FM Comunitarias, algunos conceptos técnicos

4 noviembre 2009

Radio TECNICA

Por Miguel R. Ghezzi
SOLVEGJ Comunicaciones

Los radiodifusores comunitarios a menudo me efectuan consultas que se centran en áreas que cuentan con poca información accesible en el nivel de divulgación general. Puesto que resulta de interés disponer de al menos una aproximación a los diversos aspectos técnicos que conforman la instalación y operación de una radio de FM comunitaria, intentaré a través de estas notas ayudar a que los amigos del medio obtengan una mejor comprensión de los fenómenos involucrados.

El alcance de una estación de radio de FM (VHF), está dado por varios factores a saber:

La altura de la antena es de fundamental importancia para lograr un radio de cobertura adecuado. De poco valen los esfuerzos que se realicen en otros sentidos si ella se encuentra a 6m sobre el nivel medio del área a servir. La esfericidad de la tierra se hace notar rápidamente, en especial en la zonas rurales donde generalemnte el área “local” incluye a los habitantes de la campaña. La teoría predice que la onda de radio no llegará mucho más allá en condiciones normales de lo que alcance la vista de una persona situada a la altura de la antena, suponiendo que la atmósfera fuera perfectamente transparente o a la inversa: Si una persona provista de un telescopio no pudiera ver la antena de su radio por encontrarse debajo del horizonte, tampoco podrá escucharla.

La distancia de enlace “óptico” para una onda de radio de FM (VHF) es aproximadamente un 33% mayor al de una verdadera fuente luminosa:

Alt. de antena (m) Dist. enlace óptico (Km)
10 18
15 21
20 23
25 25
30 27
35 29
40 31
45 32
50 34
60 37
70 39

(Se asume que la antena del receptor se halla a una altura de 1,5 m sobre el terreno y que el mismo es uniforme, es decir sin desniveles).

La señal puede llegar más allá del mismo modo que en una noche levemente brumosa, se puede ver las luminosidad de los faros de un automóvil que se halla detrás de una barranca en la ruta, pero es conveniente considerar a esa zona más allá del radio horizonte como “de cobertura marginal”.

No es extraño que alguna noche de Verano la emisión alcance algunos cientos de Km, ello debe comprenderse como una interesante condición anómala, con una probabilidad de ocurrencia bastante baja.
En las ciudades es conveniente considerar la altura de la antena descontando la altura media de la edificación, dado que, para el caso, la superficie de la tierra en ellas no es el suelo, sino los techos.

Observe la tabla anterior y note que el alcance no es directamente proporcional a la altura. El duplicar la altura de la antena aumenta el alcance en un 41% aproximadamente. Ahora bien. ¿Es conveniente aumentar la altura indefinidamente?. No. Puesto que para lograr duplicar el alcance óptico hay que cuadruplicar la altura de la antena, se llega a un punto en que ello es prohibitivo por su costo o por el emplazamiento. En general una altura situada entre los 40 y los 60 metros es satisfactoria en la mayoría de los casos, para una radio de reducida (y aún mediana) potencia.

Suponer a la superficie del terreno uniforme, ya implica el riesgo de cometer un error de importancia. El perfil topográfico de un terreno de llanura contiene desniveles importantes. Es importante consultar algunas cartas topográficas en el momento de decidir la altura (y aún la ubicación) de la torre de la emisora. En el Instituto Geográfico Militar existen cartas con el relevamiento de importantes zonas de nuestro país.

La altura proporciona una ventaja adicional además de extender el radiohorizonte; al aumentar no solamente aumenta el alcance “optico” de la señal sino que, además, la intensidad del campo eléctrico en la vecindad del receptor aumenta también. Puesto que las matemáticas que lo demuestran se hallan máss allá de los alcances de este resúmen, un ejemplo puede ilustrar la cuestión:

Supóngase, para simplificar, un equipo emisor de 25W, acoplado a un antena sin ganancia mediante un cable sin pérdidas, con una altura de 20 m. Se tiene:

Alcance de la vía óptica: 23,5Km

Se toma una distancia de prueba de 20 Km y se efectúa una medición de la potencia recibida en una antena “testigo” situada a 1,5 m de altura obteniéndose:

Potencia recibida Potencia recibida en dBW
3,8 E-13W -124,2 dBW

Duplicando la altura de la antena los resultados son:

Alcance de la vía óptica: 31,2 Km

Potencia recibida Potencia recibida en dBW
1,51 E-12 W -118,2 dBW

Si se compara la potencia recibida en dBW se nota una diferencia de +6 dB (124,2-118,2). Esta diferencia equivale a emitir con un trasmisor de ¡100 W en la antena con 20 m de altura!. Al duplicar la altura se ha logrado el equivalente a multiplicar por cuatro la potencia del emisor y además ¡se extendió el radiohorizonte en casi un 33 %!. Tal vez Ud. no desee saber con precisión qué es un dB o un dBW, pero el ejemplo no deja lugar a dudas.

