Monografía - Sistemas y equipos de emision, recepcion y distribución de radio y television PDF

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN MARCOSFacultad de Ingeniería Electrónica y ElectricaSistemas y equipos de emisión,recepción y distribución deradio y televisiónIntegrantesSurichaqui Chufandama Ghino Aldair | Quispe Ramos Teresa EsterDocente UNSIHUAY TOVAR ROBERTO FLORENTINOCursoSISTEMAS DE RADIOCOMUNICAC...

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN MARCOS Facultad de Ingeniería Electrónica y Electrica

Sistemas y equipos de emisión, recepción y distribución de radio y televisión Integrantes Surichaqui Chufandama Ghino Aldair | Quispe Ramos Teresa Ester

Docente

UNSIHUAY TOVAR ROBERTO FLORENTINO Curso

SISTEMAS DE RADIOCOMUNICACIONES I 17/01/2022

Indice Introducción .…………………………………………………………………………………………………….. 2 Contenido 1. Radiodifusión ………………………………………………………………………………………………… 3 2. Infrestructura de las telecomunicaciones………………………………………………………. 4 2.1 Servicio de radio y televisión…………………………………………………………………….. 5 3. Sistemas de transmisión…………………………………………………………………………………. 6 4. Distribución de sistemas y equipos de radiodifusión…………………………………….. 7 5. Recepción de radio…………………………………………………………………………………………. 7 5.1 Equipos de recepción ……………………………………………………………………………….. 7 5.2 Clasificación de receptores ……………………………………………………………………... 8 5.2.1 Receptor superheterodino …………………………………………….…………………….… 8 5.2.2 Receptor de doble conversión ………………………………………………………………. 9 5.2.3 Receptor de AM ……………………………………………………………………………………. 10 5.2.4 Receptor de banda lateral única …………………………………………………………… 11 5.2.5 Receptores de FM …………………………………………………………………………………. 13 Conclusión…………………………………………………………………………………………………….…… 14

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1. RADIODIFUSIÓN El término radiodifusión designa el servicio de emisión de señales de radio y televisión para uso público generalizado o muy amplio. También se utiliza el término en inglés broadcasting (literalmente «arrojar o esparcir ampliamente») como sinónimo. La Unión Internacional de Telecomunicaciones define precisamente las bandas de frecuencia de radio disponibles para estos servicios que se ubican dentro de los «servicios terrenales» (o terrestres) y estos dentro del «sector de radiocomunicaciones». El término broadcasting fue acuñado por los primeros ingenieros del medio oeste de Estados Unidos. La radiodifusión cubre gran parte de los medios de comunicación de masas y se opone a la emisión para audiencias reducidas, llamada narrowcasting. Por ello es discutible si debe incluirse el término para otras señales como televisión por cable o Internet dado que la intención del término, para ser amplio y no restrictivo, implica ninguna condición de permiso, registro o respuesta por parte del receptor, es decir, el receptor es anónimo completamente. Es evidente, entonces, que los servicios de suscripción previa no estarían constituyendo radiodifusión, aunque puedan reemitir señales propiamente. En el caso de Internet no existe propiamente una emisión, sino hasta que un usuario solicite el acceso, se confirme la comunicación y recién se transmita un contenido. Esa complejidad aparente debilita definir a internet como radiodifusión o broadcasting. Un mejor término para estos fenómenos más recientes es webcasting, tal como son las señales de audio streaming y video streaming, los cuales pueden también reemitir señales de radiodifusión. Hay una gran variedad de sistemas de radiodifusión, que tienen distintas capacidades. Los de mayor capacidad son sistemas institucionales public address, que transmiten mensajes verbales y música dentro de escuelas u hospitales, y sistemas de emisión de baja potencia, que transmiten desde estaciones de radio o TV a pequeñas áreas. Los emisores nacionales de radio y TV tienen cobertura en todo el país usando torres de retransmisión, sistemas satélite y distribución por cable. Los emisores de radio o TV por satélite pueden cubrir áreas más extensas, tales como continentes enteros, y los canales dos a emitir se denomina programación. Estos programas de audio y/o video requieren otras señales denominadas portadoras (proceso de modulación), para irradiarse al espacio abierto o transportarse confinado en cables, como la televisión por cable. En el extremo, la audiencia debe tener los receptores apropiados.

