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Armónicas y Filtros (TEL019S)

   ¿Ha montado un pequeño transmisor y no está satisfecho con su rendimiento? En este artículo lo que son armónicos y cómo influyen en el rendimiento de un transmisor y también cómo utilizar filtros para tener mayor transferencia de energía a la antena.

   El matemático francés Fourier demostró que cualquier signo, independientemente de su forma de onda puede ser descompuesto en un signo senoidal de la misma frecuencia y una cantidad infinita de señales senoidales de frecuencias múltiples, o sea, armónicas, como muestra la figura 1.

 

Figura 1- Descomponiendo una señal en fundamental y armónicos
Figura 1- Descomponiendo una señal en fundamental y armónicos

 

   En el caso de la electrónica, la profundidad de este hecho se hizo patente, con su amplia utilización en la electrónica, las telecomunicaciones, los DSP, la síntesis de sonidos a las computadoras.

   De hecho, si un transmisor de FM produce una señal en la frecuencia de 100 MHz, y que no es perfectamente senoidal, o sea una oscilación considerada pura, también irradiará señales más débiles en las frecuencias de 200, 300, 400 MHz, etc.

   Las intensidades van cayendo, de modo que para las oscilaciones armónicas más altas, las posibilidades de que causen interferencias son uto bajas, como sugiere la figura 2.

 

Figura 2- Composición armónica de una señal
Figura 2- Composición armónica de una señal

 

   Es por este motivo que los transmisores para la banda del ciudadano que operan alrededor de los 27 MHz, interfieren en los televisores analógicos de los canales bajos, que operan en torno a 54 MHz.

    Esta frecuencia corresponde justamente a la del canal 2.

   Muchos lectores que intentan ajustar sus pequeños transmisores de FM pueden, inadvertidamente, generar armónicos que van a caer en los canales más altos de la banda de TV en VHF.

   No basta con la interferencia que causan, estas oscilaciones indeseables "roban" la potencia del transmisor, ya que debe distribuirse entre señales de diversas frecuencias.

   En otros casos, pueden ocurrir oscilaciones denominadas "espurias" que van a caer sobre la banda de TV e incluso de FM, además de aquellas en que deseamos transmitir, causando serios problemas para quien intenta ajustar un transmisor: más de una señal es captada a lo largo de la franja y no sabemos cuál debe considerarse.

   Ajustando el transmisor en puntos indebidos la potencia cae y el alcance también.

   Incluso con potentes transmisores valvulados no será posible ir más allá de algunos cientos de metros en estas condiciones.

   Este problema es más acentuado en transmisores que poseen diversas etapas sintonizadas de amplificación, como el mostrado en la figura 3.

 

Figura 3 - Transmisor de dos etapas
Figura 3 - Transmisor de dos etapas

 

   Pequeñas diferencias de ajuste de dos bobinas, polarización inversa de transistores que deforman la señal y ayudan en la producción de armónicos son algunos problemas que pueden ocurrir.

   Es muy común que, para obtener mayor rendimiento de un transistor en una etapa de amplificación de señales, sea polarizado en clase C, como muestra la figura 4.

 

Figura 4 - Etapa en clase C
Figura 4 - Etapa en clase C

 

   En estas condiciones, permanece sin conducir (en el corte) hasta que uno de los semiciclos de la señal alcanza al menos 0,6 V y polarice la unión base-emisor para conducir.

  El resultado de la operación en esta configuración es una fuerte deformación de la señal, responsable por la producción de gran cantidad de armónicos que roban potencia y causan muchas interferencias, como sugiere la figura 5.

 

Figura 5 - Señal (a), deformación (b) y señales producidas (c)
Figura 5 - Señal (a), deformación (b) y señales producidas (c)

 

   Evidentemente, además de las prohibiciones existentes que impiden la operación de tales aparatos, a no ser en un lugar despoblado o con una potencia muy baja, podemos tener problemas de los más diversos.

   

Soluciones

   No basta con montar el transmisor y simplemente conectar de cualquier modo una antena, aunque sea un simple pedazo de cable, para tener una señal pura y mayor alcance.

   El acoplamiento a la antena es un primer punto importante a considerar.

   Con un buen acoplamiento ajustable, podremos transferir a la antena la mayor potencia de señal en la frecuencia deseada reduciendo la cantidad de armónicos y obteniendo mayor alcance.

