Curso Teórico sobre Transmisores FM para Ingenieros de Mantenimiento
Contenido SESION 1 .................................................................... Utilización de dB e interpretación ........................................................................ 4 Desviación del Transmisor.................................................................................... 4 Potencia ................................................................................................................. 4 DAC ........................................................................................................................ 5 Estereo Coder ........................................................................................................ 5 Filtro 15 KHz .......................................................................................................... 5 VCO ........................................................................................................................ 5 SESION 2 ...................................................................... CLASIFICACIÓN DE LOS EQUIPOS SEGÚN EL RANGO DE POTENCIA ........................... 6 STUDIO TRANSMITER LINK (ENLACES PLANTA ESTUDIO) .......................................... 6 SISTEMAS DE RESPALDO .......................................................................................... 7 ESQUEMA BASICO A BLOQUES DEL AMPLIFICADOR ................................................... 9 EFICIENCIA ............................................................................................................ 10
CONECTORES ......................................................................................................... 12 FUENTES DE ALIMENTACIÓN. ................................................................................. 13 SESION 3 .................................................................... TELECONTROL. ...................................................................................................... 14 SISTEMA LOGICA DE CONTROL ............................................................................... 15 SISTEMA DE REDUNDANCIA ( N+1) ........................................................................ 15 SESION 4 ...................................................................... OPERACIÓN DEL MOSFET ....................................................................................... 16 Parámetros de Instalación y Puesta en Marcha ......................................................... 18 Conclusiones:............................................................................................................. 19
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CURSO AUSPICIADO POR DB ELETTRONICA DISTRIBUIDO PARA EL PERÚ POR: INTELECT SAC IMPARTIDO POR: DANIEL POMETTI El curso impartido por el Ing. Daniel Pometti, se inicia con algunos conceptos básicos, como por ejemplo: decibel, Volt pico – pico, potencia, dBu y el voltaje rms. Se presentan tablas con los calibres de los cables que se ocupan normalmente para la instalación de los transmisores de FM, así como también se indican los parámetros referentes a los valores que deberían obtenerse dentro de la cadena de transmisión.
Desde el análisis del diagrama se puede observar que la entrada de la señal de audio al sistema está conformada por una señal analógica o que es continua en el tiempo, el medio de conexión a esta señal se da a través de un conector tipo XLR el cual al ser de
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características balanceadas reduce la probabilidad de inducción de ruido en la señal que se desea transmitir (llega a un Amplificador Diferenciador), para trabajar con una señal desbalanceada. Una vez conseguida la señal desde su fuente, se ingresará a una etapa en la cual la señal es digitalizada a valores discretos para poder ser interpretada por el sistema en rigor de las técnicas de digitalización que actúan dentro de la cadena de audio (DAC). Es así, que la señal de audio llega a la etapa de Pre-énfasis, donde los criterios hacen su participación para reducir la tasa de ruido que se puede inducir en la señal de nuestro interés, ya sea por el mismo medio que la transporta o por las diversas etapas en las que se ve envuelta la señal durante su transmisión. El filtro de los 15 KHz nos permite eliminar el ruido que puede llegar a exceder el tamaño de la señal de audio que es la que realmente nos interesa. De acuerdo a nuestros propios intereses el Multiplexer puede ser configurado para la selección de nuestra fuente ya sea la señal compuesta (MPX) o los canales L y R entregados por el Stereo Coder. Nos enfocamos mucho en estos temas: ・ ・ ・ ・
Utilización de los dB e interpretación. Desviación del Transmisor. Pre énfasis. Potencia.
Utilización de dB e interpretación En esta parte se centralizara en interpretar la equivalencia de los dB respecto a determinada frecuencia, voltaje, Vrms, Vpp, Vpk/2 y en general saber como utilizar estos datos de forma precisa y concisa. Desviación del Transmisor Esta dada por una norma ya establecida que consta de 75kHz para un trasmisor de FM, normalmente se dice que la desviación es el aumento de volumen al TX. Potencia Conocer los niveles de a los que trabaja el transmisor. En el diagrama principal tenemos cuatro entradas principales: ・ ・ ・
Balanceadas L, R. Desbalanceadas: MPX, RDS SCA.