La potencia efectiva irradiada es algo así como lo que se da en llamar “salario de Bolsillo”. Es lo que le queda a alguien después que le han descontado para la jubilación, el sindicato, la obra social y le agregaron por familia numerosa, escolaridad, etc. Saber el sueldo “nominal”, nada dice acerca de si le alcanzará para llegar hasta fin de mes…
Lo mismo acontece con la potencia de su trasmisor. Desde ya que cuanto mayor sea la misma, mayor será el alcance pero, al igual que el sueldo, el tema pasa por tratar de minimizar lo que se quita y maximizar lo que se agrega, ¿verdad?.

La potencia efectiva irradiada Aumenta cuando:

  • Aumenta la potencia nominal del trasmisor.
  • Se emplean antenas con “ganancia” (se explica luego).

Disminuye cuando:

  • El cable coaxil que va del trasmisor a la antena se “alarga”.
  • El mismo tiene altas pérdidas por unidad de longitud. Los cables coaxiles usados generalmente tienen un código que los identifica, tal como, RG-213, RG-218, etc., los fabricantes especifican las pérdidas por unidad de longitud para cada uno de ellos y siempre será conveniente elegir aquel que proporcione las menores.

El aumento de potencia efectiva irradiada que llegan a proveer las antenas, no es nada despreciable, puede alcanzar fácilmente a cuadruplicar la provista por una antena sencilla. El fenómeno puede compararse con el efecto que se produce cuando se coloca una pantalla blanca con forma de disco sobre una bombilla de luz que cuelga de un techo. La energía luminosa irradiada hacia zonas no útiles (el techo), es desviada hacia las de interés. Lamentablemente, a pesar de que habitualmente los fabricantes siempre claman una ganancia de hasta 6 dB (valor teórico para un sistema omnidireccional de 4 dipolos colineales en fase), la construcción física de las mismas pocas veces reúne los requisitos técnicos necesarios para acercarse a estos valores en los sistemas de bajo costo. En el momento de elegirlas deberá siempre dirigirse a fábricas de reconocida seriedad y responsabilidad en este sentido. Se insiste en este punto pues la ganancia de una antenas es un parámetro que difícilmente pueda ser medido por el usuario, a diferencia del resto de las variables del sistema radioeléctrico.

Cuando la instalación se halla en una gran ciudad repleta de edificios de gran porte, cuantificar la capacidad de cobertura no es una tarea sencilla. Los alcances y potencias necesarias hacen obligatorio un estudio estadístico que depende fundamentalmente de las condiciones particulares de la ciudad misma. Ya no se puede establecer un modelo matemático simple y el alcance se traduce en términos tales como: “Probabilidad de establecer un enlace satisfactorio en un 90% de los lugares durante el 90% del tiempo…”

Cuando el receptor no cuenta con una antena exterior despejada de la edificación circundante (que es lo más habitual en la recepción de FM), puede asimilarse el problema al de la iluminación de un lugar plagado de obstáculos mediante una sola fuente de luz. Las sombras de los objetos son muy importantes y casi siempre es la reflexión la que proporciona algo de luminosidad en los lugares oscuros. Las penetración de las ondas de radio de estas frecuencias en las estructuras edilicias es muy pobre, (fenómeno bien conocido por aquellos a quienes le han construido en la inmediata vecindad un gran edificio encontrando que la recepción de señales de TV se deterioró totalmente). Los caminos principales por los cuales las ondas de radio alcanzan el nivel del suelo en estos casos (recepción en un automóvil, por ej.) suelen ser dos:

Reflexión en los edificios y grandes carteles publicitarios por un lado y difracción en los bordes de las construcciones por otro. La reflexión luminosa es un fenómeno evidente en la vida cotidiana y la reflexión de ondas de radio es semejante. La difracción de las ondas de radio consiste en que estas son “curvadas” parcialmente hacia abajo cuando pasan rasantes a los bordes de las construcciones. La pequeña fracción de energía difractada que alcanza el nivel del suelo es la responsable, a menudo, de la recepción de las señales en medio de una calle de la gran ciudad. Frecuentemente el ángulo en que son incurvadas las señales no es tan agudo como para que la señal llegue con suficiente intensidad a un vehículo que circula por una calle angosta bordeada por estructuras de gran porte, por esto se pueden esperar mejores resultados en una gran avenida con edificios bajos que a la inversa.
Un factor que influye notablemente en las condiciones adversas de la ciudad es la polarización de la señal, punto que se aborda a continuación.

