplificador RF de banda ancha.

– De unos poco milivatios → 5–50W.

– Protección en la salida contra desadaptación (ROE infinito).

– Ancho de banda de al menos 20MHz.

» No ajustes para una frecuencia especifica.

– Secciones de adaptación por cada etapa.

» Microcintas (microstrip) o elementos discretos (lumped).

– Acoplador direccional (microcintas)

– 50W. Puede ser utilizado como un transmisor de baja potencia

para entidades educativas. (+ filtro de armónicos a la salida).

– Para aplicaciones de alta potencia → “Driver” de un amplificador de

alta potencia.



Transmisores FM


– Subsistemas (10)

• Amplificador de potencia RF

– Cadena de amplificadores de potencia, cada uno con (8–20)

dB de ganancia de potencia.

– Baja y media potencia→ hasta 20KW → estado solido.

– Alta potencia → tubos de vacio.

– Existe un compromiso entre ancho de banda, ganancia y

eficiencia.

– Impedancia de salida: 50Ω.

– IPA.



Transmisores FM


–Subsistemas (11)

• Sistema de amplificación de potencia de

estado solido.

–Módulos.

» Combinación para lograr mayor potencia de salida.

» Redundancia.

» Reemplazo fácil en caso de falla.

» Enfriamiento más efectivo.

» Facilita el uso de combinadores/aisladores.

» Redundancia del sistema de enfriamiento y de fuentes

de alimentación → mayor disponibilidad.



Transmisores FM

• Transmisores FM(13)– Transmisores de estado solido

• Principales ventajas:

– Redundancia de amplificadores y fuentes de alimentación.

» Modulos identicos e Intercambiables IPA y PA.

» Los modulos pueden ser reeemplazados en operación.

– Desempeño superior de modulación en FM.

– Reducción de las labores de mantenimiento.

– Sistemas de control basados en microprocesadores.



Transmisores FM


– Transmisores de estado solido (2)

• Transmisor FM estado solido Harris “Z” 5 kW



Transmisores FM


– Costo transmisor estado solido Vs tubos


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– Sistema de control del transmisor.

• Relevos → estado solido→ microprocesaores.

– Control básico ON/OFF.

– Protección de sobrecarga.

– Protección de seguridad apertura del transmisor.

– Control de la potencia de salida.

– Capacidades de control remoto e interfaces de comunicación

(TCP/IP, SMNP, serial).

– Secuencias de calentamiento y enfriamiento → protección de

filamentos.

– Autodiagnóstico.

– Operación automática.

• Del sistema de control depende la disponibilidad del transmisor.




– Salida de RF y sistemas de filtros.

• Amplificadores de potencia no lineales, de alta eficiencia

generan considerable energía en componentes de frecuencia

que son multiplos de la frecuencia fundamental (armonicos).

• Uso de filtros pasabajos.

– Intermodulación de RF entre transmisores

• Debido al acoplamiento de dos o más transmisores → nuevas

componentes espectrales son generadas por la mezcla de

componentes fundamentales y armónicas generadas por los

transmisores.

– Acoplamiento de la salida de un transmsior en la etapa de salida no lineal

del segundo transmisor.

– IM3. (modo dominante)




– Intermodulación de RF entre transmisores (2)




– Medidas operacionales

• Medida de modulación

– Monitor de modulación o analizador de modulación.

– Transmisor con medidores o despliegues incluidos.

– Limite de desviación pico → ancho de banda → interferencia al canal adyacente.

• Medida de frecuencia portadora

– Monitor de frecuencia: ±2 Hz.

– Despliegue analógico o digital.

• Potencia de salida de RF

– Uso de vatimetro.

• Medida de la respuesta en frecuencias de audio.

• Medida de distorsión armónica de audio (THD)

• Medida de distorsión de intermodulación (IM) de dos tonos.

• Medida S/N.





• Monitor de modulación





• Monitor de frecuencia


18




• Medidor de potencia




– Consideraciones de instalación.

• Cableado

• Enfriamiento.

• Mantenimiento preventivo.




– Consideraciones de instalación (2).

• Enfriamiento (2).




– Consideraciones de instalación (3).