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DAC Este es atenuador digital que puede variar, es decir nos convierte una señal digital a una señal analógica en su mayoría este tipo de atenuadores se usan en reproductores de audio. Estereo Coder Es donde se lleva a cabo la combinación de canales estereo o mono en cierto intervalos de frecuencia donde la suma de los canales L+R asignan un audio mono y la resta de L-R asignan un canal estéreo done existe una frecuencia piloto entre este tipo de suma y resta que es de 19kHz. Filtro 15 KHz Este sirve para que el paso de la onda sea lo mas plano posibles, donde se evita que llegue a la frecuencia piloto o de corte de 19 KHz que generan ruido, además de ser la parte que ocupa el 50% de la calidad de un transmisor. VCO Oscilador que cambia la frecuencia en función del voltaje de entrada que se le asigne, esta parte se puede comprender mejor con un analizador de espectros. Un sistema de recepción FM presenta un mejor desempeño frente al ruido que los sistemas e Modulación lineal. Con el fin de mejorar el desempeño total del sistema, debemos tener una respuesta plana para todo el rango de frecuencias de la señal mensaje. La forma de implementar esto es mediante el uso de técnicas de filtro de pre énfasis y énfasis. El principal objetivo del filtrado de pre énfasis y énfasis consiste en diseñar que se comporte como un par modulador demodulador de frecuencia (FM) para las bandas a bajas frecuencias (graves) de la señal mensaje, y, actuar como un par modulador demodulador de fase (PM) para las bandas a alta frecuencia (agudos) de la señal mensaje. Las características de los filtros de pre énfasis y énfasis dependen de la densidad espectral de la señal mensaje (música o voz).
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CLASIFICACIÓN DE LOS EQUIPOS SEGÚN EL RANGO DE POTENCIA En transmisión de radio, el rango de potencia más común va de los 50w a los 10kw, por lo que los equipos son diseñados para trabajar dentro de estos valores por lo que podemos clasificarlos de la siguiente manera:
- COMPACTOS Transmisores de baja potencia, que incluyen el excitador asi como la etapa de amplificacion. - COMPACTOS MODULARES Equipos que al ser necesaria una potencia mayor a 1kw es necesaria una etapa de amplificacion a parte, por lo que se requieren módulos externos por separado. STUDIO TRANSMITER LINK (ENLACES PLANTA ESTUDIO) Cuando la planta transmisora y el estudio de grabación no se encuentran en el mismo lugar, es necesario enviar la señal de audio para que sea radiada por la antena en la planta transmisora, por lo que puede ser usado un equipo STL que consta de un enlace punto a punto por medio de microondas. La señal que entra al equipo de transmisión del STL es por medio de conexión MPX, transmitida a través de la señal de microonda y de la misma manera en el receptor sale por MPX hacia el Transmisor de RF.
En las plantas transmisoras se debe garantizar el funcionamiento las 24 hrs. los 365 días del año de los equipos de transmisión por lo que es necesario tomar medidas como el establecimiento de sistemas de respaldo. Uno de los sistemas puede ser de tipo N + 1, donde N es el número de equipos de respaldo que se pueden tener.
SISTEMAS DE RESPALDO Como ejemplo, si se tuviera un transmisor de RF principal y uno de respaldo (1+1) es necesario tener un sistema de control que se encargue de vigilar que cuando el transmisor principal sufra de algún tipo de falla y quede fuera de funcionamiento, haga el cambio al transmisor de respaldo por medio de una llave coaxial, así mismo puede servir para realizar la conexión del transmisor con una carga fantasma para realizar reparaciones o pruebas.
Recapitulando se tiene que para transmisión de radio y T.V. Los transmisores: ‐ ‐ ‐ ‐
Pueden Pueden Pueden Pueden
ser analógicos o digitales ser de tipo compacto o modulares ser enfriados por aire o líquidos permanecer en stand alone o sistema
Para la parte del sistema de transporte (STL) de la señal a transmitir los equipos pueden ser: ‐ ‐ ‐
Usados para radio o T.V. Analógicos o digitales Pueden permanecer en Stand Alone o sistema
Es importante también mencionar los elementos pasivos que son utilizados en el proceso de transmisión y que por facilidad de manejo, sus parámetros característicos de cada uno se da en decibeles. ‐ ‐ ‐ ‐ ‐
Filtros (perdida) Antenas (ganancia) Combinadores Cargas fantasma Patch panels
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‐
Cableado
La facilidad de usar dB’s radica en que en lugar de hacer multiplicaciones y divisiones, al ser una unidad referenciada, se realizan sumas y restas únicamente, por ejemplo: 3 dB´s
-0.2 dB’s
30mts Tx
FILTRO -0.05 dB’s /m
Se tiene un transmisor de R.F. que a su salida está conectado a un filtro donde la perdida a la salida es de 0.2 dB’s, a su salida se encuentra la línea de transmisión con una longitud de 30 mts. Con una pérdida de 0.05 dB’s por metro, y esta línea llega hasta la bahía de antenas con ganancia de 3 dB’s, por lo que tenemos entonces: Filtro … -0.2 dB’s (-0.2) + (-1.5) + (3) = +1.3 Línea de transmisión … -0.05 x 30 = -1.5 10Kw x 1.3 = 13 Kw dB’s Antenas … + 3 dB’s Como se puede ver a través de sumas y restas se puede obtener de manera sencilla la potencia final que será radiada por las antenas, producto de las perdidas en el camino de la señal de R.F. Todo equipo de amplificación, requiere de un cierto nivel de señal de entrada, por lo que se debe dimensionar la potencia del excitador en función a la potencia del amplificador o a la cantidad de equipos. Por ejemplo si tenemos dos amplificadores que a la entrada requieren 50W c/u, será necesario que el excitador que los va a alimentar, tenga una potencia de salida de 100W para que sea distribuida.