La estación puede emitir señales polarizadas verticalmente, horizontalmente, una combinación simultánea de ambas y además en forma circular. No debe confundirse polarización circular con cobertura omnidireccional pues son conceptos absolutamente distintos. La polarización de la señal será vertical si las antenas (dipolos por ej.) se instalan de esta manera y viceversa. Históricamente las señales de FM se emitían con polarización horizontal, pues supone una ventaja derivada del hecho de que, en general, los ruidos radioeléctricos producidos por los artefactos industriales (tal como el ruido que producen las bujías de encendido del automóvil) tiende a ser polarizado verticalmente. Más tarde, y como resultado del uso de antenas receptoras de varilla telescópica, generalmente colocadas verticalmente, resultaba evidente que si se hacía coincidir la polarización de la antena emisora con la de la mayoría de los receptores redundaría en una importante ventaja.

De este modo en las circunstancias actuales optar por polarización vertical es casi obligado cuando el parque de receptores emplea antenas verticales. En aquellos lugares en que por alguna razón (zonas rurales) la audiencia emplee antenas exteriores (normalmente horizontales como las de TV) obviamente la elección sería la opuesta.

Existe una variante intermedia que puede ofrecer ventajas y es el empleo de polarización doble. En este caso la energía disponible se reparte en los dos planos de polarización (horizontal y vertical).
En la ciudad el empleo de doble polarización puede dar resultados satisfactorios respecto del desvanecimiento rápidamente variable de la señal cuando se la recibe en un receptor en movimiento. Parte de este desvanecimiento es causado por cambios en la polarización que se producen en las reflexiones.

Puesto que el receptor no esta recibiendo una señal de polarización uniforme a medida que se desplaza, sino que esos cambios pueden ser de hasta 90 grados se genera una atenuación importante de manera que, irradiar en ambos planos ayuda a solventar la dificultad. Como contrapartida, al distribuir la energía en ambos planos, un receptor que tiene su antena polarizada verticalmente y que recibe la señal proveniente de las antenas verticales de la estación, está recibiendo tan solo la mitad de la potencia producida por el trasmisor. De este modo la elección de la polarización merece un análisis de cada situación en particular.

Cabe aclarar al respecto que la polarización circular ofrece características que, en este sentido, son semejantes a la polarización doble.

Puede obtenerse doble polarización empleando las antenas habituales (por ejemplo dipolos de media onda) colocando un grupo en forma vertical y otro en forma horizontal. Existen en el mercado dipolos de media onda que se ofrecen como de polarización circular, pudiendo acotarse que los resultados de los mismos son semejantes a los obtenibles mediante el método indicado en el párrafo anterior.

Una posible ventaja adicional en zonas con una gran cantidad de emisoras (tal como Bs. As. y sus alrededores) en la que numerosas estaciones se interfieren mutuamente es que si Ud. adopta polarización doble y su emisión está interferida en alguna zona por otra que polarice en un solo sentido, y el oyente modifica la posición de su antena telescópica tiene buena chance de recibir su emisión claramente.

Más a menudo de lo deseable la propia emisión origina inconvenientes en otros equipos eléctricos o electrónicos. Esta clase de interferencias pueden obedecer, en principio, a dos tipos fundamentales:

El trasmisor además de producir señal en el canal asignado, lo hace también fuera del mismo en lugares del espectro que utilizan otros servicios radioeléctricos. A estas señales interferentes se las denomina genéricamente “espúreas del trasmisor”. Todos los equipos emiten señales espúreas por naturaleza, del mismo modo que un motor de automóvil produce ruido al funcionar. No existe un motor “absolutamente” silencioso, pero pero si un nivel tecnólogico que permite reducir ese ruido a niveles aceptables. La administraciones nacionales establecen normas que determinan el nivel máximo de las señales espúreas admisibles de manera que la imperfección natural de los artefactos permita una convivencia adecuada entre los distintos servicios. Estas reglamentaciones no son arbitrarias y se aceptan internacionalmente, lo que de algún modo representa una demostración de su ecuanimidad.