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Existen diversas fórmulas económicas que permiten financiar las emisiones: − Donaciones en forma de colaboración de voluntarios prestando así su tiempo y habilidades (frecuentes en entidades comunitarias) − Pagos directos del gobierno o préstamos de recursos de técnicos públicos. − Pagos indirectos del gobierno, como las licencias de TV y radio. − Becas de fundaciones o entidades de negocio . − Venta de propaganda o publicidad o patrocinio. − Suscripciones públicas o de socios. − Cuotas que cobran los propietarios de platós de TV o radios, independientemente de que los abonados tengan la intención de recibir ese programa o no.

2. SISTEMA DE TRANSMISIÓN DE RADIO 2.1 TRANSMISOR DE RADIO FM

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Este diagrama de bloques representa un sistema de transmisor FM y muestra las etapas que debe tener un transmisor de radio análogo en general. A continuación, se explicará detalladamente cada proceso de un sistema de transmisión FM.

 Etapas

A. SEÑAL MODULADORA La señal moduladora es la señal de banda base que contiene la información a transmitir (voz, música, video, datos, etc.). La información para transmitir en este sistema de FM son señales de audio (voz y música) que están entre los 20Hz y los 20KHz, lo cual corresponde al rango de frecuencias audibles por el ser humano. Dado que el sonido es una onda de presión, se requiere un transductor de presión, se requiere un transductor de presión (un micrófono) que convierte las ondas de presión de aire (ondas sonoras) en señales eléctricas (señales analógicas).

B. PREAMPLIFICADORES DE AUDIO

En la figura anterior se muestra un preamplificador, el cual tiene por objetivo nivelar la tensión eléctrica que le llega de las distintas fuentes de audio (cada equipo tiene una tensión de salida diferente), para enviar esas señales una vez amplificadas como señal de entrada a otro equipo o etapa. Bajo ciertas circunstancias de altos niveles de señal podría prescindirse del amplificador, pero si se trata de lugares y condiciones en las que el nivel de señal de entrada es muy pobre, es importante aumentar la sensibilidad del sistema y el preamplificador se hace indispensable. Las características a tener en cuenta para la selección de un preamplificador son: Ganancia: un valor típico de 12 dB. Figura de ruido: es mejor disponer de un bajo ruido () que mucha ganancia. Selectividad: es muy importante este parámetro para evitar amplificar señales indeseadas, a veces es necesario realizar un buen filtro de entrada. Muchas veces será necesario incorporar un filtro pasa banda a la entrada del mismo con la finalidad de atenuar todas las señales que estén fuera del rango de frecuencias que queremos detectar. Los preamplificadores pueden ser de cualquier tipo discreto, monolítico, o un simple transistor y su elección se deja a criterio del diseñador

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C. RED DE PREÉNFASIS

Podemos observar en la figura anterior, como la red de preénfasis le proporciona un incremento constante en la amplitud de la señal de audio con un incremento en la frecuencia. Con FM se logran aproximadamente 12 dB de mejoría en el rendimiento del ruido. La frecuencia de corte (Fc), donde el preénfasis comienza, se determina por el constante tiempo (Ts) de circuitos RC o RL (activos o pasivos) de la red. Matemáticamente la frecuencia de corte es: Fc=

1 2฀฀฀฀฀฀

=2.12KHz

EN la radiodifusión FM, el circuito preénfasis es un filtro pasa altas que utiliza una frecuencia de corte de 2.12KHz equivalentes a una constante de tiempo estándar de 75us que manejan todas las estaciones de radio comercial y a los que están sujetos FM en sus diseños.