• Enfriamiento (3).



Transmisores FM• Excitadores FM

– RVR

• http://www.rvr.it

• http://www.rvrusa.com



• Transmisores

– RVR

Transmisores FM


http://www.rvr.it/

http://www.rvr.it/

http://www.rvr.it/

http://www.rvr.it/

http://www.rvr.it/

http://www.rvr.it/

http://www.rvr.it/

http://www.rvrusa.com/







19


• Transmisores

– Harris

• http://www.broadcast.harris.com

Transmisores FM



• Transmisores

– Elenos

• http://www.elenos.com/

Transmisores FM



• Transmisores

– Broadcast Electronics

• http://www.bdcast.com

Transmisores FM



• Transmisores

– Crown Broadcast

• http://www.crownbroadcast.com

Transmisores FM



• Transmisores

– Continental

• http://www.cecchile.com/transmisores_fm/default.htm

Transmisores FM



• Transmisores

– Nautel

• http://www.nautel.com

Transmisores FM











http://www.elenos.com/














http://www.crownbroadcast.com/







http://www.cecchile.com/transmisores_fm/default.htm
















20


• Transmisores

– OMB

• http://www.omb.com

Transmisores FM



Sistemas STL

• STL (Studio Transmitter Link)

– Reproducir la señal banda base del estudio en

el transmisor.



Sistemas STL

• Enlace radio o cableado

– Enlaces radio (EEUU→950 MHz) o por líneas

telefónicas ecualizadas.

– Enlaces digitales.

• NLOS.

• Frecuencias no disponibles.

• Calidad de sonido.

• Costo.

– Enlaces T1/E1.

– Codificadores de audio digital.



Sistemas STL



Sistemas STL


• EEUU →(944.5-951.5) MHz.

• Otras partes del mundo → (200-940) MHz.

• Sistemas analógicos → Modulación en

frecuencia.

• Ancho de banda señal compuesta → 220

KHz.

• El receptor STL es conectado directamente

al excitador del transmisor FM.


Sistemas STL









21


Sistemas STL



Sistemas STL


• Enlace digital Vs analógico

– Ventajas de los sistemas digitales

• Mayor inmunidad a ruido e interferencia en el trayecto

de transmisión.

• Eliminación de la distorsión dependiente del trayecto

de transmisión (distorsión de armonicos,

intermodulación, y diafonia).

• Eficiente utilización del espectro de radiofrecuencia y

banda base.

• Eficiente regeneración de la señal digital.

• Fácil y efectiva encriptación para propositos de

seguridad y codificación.


Sistemas STL


• Enlace digital Vs analógico (2)

– Ventajas de los sistemas digitales (2)

• Uniformidad en la transmisión de señales de datos y audio.

• Por naturaleza codificación digital ofrece un enlace más robusto.

• Mientras la intensidad de la señal recibida y la (C/N) supere un

valor minimo → BER constante → duplicado exacto de la señal

en el transmisor.

• Con el uso de EDC → transmisión libre de errores.

• Digitalización → errores de cuantificación → reducidos con una

mayor frecuencia de muestreo.


Sistemas STL


• Enlace digital Vs analógico (3)

– Ventajas de los sistemas digitales (3)


Sistemas STL



Sistemas STL


22


Sistemas STL



Sistemas STL



Sistemas STL



Sistemas STL



Sistemas STL



Sistemas STL


23


Sistemas STL



Sistemas STL



Sistemas STL



Sistemas STL



Sistemas STL



Sistemas STL-comerciales


• Marti (http://www.martielectronics.com)

– Transmisor hasta 30W.

http://www.martielectronics.com/







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• TFT (http://www.tftinc.com)




• TFT (http://www.tftinc.com) (2)










Sistemas de antenas para Difusión AM

• Propósito → radiar eficientemente la potencia suministrada

por el transmisor.

• Una torre vertical que radia su señal de manera

omnidireccional (non directional).

• Antenas más sofisticadas → radiación direccional.

• Estaciones de difusión estandar → polarización vertical.

• Varias restricciones son impuestas sobre la selección del

sitio de transmisión debido a requerimientos aeronaúticos,

zonales, ambientales, y de cobertura.