Normalmente un equipo correctamente diseñado y ajustado puede cumplir satisfactoriamente con estas reglamentaciones, pero a menudo determinar si la interferencia la produce el trasmisor en si no es fácil y suele requerir de instrumental de alto costo, normalmente no asequible por el usuario, esto lleva a…

En una época signada por la utilización de múltiples variedades de equipos electrónicos, no es extraño que la simple presencia de un campo electromagnético intenso los afecte severamente. Lamentablemente los fabricantes de aparatos domésticos casi siempre omiten incorporar en sus diseños dispositivos de protección ante campos electromagnéticos intensos. El uso casi excluyente de gabinetes de plástico o madera en gran medida coadyuva a agravar los problemas.

Puede afirmarse que:

Toda interferencia que se produzca en un equipo no radioeléctrico es resultado de deficiencias en él. Inconvenientes en amplificadores de audio, computadores, líneas de video cable o teléfono, etc. resultantes de una emisión de radio no pueden atribuirse a desperfectos en el trasmisor o la antena asociada, aunque exista de hecho una relación causal entre la emisión y el inconveniente.

La situación es distinta en el caso de las interferencias con equipos de radio en general, aunque existe, también, bastante probabilidad de que las deficiencias propias de los equipos afectados sean las causantes. Los receptores de uso común o comercial suelen ser severamente afectados ante la presencia de campos electromagnéticos intensos, y es difícil deslindar las responsabilidades. Se debe proceder con mucha prudencia en estos casos, pues a las personas que les toca padecer el inconveniente les resulta difícil admitir la posibilidad de falla en sus aparatos y no atarse al razonamiento: “Cuando su trasmisor está apagado el aparato no tiene ningún problema…”

Una forma sencilla de comprobar interferencias no demasiado severas es probar varios receptores de distinta procedencia. Si tan solo uno de ellos funciona correctamente ya es prueba suficiente de que no hay falla en el trasmisor, (al menos para Ud.).

Una causa frecuente que induce a confusión es cuando se presentan interferencias sobre receptores en los que su rango de funcionamiento habitual es algún armónico de la frecuencia de trabajo del emisor, por ej disturbios en el canal 7 de TV cuando se emite en el rango de 88 a 90 Mhz. Si bien es bastante factible que el trasmisor irradie un nivel de segundo armónico excesivo, es frecuente que el mismo se produzca en los circuitos internos del sintonizador del TV severamente sobrecargados por el intenso campo radiofrecuente; más aún, antena o conexiones defectuosas en el cable de bajada del receptor de TV son fuente de este tipo de inconveniente y se han observado casos en que la armónica se produce en uniones metálicas oxidadas existentes en las cercanía del emisor o el recpetor. Este último fenómeno suele detectarse fácilmente, pues desaparece por un tiempo luego de una copiosa lluvia.

Lo mencionado no exime de ningún modo de la necesidad de sospechar en primera instancia de la propia instalación hasta tanto no se tengan pruebas acabadas del buen funcionamiento de la misma, no solo es éticamente insoslayable sino probablemente Ud. cuente con mayor capacidad técnica que sus vecinos para encontrar el inconveniente.

Puede llegar a culparse a los receptores domésticos cuando las fallas se producen a distancias de hasta 100 o 200 m (aunque con potencias altas puede ampliarse este radio), pero si la interferencia alcanza mayores distancias, el principal sospechoso deberá ser siempre el trasmisor.

Una fuente inacabable de inconvenientes tanto en la zonas rurales como en la ciudad suelen ser los amplificadores de antena comunmente denominados “Boosters”, su gran ancho de banda de amplificación y muy a menudo un diseño electrónico deficiente los hacen particularmente proclives a padecer inconvenientes por sobrecarga o bloqueo. Siempre debe sospecharse de este dispositivo ante la notificación de una interferencia en TV.

Por otra parte, cualquier inconveniente que pudiera producirse en una red de videocable, siempre es resultado de deficiencias de blindaje en la misma y no son atribuibles de ninguna manera a desperfectos del trasmisor (exceptuando el caso de los receptores de aire de las plantas de distribución de videocable, situación encuadrada en los alcances del párrafo referido a interferencias con equipos radioeléctricos).

NOTA: Todas las referencias de lugares geograficos son de la Republica Argentina.

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Articulo extraido del repositorio CACHE de http://www.google.com. El original proviene del sitio http://www.solred.com.ar/solvegj/ que ya no esta en linea.

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2 comentarios to “FM Comunitarias, algunos conceptos técnicos”

  1. Trackback Says:

    Comentario…

    [..]Articulo Indexado Correctamente[..]…

  2. informacion Says:

    hola me gustaria informacion, yo realizo un programa comunitario o seo un colectivo de radio con un grupo de jovenes comunitario
    judith castillo
    celular 312678….


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