   En la figura 6 tenemos una sugerencia de circuito de acoplamiento de antena que ayuda a hacer una transferencia mejor de las señales.

 

Figura 6 - Circuito de acoplamiento de antena
Figura 6 - Circuito de acoplamiento de antena

 

   

Para el rango de FM, la bobina está formada por 3 espiras de hilo 22 enrolladas sobre la bobina del último paso amplificador del transmisor.

   El trimmer es de 3 - 30 pF pudiendo ser del tipo antiguo de porcelana o moderno de plástico.

   El circuito debe ajustarse para obtener la máxima potencia de antena.

   Un medidor de intensidad de campo, como el de la figura 7, debe ser utilizado para este propósito.

 

Figura 7 - Un medidor de intensidad de campo
Figura 7 - Un medidor de intensidad de campo

 

Para la banda de AM, donde los problemas son menores, la bobina está formada por 12 a 15 espiras de hilo 28 sobre la bobina del último paso del transmisor y CV es una variable de 120 pF.

   La banda de frecuencias cubierta por este circuito va de 500 kHz a 2 MHz.

   Vea que este circuito debe ser instalado en caja metálica que sirva de blindaje.

   En la figura 8 tenemos una placa de circuito impreso para el montaje.

 

Figura 8 - Placa de circuito impreso para el montaje
Figura 8 - Placa de circuito impreso para el montaje

 

   

Otro problema que puede ocurrir en las salidas de los transmisores es que siendo el circuito de baja impedancia, el factor Q es bajo.

   Con eso, tenemos una baja selectividad y el paso de campanas que no correspondan a la frecuencia que deseamos transmitir.

   Este problema puede resolverse utilizando filtros.

   Para el rango de FM, por ejemplo, tenemos el filtro mostrado en la figura 9, que consiste en un filtro en T del tipo pasa-bajas.

   

Figura 9 - Filtro T pasa-bajas
Figura 9 - Filtro T pasa-bajas

 

   Sintonizado en la frecuencia que deseamos transmitir, presenta baja resistencia a la señal, bloqueando las señales de los armónicos.

   L1 y L2 consisten y 4 o 5 espiras de hilo 20 o 22 en forma de 1 cm sin núcleo.

   Otro tipo importante de filtro es el de la configuración PI (de la letra griega) y tiene su configuración mostrada en la figura 10.

 

Figura 10 - Filtro PI
Figura 10 - Filtro PI

 

   En este circuito, podremos tener la sintonía de los trimmer como de la propia bobina.

   Encontramos este circuito en transmisores valvulados con configuraciones de salida como la mostrada en la figura 11.

 

Figura 11 - Etapa en Pi de transmisor valvular
Figura 11 - Etapa en Pi de transmisor valvular

 

 

Para el rango de FM la bobina L1 está formada por 5 espiras de hilo 20 ó 22 en forma de 1 cm de diámetro sin núcleo y podemos tener una toma por espira para ajustes.

   El trimmer es de 3-30 pF con una buena tensión de aislamiento en el caso de los circuitos valvulados.

   El mismo circuito puede ser modificado para una configuración PI-L como la mostrada en la figura 12.

 

Figura 12 - Configuración de filtro PI-L
Figura 12 - Configuración de filtro PI-L

 

   Muchos acoplan sus transmisores a antenas dipolo, utilizando líneas paralelas (300 ohmios), en cuyo caso el circuito de la figura 13 puede ser utilizado.

 

Figura 13 - Acoplamiento a línea de 300 ohms
Figura 13 - Acoplamiento a línea de 300 ohms

 

   Otras opciones de acoplamiento a las líneas balanceadas se muestran en la figura 14.

 

Figura 14 - Otras opciones de acoplamiento
Figura 14 - Otras opciones de acoplamiento

 

   

Para la banda FM, la bobina L2 tiene 6 a 7 espiras de hilo 22 o 24 sobre L1.

   

Conclusión

   Como hemos visto en este artículo, uno de los puntos importantes para obtener el buen desempeño de un transmisor está en el acoplamiento entre etapas y entre el transmisor y la antena.

   El uso de filtros también es importante para evitar la irradiación de señales indeseables.

   

 

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