• Atenuación de la señal relacionada a la distancia y a la

conductividad de la tierra.




• Operación eficiente (¼-½) longitud de onda.

• AM → longitud de onda → varios cientos de metros →

antena de transmisión simplemente es la misma torre de la

estación.

• La estructura metalica de la torre es energizada por el

transmisor (hot), pudiendo generar un choque eléctrico a

una persona que la toque → sistema de protección.

• La longitud de la torre depende de la frecuencia de

transmisión de la estación y si es una antena de ¼ o ½

longitud de onda.

• A menor frecuencia mucho más alta la torre.


http://www.tftinc.com/




























25



• La estructura debe ser rigida y soportar su propio peso,

fijada sobre una base de concreto para aislamiento

eléctrico de tierra.

• La torre debe ser estabilizada contra la fuerza de los

vientos por medio de los tirantes.

• Los tirantes afectan los patrones de radiación, pero en AM

se afecta de manera benefica.

• Como la antena, los tirantes deben ser electricamente

aislados de la tierra → asiladores en madera o en vidrio

pesado .

• Alargamiento de la antena a 0.6 longitudes de onda coloca

una mayor cantidad de la energía radiada en el plano

horizontal.




• Torre de antena omnidireccional.

– Patrón de radiación horizontal.




• Torre de antena direccional (2)

– Una antena monopolo es un tipo de antena formada al

reemplazar la mitad del dipolo por un plano de tierra.

– Si el plano de tierra es lo suficientemente grande, el

monopolo se comporta como un dipolo.

– La potencia de RF del transmisor se alimenta a través

del aislador de la base entre la torre y el sistema de

tierra.

– Antenas monopolo que utilizan tirantes para su soporte

son llamadas mastiles en algunos paises.





http://www.lbagroup.com/technology/tunicomb.php

http://www.lbagroup.com/technology/tunifaq.php

http://www.lbagroup.com/technology/colopole.php

http://www.lbagroup.com/technology/polespec.php

http://www.lbagroup.com/Wireless_University.php

http://www.kintronic.com



• Torre de antena omnidireccional (4).






http://www.lbagroup.com/technology/tunicomb.php




http://www.lbagroup.com/technology/polespec.php

http://www.lbagroup.com/Wireless_University.php

http://www.kintronic.com/

26















• Arreglos direccionales

– Uso de multiples torres radio AM para formar un sistema

de antena direccional (DA, directional antenna system),

llamado un arreglo.

– Uso de dos o más torres en linea recta, o algunas veces

en forma de paralelogramo.

– Objetivo obtener un patrón de radiación direccional.

– A mayor número de elementos en el arreglo, mayor

direccionalidad.

– Mayor ganancia en la dirección de radiación que una

antena omnidireccional.




• Arreglos direccionales (2)




• Arreglos direccionales (3)


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• Sistema de radiales de tierra (Ground Radial System)

– Las ondas radio AM viajan sobre la superficie de la tierra

dependiendo de la conductividad de la tierra.

– Las ondas radio AM necesitan una excelente conexión a tierra en el

sitio de transmisión para brindar a la señal un buen inicio al salir del

transmisor.

– Radiales de tierra → Alambres de cobre enterrados en tierra,

extendiéndose desde la base de la antena por varios centros de

metros.

– Por lo general son 120 radiales, y la longitud de cada radial es

función de la frecuencia de transmisión.

– A menor frecuencia, mayor longitud del radial.



Sistemas de antenas para Difusión FM

• Transmisor, antena, tierra y aire forman un circuito con cada

radioescucha.

• Es muy preciso pensar en la antena como un dispositivo de adaptación

de impedancia, adaptando la impedancia de la línea de transmisión

(generalmente 50-70 ohms) a la impedancia del espacio libre (aire)

(377 ohms).

• Una máxima transferencia de energia sucede entre las antenas de

transmisión y recepción cuando ellas se encuentran similarmente

orientadas (polarización).

– Inicialmente Horizontal.

– Vehiculos → vertical.

– Asegurar la recepción → polarización circular y eliptica.