D. MODULADOR FM La función del modulador FM es variar o cambiar la frecuencia de la portadora analógica de acuerdo con la información original de la fuente. Al hacer esto, se producen los siguientes efectos: Modulación FM, desviación de frecuencia, variación del índice de modulación, aparición de bandas laterales, modificación del ancho de banda de la señal. Estos términos serán explicados a continuación.

E. OSCILADOR LOCAL O DE RADIOFRECUENCIA Este es el circuito que genera la señal de alta frecuencia llamada portadora, la cual se ubica en el espectro en un punto mucho mayor que el d la frecuencia de la señal moduladora. Se puede lograr que cualquier amplificador oscile como se muestra en la figura, si una porción de la salida de retroalimentación a la entrada de tal manera que satisfagan que la ganancia alrededor del lazo del circuito sea igual 1 y el desfasamiento 0o o algún múltiplo entero de 360 o. LA sección de frecuencia se determina con circuitos LC llamados circuitos tanque o con un oscilador con cristal.

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F. AMPLIFICADORES DE RF La función de estos amplificadores es aumentar nivel de la señal de comunicaciones en la banda de radio frecuencia. Estos, además de amplificar, pueden restringir las señales a un intervalo de frecuencias relativamente ancho o angosto. Poseen una buena respuesta en frecuencia altas, que van desde 100KHz hasta 1GHz, y pueden llegar incluso al rango de frecuencias de microondas. Para la construcción de estos amplificadores de potencia de RF se utilizan elementos activos (transistores, o amplificadores operacionales) de diversa índole, dependiendo del ancho de banda y la frecuencia con la que se necesitan operar.

TRANSMISORES DE RADIO FM Como hemos comentado anteriormente, según los alcances deseados en la transmisión de FM, se necesitarán distintas potencias amplificadas. Las elevadas potencias se logran sumando varios amplificadores de este tipo hasta conseguir la potencia deseada. Un transmisor de FM de alta potencia está formado por los siguientes elementos: • • • • •

Excitador de potencia. Distribuidor de potencia. Amplificadores. Sumador de potencia. Unidad de control del transmisor.

El excitador Es el elemento encargado de generar la señal modulada en FM con un nivel adecuado de potencia para atacar las etapas amplificadoras. Es decir, el excitador es en sí un transmisor de FM de poca potencia, generalmente de unos pocos vatios.

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Está compuesto por los siguientes bloques: • • • • • • •

Entrada de audio. Codificador de estéreo. Generador de señal modulada, PLL y VCO-VPO. Amplificador. Filtro de salida y acoplador direccional. Bloque de control. Fuente de alimentación.

Entrada de audio Generalmente, existen dos tipos de entrada de audio: audio en banda base (es decir, canal izquierdo y canal derecho) o señal compuesta MPX. Lo normal es que el excitador se alimente directamente con la señal compuesta MPX que se genera en los estudios por un procesador y llega al centro emisor a través de un radioenlace. Codificador estéreo Es el encargado de generar la señal MPX para el caso de que la señal de entrada al excitador sea de audio en banda base. Modulador PLL Este bloque es probablemente el más importante del excitador, ya que es el encargado de generar la señal de radiofrecuencia modulada en FM. Para entender su funcionamiento, analizaremos el diagrama de bloques simplificado de un modulador PLL para radio FM. Amplificador La señal de radiofrecuencia proporciona- da por el PLL tiene una potencia bastante baja, de unos cientos de milivatios. Por tanto, es necesario amplificarla. Generalmente, esta amplificación se realiza en dos etapas. La primera suele ser un amplificador de clase C con algún elemento activo como el transistor MRF237, que puede proporcionar hasta 1,5 W aproximadamente. A continuación, la señal pasa a otra etapa amplificadora de radiofrecuencia con un elemento activo de mayor potencia, como el transistor Mosfet BLF245, que puede proporcionar potencias de salida de hasta 30 W.