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Otro ejemplo es en el caso de tener 4 amplificadores, si a la entrada de cada uno, por su diseño de fabricación a la entrada requieren 50W de nivel de señal, será necesario un excitador que a la salida, entregue una potencia de 200W para que sea distribuida a cada equipo.
ESQUEMA BASICO A BLOQUES DEL AMPLIFICADOR
Este diagrama a bloques, es aplicable para todo tipo de transmisores, desde un solo equipo hasta el arreglo de varios amplificadores, todo va en función de la potencia que sea necesaria obtener a la salida. A diferencia de los dispositivos usados actualmente, antes se usaban dispositivos llamados híbridos, para la etapa de amplificación. La ejemplificación de su funcionamiento se ve en la siguiente figura.
3000 w 1500 w
1500 w 3000 w Carga fantasma
Una de las desventajas que es importante mencionar es que al aumentar el número de circuitos híbridos, se aumenta el tamaño de la carga fantasma.
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EFICIENCIA Siempre todo lo que no se convierte en energía RF, se convierte en calor, tomando en cuenta lo anterior surge la necesidad de medir en qué medida, se aprovecha la energía suministrada para generar la potencia deseada para el caso de los transmisores, es decir la eficiencia. A/C 10000 W CALOR
20000 W Tx
10000 W
50 % EFICIENCIA
En el diagrama anterior se tiene un ejemplo de un transmisor con una eficiencia de 50%, es decir que la mitad del consumo total eléctrico del transmisor es convertida en potencia de salida para ser radiada y la otra mitad es convertida en calor, entre los elementos que lo componen como son los amplificadores, ventiladores, etc. Los 10 Kw que son transformados a calor y son “vaciados” al ambiente, se vuelve en el principal enemigo de los dispositivos hechos con silicio, por lo que deben ser disipados para evitar sobrecalentamientos a los equipos que estén alrededor o al mismo transmisor, lo cual se buscara por medio del enfriamiento proporcionado por el equipo de aire acondicionado. En la eficiencia se deben tomar en cuenta todos los equipos que están relacionados directamente con la generación y disipación del calor, para verlo más claro se tienen dos ejemplos: Cálculos energéticos al 50 % y 65% de eficiencia: GENERO APORTO 20 KW - CONSUMO 10KW – R.F. ELECTRICO Tx 10 KW- CALOR 10 KW- CONSUMO ELECTRICO A/C
GENERO APORTO 16.5 KW-CONSUMO 10 KW – R.F. ELECTRICO Tx 6.5 KW- CONSUMO ELECTRICO A/C
20KW+10KW=30KW
16.5KW+6.5KW=23KW
Como se observa, en el caso del transmisor con eficiencia del 65%, se está haciendo un ahorro de 7KW con respecto al transmisor de 50% de eficiencia que se ve reflejado en el aspecto económico así como el efecto ambiental. Se debe considerar que un error de medición de potencia afecta de manera directa el cálculo de la eficiencia, podemos verlo en los siguientes ejemplos: EJEMPLO 1 Se tiene un transmisor con eficiencia de 65%, se realiza la medición tanto del consumo de entrada (16.5KW) asi como la potencia de salida (10KW) para comprobar el porcentaje dado por el fabricante, por lo que : Ef = Potencia de salida/Potencia absorbida Ef =10KW / 16.5KW =0.60 EJEMPLO 2 Otro fabricante proporciona un transmisor de características de entrada y salida iguales al anterior pero asegurando que el porcentaje de eficiencia es de 70%, al realizar las mediciones de consumo y potencia de salida, se encuentra que la potencia de salida es de 9KW y no 10KW como debería ser, entonces se tiene: Ef = Potencia de salida/Potencia absorbida Ef =9KW / 16.5KW =0.54
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CONECTORES En la siguiente tabla se muestra el calibre que podemos tener en los conectores y la potencia que pueden manejar. CALIBRE FIGURA POTENCIA 6 Kwatts 15 Kwatts 3
50 Kwatts
Van a la salida de RF. Con un solo Spliter. Con dos Spliter y la primera ramificación será 3 la del segundo amplificador será una menor1
80 Kwatts
2-3 transmisores
6
Cuando solo se tarabajara con un solo transmisor se usa el calibre grande a la entrada del Spliter que es de 3 , la salida del Spliter sale con un calibre más delgado que va a las antes 1
y por último a las antenas que es de un calibre .