• Polarización cruzada es utilizada para prevenir interferencia cocanal en

algunos paises de Europa.




• Antenas FM estan generalmente ubicadas cerca de las

comunidades a servir y generalmente se ubican tan alto

como sea posible, en torres.

• Si es posible, la torre se encuentra localizada sobre los

terrenos más altos sobre el área a servir.

• Cobertura limitada.

• Menor dependencia de la conductividad de la tierra.

• Antenas mucho mas pequeñas que las antenas AM →

menor longitud de onda.

• Las antenas se encuentran eléctricamente aisladas de la

torre sobre la cual son montadas, la cual es aterrizada y por

lo tanto segura de tocar.




• Las antenas están conformadas por múltiples elementos lo

que afecta su patrón de radiación.

– Un elemento → una bahía (bay).

– Dos bahías.

– Cuatro bahías.

• Las bahías hacen que la radiación sea más eficiente,

cambiando el patrón de radiación vertical.

• Multiples antenas son apiladas verticalmente sobre la torre.

• Ajustes sobre el patrón de radiación pueden ser realizados

electrónicamente ajustando la fase (relación temporal)

entre las señales que llegan a cada una de las antenas en

el arreglo.

• Posibilidad de crear patrones de radiación complejos.







• Antena más simple → dipolo de media longitud de onda →

dos piezas de alambre cada una de un cuarto de longitud

de onda.

• Por razones económicas y técnicas, la potencia radiada

efectiva deseada (ERP, PRA) debe ser producida con un

balance entre ganancia de antena y potencia de

transmisión.

• No existe diferencia de propagación en dia y noche.

• Asegurar una (C/N)=20dB, para buena recepción.

• Nivel de señal RF

– 2uV/m para receptores de lata sensibilidad.

– 500uV/m para receptores portátiles de baja sensibilidad.


28



• No existe diferencia de propagación en dia y

noche.

• Fenomenos a tener en cuenta en la propagación:

– Absorción.

– Cambio de polarización.

– Reflexión.

• Multitrayectoria.

– Difracción.

– Refracción.

– Dispersión.










• Requerimientos de intensidad de señal

– FCC

• Contorno de servicio primario 60 dBu.

• 34 dBu = 0.05 mV/m áreas rurales.

• 60 dBu = 1.00 mV/m áreas suburbanas.

• 70 dBu = 3.16 mV/m Principal comunitario.

• 82 dBu = 12.64 mV/m Nivel de uso alto.

• Sobrecarga (Blanketing contour): 115 dBu.




• Antenas disponibles comercialmente

– Diversos fabricantes, cpn diferentes ganancias y

potencias de entrada.

• Anillo (ring stub) y anillo trenzado (twisted ring).

• Dipolo inclinado alimentado en serie y derivación

(Shunt and series fed slanted dipole)

• Múltiples helices cortas (Multi-arm short helix).

• Panel con dipolos cruzados (panel with crossed

dipoles).




• Antenas disponibles comercialmente(2)

– Cosas en común de estos tipos de antenas:

• Antenas no simetricas, diseñadas para ser montadas

sobre torres de acero o polos.

• Elementos radiantes derivados que se alimentan con

una linea coaxial común.

• Los diferentes elementos cada uno de una longitud

de onda hace que la linea de transmisión se adapte

facilmente.

• El ancho de banda es limitado por la ROE de cada

uno de los elementos individuales y el uso de un

transformador interno.


29




– Otra variedad de entenas tiene elementos

radiantes curvados alrededor de una

circunferencia cuyo diametro es determinado

por el número de elementos.

– Cada radiador consiste de dos, tres o cuatro

brazos circulares, dependiendo del modelo.

– Cada elemento es alimentado a través de un

arreglo de derivaciones conectadas a una linea

coaxial.





– Antenas panel banda ancha han llegado a ser

muy populares, para ser instaladas en altos

edificios o altas torres.

– Generalmente no utilizan una linea de

transmisión de alimentación común.





– La mayoria de las antenas estan conformadas

por una serie de elementos radiantes, bahias,

los cuales son alimentados por una linea de

alimentación.

– Las lineas de alimentación tipicas son 1 5/8”

para aplicaciones con potencia de entrada en

antena menor a 10 KW.