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Filtro de salida y acoplador direccional: la señal resultante del amplificador es filtrada por un filtro paso bajo para eliminar los componentes armónicos. Además, un acoplador direccional mide la potencia directa y la reflejada por la carga. De esta forma se obtiene una muestra de la señal de salida en un conector del panel frontal del excitador, atenuada varios dB. Además, esta información se envía como un valor de tensión continua al bloque de control. Bloque de control: este bloque tiene como misión configurar y monitorizar todos los parámetros de ajuste de usuario, como la frecuencia de trabajo o la potencia de salida, así como los principales parámetros de funcionamiento, como la temperatura, la tensión del VCO, el consumo de las diferentes etapas, etc. Fuente de alimentación El último bloque del excitador es la fuente de alimentación, que se encargará de suministrar las tensiones necesarias a cada uno de los bloques. La fuente que alimenta la etapa final, es decir, la parte de amplificación, suele ser conmutada, con niveles de tensión de salida entre 25 y 50 VDC, mientras que la fuente que proporciona el resto de las tensiones para los circuitos de control, modulación, etc., suele ser regulada. Distribuidor y sumador de potencia La salida del excitador es una señal de radiofrecuencia de potencia relativamente baja, por lo que hay que amplificarla. El problema es que en la mayoría de los casos la potencia de salida que se desea obtener no se puede conseguir con un único amplificador, por lo que hay que trabajar con varios amplificadores en paralelo. Un combinador de potencia está formado internamente por los siguientes módulos:

• • • •

Módulo divisor de entrada. Módulo de ajuste de fase. Módulo combinador de potencia. Módulo divisor de entrada (Splitter):

MÓDULO DIVISOR DE ENTRADA (SPLITTER) Este módulo se encarga de dividir la señal que viene del excitador en varias porciones iguales, y llevar cada una de esas porciones a un amplificador.

MÓDULO DE AJUSTE DE FASE Lo más importante para que el combinador de potencia funcione correctamente es que las diferentes señales lleguen en fase a los distintos amplificadores. Aunque el módulo divisor ha sido diseñado para tal fin, puede que esto no suceda con total exactitud. Por eso se incorpora un módulo de ajuste de fase, generalmente con condensadores variables, que sirve para compensar las fases de las diferentes salidas del circuito

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divisor.

MÓDULO COMBINADOR DE POTENCIA La función del módulo combinador de potencia es sumar las porciones de potencia de radiofrecuencia proporcionadas por los distintos amplificadores y encaminarlas hacia la salida de antena. Amplificador de potencia El siguiente elemento de un transmisor de alta potencia es el amplificador. Normalmente, la elevada potencia de salida que se desea obtener es imposible de conseguir con un único amplificador, lo que se soluciona colocando varios de ellos en paralelo. Existen dos tecnologías en amplificadores: los de estado sólido y los de válvulas. En la actualidad, la mayoría son de estado sólido, puesto que tienen un mejor rendimiento, requieren de un menor mantenimiento y este es más fácil de realizar. No obstante, todavía existen y se fabrican amplificadores de radiofrecuencia con tecnología de válvulas. Otra ventaja importante de los amplificadores de estado sólido es que trabajan con tensiones de alimentación mucho menores, entre los 50 Vcc a 400 Vcc, mientras que los de válvulas lo hacen con tensiones muy elevadas, en torno a los 5000 Vcc. Los transistores de los amplificadores de potencia suelen ser Mosfet encapsulados en configuración de push-pull, capaces de dar 300 W o más en la banda de VHF, dependiendo del transistor. Unidad de control Para obtener un transmisor de radiofrecuencia de alta potencia se necesita el excitador, el distribuidor de potencia, los amplificadores y el sumador de potencia. No obstante, para que todos estos elementos funcionen bien conjuntamente, será necesario añadir otro elemento que los configure y controle: la unidad de control. La unidad de control es el cerebro del transmisor. Es el elemento que controla el funcionamiento de todas las partes del transmisor y monitoriza el estado de las mismas. También sirve de interfaz de usuario, a través de la unidad de control el usuario introduce todos los parámetros de funcionamiento del transmisor: tipo de entrada, frecuencia portadora, potencia de salida, etc. Una vez introducidos los parámetros, la unidad de control se comunica por telemetría con el resto de elementos del transmisor para configurar su funcionamiento. Estación Transmisora Una vez que ya conocemos todos los elementos, tan solo tenemos que juntar en un mismo bastidor la unidad de control, uno o dos excitadores (si se quiere añadir redundancia), varios amplificadores y un combinador de potencia para obtener un