.
FUENTES DE ALIMENTACIÓN. Las fuentes de alimentación son una de las partes más importantes, ya que es la que nos suministra de energía y es esencial que en este caso si tengamos una redundancia ya que en caso que tengamos ausencia de una podamos tener una auxiliar y así quedarnos sin energía. Los transmisores a 1 Kw. Trabaja con un voltaje de 42 V. y una corriente de 30 A.
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TELECONTROL. El telecontrol es prácticamente la manera de tener comunicación con el transmisor de manera remota. Se puede tener acceso al transmisor remotamente aún cuando no esté encendido, solo debe estar conectado a la corriente eléctrica. El tx cuenta con opciones de modo local o remoto, el modo remoto se refiere a tener acceso a todas las funciones del tx para poder ser manipuladas a larga distancia y el modo local ignora las funciones que se le mandan vía remota, en este modo solo se puede monitorear el tx esto con la finalidad de seguridad. Algunos ajustes que se puede hacer remotamente son: cambio de frecuencia, impedancia, preénfasis, mode, sensibilidad, activar memoria, interlock, actualización de software, etc. Los protocolos que se pueden utilizar para este tipo de enlace son:
FTP TELNET DHCP SNMP TCP/IP IP
Para tener comunicación remota con el tx se tiene que conocer el web server del tx en el que está dado de alta, mediante una conexión IP asignada al equipo, para ello se necesitan los conectores RS232 y RS485 (mediante una conexión serial).
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SISTEMA LOGICA DE CONTROL El tx cuenta con un sistema de alarmas las cuales pueden ser programables, las más típicas son:
FWD -3dB indica que se ha perdido la mitad de la potencia FWD -1.5dB indica que se ha perdido una cuarta parte de la potencia REFLECTED se refiere a la potencia reflejada y se da cuando hay una diferencia de impedancia entre el tx y la antena OVER TEMP indica que la temperatura interna del tx esta aumentado Audio -20dB indica que hay perdidas en la señal de audio, este parámetro depende más del enlace
SISTEMA DE REDUNDANCIA (N+1) Es un sistema auxiliar para tener un Transmisor de reserva para N número de Transmisores en operación así como una carga fantasma para reparaciones y modificaciones al sistema. Para realizar los cambios en las llaves coaxiales que controlan la salida del a señal de los transmisores es necesario contar con una lógica de control. Como se puede ver en el sig. Diagrama.
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OPERACIÓN DEL MOSFET En este día comenzamos con una plática complementaria al tema de “Eficiencia” partiendo del principio del funcionamiento del MOSFET. Es conveniente que el MOSFET trabaje como amplificador tipo C en el que solo se comporte como un switch y no como una resistencia que varía el valor de acuerdo al valor de amplitud de la señal.
Para ejemplificar el 1er caso tenemos al MOSFET comportándose como una resistencia variable, en donde aleatoriamente se colocaron valores.
Donde tenemos el siguiente cálculo: 10 10Ω
1
10 1
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. 10
10 11Ω 10
0.9
0.9
0.9 1Ω
. 9 1
R
R
Por lo que obtenemos que al poner la máxima potencia a el excitador y limitar la potencia del transmisor, logramos obtener una onda cuadrada limitando las referencias y de este modo el transistor MOSFET operara primordialmente como un switch. Quedando la potencia total en la carga.
Parámetros de Instalación y Puesta en Marcha 1.- Verificar Voltaje de Línea.
2.- Conexión a Sistemas de Tierra. 3.- Sistema de Aire Acondicionado. 4.- Verificación Visual y Física de la conexión entre Módulos y Conectores.
5.- Encendidos de los Interruptores Térmicos.
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Parámetros para la Operación 1.- Desviación de Frecuencia. 2.- Enfásis. 3.- Selección del tipo de entrada de Audio (L - R, ó MPX).
4.- Sensibilidad. 5.- Verificar el Interlock.
Conclusiones: El Transmisor DB Elettronica es un buen equipo, ya que está comprobado que tiene una buena eficiencia eléctrica. El Transmisor DB Elettronica tiene un diseño eficiente de los módulos de potencia, ya que no divide en IPA’s la potencia, solo existen los PA. Las nuevas tecnologías conjugadas con el diseño del transmisor DB Elettronica hacen posible que un alto porcentaje de energía eléctrica se pueda convertir en potencia, y un bajo porcentaje se convierte en calor. Gracias a los avances en telecomunicación que cuenta el transmisor DB Elettronica, podemos tener el control de un transmisor desde nuestro celular o computador, sin tener que ir a la caseta de transmisión.
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