– 3 1/8” para aplicaciones de 40 kW.

– La mayoria de los elementos de antena vienen

en versiones de baja y alta potencia.UNIVERSIDAD DEL CAUCA – DEPARTAMENTO DE TELECOMUNICACIONES



– Jampro (http://www.jampro.com/)



Baja potencia vertical



– Jampro(2)



Baja potencia Anillo Horizontal



– Jampro(3)



Baja potencia circular

http://www.jampro.com/







30



– Jampro(4)





– Jampro(5)





– Jampro(6)





– Jampro(7)





– Jampro(8) - Paneles





– Jampro(9)



31



– Jampro(10)





– Jampro(11)





– Jampro(12)





– Jampro(13)





– Shively labs





– Shively labs (2)

• http://www.shively.com



http://www.shively.com/







32













– Shively labs (5) Panel





– Shively labs (6) radomes





– Shively labs (7) Transformador de adaptación

fina








33



– Shively labs (8) Patron de elevación





– OMB (http://www.omb.com)





– OMB (2)





– OMB (3)





– OMB (4)





– RVR - Direccionales



http://www.omb.com/

http://www.omb.com/

http://www.omb.com/

http://www.omb.com/

http://www.omb.com/

http://www.omb.com/

http://www.omb.com/

34



– RVR (2) - Direccionales





– RVR (3) - Omnidireccionales





– RVR (4) - Omnidireccionales










Medidas de intensidad de campo en

AM y FM


35



AM y FM




AM y FM



Lecturas recomendadas

• http://en.wikipedia.org/wiki/Driver_circuit

• http://en.wikipedia.org/wiki/Power_amplifier

• http://en.wikipedia.org/wiki/Valve_amplifier

• http://en.wikipedia.org/wiki/Total_harmonic_distortion

• http://stereos.about.com/od/faqs/f/thd.htm

• http://en.wikipedia.org/wiki/Intermodulation_distortion

• http://stereos.about.com/od/faqs/f/imd.htm

• http://en.wikipedia.org/wiki/Three_phase

• http://www.transmitter.be/

• http://www.oldradio.com



Lecturas recomendadas(2)

• http://www.ebu.ch/

• http://en.wikipedia.org/wiki/Preemphasis

• http://en.wikipedia.org/wiki/Deemphasis

• http://en.wikipedia.org/wiki/Subsidiary_Communica

tions_Authority

• http://en.wikipedia.org/wiki/Direct_Digital_Synthesi

s

• http://en.wikipedia.org/wiki/Superheterodyne

• http://en.wikipedia.org/wiki/Image_frequency

• http://en.wikipedia.org/wiki/Skywave



Lecturas recomendadas(3)

• http://radiomagonline.com/transmission/radio_build

ing_better_radiator/




http://en.wikipedia.org/wiki/Driver_circuit







http://en.wikipedia.org/wiki/Power_amplifier







http://en.wikipedia.org/wiki/Valve_amplifier







http://en.wikipedia.org/wiki/Total_harmonic_distortion







http://stereos.about.com/od/faqs/f/thd.htm









http://en.wikipedia.org/wiki/Intermodulation_distortion







http://stereos.about.com/od/faqs/f/imd.htm









http://en.wikipedia.org/wiki/Three_phase







http://www.transmitter.be/







http://www.oldradio.com/







http://www.ebu.ch/

http://www.ebu.ch/

http://www.ebu.ch/

http://www.ebu.ch/

http://www.ebu.ch/

http://www.ebu.ch/

http://www.ebu.ch/

http://en.wikipedia.org/wiki/Preemphasis







http://en.wikipedia.org/wiki/Deemphasis







http://en.wikipedia.org/wiki/Subsidiary_Communications_Authority








http://en.wikipedia.org/wiki/Direct_Digital_Synthesis








http://en.wikipedia.org/wiki/Superheterodyne







http://en.wikipedia.org/wiki/Image_frequency







http://en.wikipedia.org/wiki/Skywave







http://radiomagonline.com/transmission/radio_building_better_radiator/






electiva: sistemas de radiodifusión facilidades de...

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