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transmisor de alta potencia, también conocido como estación transmisora. Las estaciones transmisoras tienen dos cualidades importantes: su compacidad (densidad) y gran simplicidad de uso. Los sistemas de control de las estaciones transmisoras (unidad de control con microprocesador) incluyen siempre un display LCD en el panel delantero y una botonera para la integración con el usuario, que implementa las siguientes funciones entre otras: • • • • •

Configuración de la potencia de salida. Activación y desactivación de la potencia erogada. Configuración del umbral de alarma de potencia erogada (función Power Good). Medición y visualización de los parámetros de trabajo del transmisor. Comunicación con dispositivos externos como sistemas para la programación o sistemas de telemetría mediante interfaz serial RS232 o IZC.

3. EQUIPOS DE TRANSMISIÓN DE RADIO Cuando la señal de audio llega al transmisor, directamente o mediante radioenlace, en primer lugar, se introduce en el limitador, equipo que tiene por misión la adecuación del nivel y banda de paso de frecuencias de audio a unos niveles permitidos para evitar distorsiones e interferencias. En el caso de las emisiones estereofónicas en FM es preciso aplicar un limitador por cada canal. Las señales posteriormente se aplican a un codificador que transforma los dos canales en una sola señal (la señal multiplex), que será la transmitida por la antena. La señal multiplex es necesaria para mantener la compatibilidad con los receptores monofónicos, y consta de información monofónica, de una señal piloto y de la información estereofónica. A continuación, tiene lugar la modulación, paso intermedio sin el que sería posible radiar la señal radiofónica, ya que la señal de baja frecuencia no es factible de ser transmitida a largas distancias, así la existente entre la antena emisora y la receptora serían insalvables. La modulación se puede definir como la modificación de una magnitud física de una onda (frecuencia, amplitud o fase) mediante una información contenida en una señal moduladora de baja frecuencia que es, información a transmitir. Esta magnitud física que debe modularse se denomina señal portadora, y su misión es transportar la información de la señal moduladora de baja frecuencia. Las formas típicas de codificar o modular una onda de una emisión son para la retransmisión analógica:  Modulación en Amplitud (AM) Que consiste en la variación instantánea de la amplitud de la onda portadora con una profundidad proporcional a la señal moduladora. Siempre que se recurre a una modulación se produce la aparición de dos bandas laterales, una superior y otra inferior, que contienen idéntica información, es decir, la

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propia de la onda moduladora. Para los efectos de la recepción basta con descodificar sólo una de las bandas laterales para recomponer la señal emitida, por lo que se opta por la transmisión de una sola de las bandas laterales, reduciendo a la mitad el ancho de banda empleado, dejando así espacio a un mayor número de emisoras en un mismo margen de frecuencias. Es lo que se llama transmisión de Banda Lateral Única (BLU). La aplicación de este sistema no es extendida en la radiodifusión comercial, que sigue empleando el tradicional sistema de portadora y dos bandas laterales, al que están adaptados la gran mayoría de receptores del mercado. Los sistemas de radiodifusión en AM se limitan a unos canales de 9kHz por emisora, lo que los imposibilita para su aplicación en alta fidelidad; limitación impuesta con ...