Cuando desde una misma
estación se opera simultáneamente en varias bandas de HF,
surgen problemas de interferencias entre unas y otras, así
como entre los equipos de radio y otros elementos de la
estación. Es el caso de:
- Expediciones en grupo.
- Participación en concursos en categorías multioperador.
- Participación en concursos en categorías monooperador con una estación SO2R (dos transceptores o un transceptor y dos VFO).
Son varios los posibles escenarios: desde una estación multioperador-multitransmisor (operando hasta en las seis bandas a la vez), pasando por un multioperador-un transmisor o un multi-2 (hasta dos señales emitidas a la vez, y un número indeterminado de receptores), hasta un monooperador SO2R (emitiendo una señal en una banda, y a la vez realizando tareas de escucha en otra frecuencia en la misma banda u otra banda diferente). Para abreviar, en el artículo englobaremos todas estas situaciones bajo el término multi.
No todas las estaciones multi son permanentes, por lo que en muchos casos no se detectan las interferencias hasta que empieza el concurso o expedición; no obstante, algunas de las técnicas de reducción de interacciones pueden tomarse con carácter preventivo, desde el mismo momento en que se prepara la estación.
Interferencias mutuas y su generación
Aún y disponiéndose hoy en día de equipos de radiocomunicaciones de tecnología avanzada, existen una serie de imperfecciones y limitaciones inevitables dictadas por las leyes de la física, por las que los elementos que componen las estaciones de radioaficionado al transmitir generan una serie de señales indeseadas (algunas de ellas dentro de bandas de aficionado) a niveles inferiores de las señales transmitidas por la estación; tampoco escapan a esto elementos ajenos a la estación pero situados en sus cercanías. En los receptores, sus imperfecciones se reflejan en forma de un funcionamiento degradado en determinadas circunstancias. Primero analicemos las causas de todos estos problemas, y después las posibles soluciones.
Ruido de fase
El ruido de fase de un transceptor se refleja tanto en su transmisión como en su recepción, y tiene su origen en sus osciladores y mezcladores; paradójicamente los osciladores sintetizados, y en especial los basados en circuitos PLL, tienen peores cualidades en cuanto a ruido de fase que un simple oscilador a cristal, a menos que hayan sido diseñados con cuidado. En la figura 1 vemos el efecto del ruido de fase en la señal sinusoidal generada por un oscilador, es una inestabilidad en su fase, la señal se ve “adelantada y atrasada” continuamente; no hay que confundir ruido de fase con ruido de amplitud (ver la figura 1).
Figura 1. a) La señal a trazo continuo es una sinusoidal perfecta; la de trazo discontinuo tiene continuos “vaivenes” al estar aquejada de ruido de fase, sus cruces por cero (línea horizontal) se producen a intervalos irregulares. b) La señal con ruido de amplitud tiene sus cruces por cero en los mismos puntos que la señal perfecta de a), al contrario que la señal con ruido de fase. c) Espectro frecuencial de las señales de a). d) aspecto que una sinusoidal con ruido de fase presentaría en un osciloscopio
El ruido de fase se manifestará en transmisión en ambos lados del espectro frecuencial de la señal transmitida (figura 2), afectando a otros equipos de la estación recibiendo en la misma banda y en menor medida en otras bandas cercanas; su nivel decrece a medida que nos alejamos de la frecuencia del transmisor.
Figura 2. a) Espectro frecuencial transmitido por un emisor de CW: portadora, lóbulos debidos a la manipulación, ruido de fase y ruido de banda ancha. b) Espectro de un transmisor de fonía SSB: señal de SSB, sus productos de intermodulación (splatters), ruido de fase y ruido de banda ancha
Mezcla recíproca. El ruido de fase de un equipo también le perjudica en recepción, se traduce en una pérdida de selectividad y en el fenómeno de mezcla recíproca: si en una frecuencia cercana a la señal de interés tenemos una señal potente indeseada (habitual en concursos), ésta se mezclará con el ruido de fase de los osciladores del receptor, produciendo interferencia en forma de ruido en el ancho de banda de recepción, perturbando la señal deseada.
Armónicos
Uno de los problemas más molestos en estaciones multi. Además de la señal de interés, debido a elementos no lineales de los transmisores, éstos generan señales en frecuencias múltiplo de la de emisión, llamada frecuencia fundamental; es decir, un transmisor en 7 MHz también generará señales en 14, 21, 28 MHz, etc. Dichas señales están distorsionadas, ocupando un ancho de banda de varios kHz, mayor que el de la señal original. Sus niveles están varias decenas de dB por debajo de la fundamental, y son decrecientes cuanto mayor es su frecuencia.
En la práctica el armónico más perjudicial es el 2º, es decir, el de frecuencia doble de la señal emitida; si el transmisor va seguido por un amplificador, el nivel del 2º armónico puede ser suficiente para averiar la etapa frontal receptora de un transceptor situado en su misma frecuencia (lo que suelen fallar son los diodos de conmutación de los filtros de entrada o las resistencias de los atenuadores).
En la foto 1 vemos el espectro del venerable amplificador Kenwood TL-922 (foto 2), según los ensayos a los que fue sometido en su día en los laboratorios de la ARRL [19]. La primera línea vertical a la izquierda es la frecuencia de emisión (en 80 metros, banda en la que presentó mayores niveles de armónicos), con una potencia de 1 kW. Se muestran hasta el 4º armónico; el más molesto es el 2º, que está 43 dB por debajo de la fundamental, y por tanto tiene una potencia de 50 mW (milivatios).
Foto 1.
Un amplificador sobreexcitado (fuera de su margen de trabajo lineal, ver fig. 3) contribuirá a la generación de armónicos, y si está mal sintonizado no los atenuará suficientemente (las etapas de salida de transceptores y amplificadores adaptan impedancias y filtran). Es necesario emplear el control automático de carga (ALC) en fonía; en CW, la utilización del ALC en un amplificador sobreexcitado causará distorsión en la forma de onda de manipulación, y por tanto espurias dentro y fuera de la banda.
Fig. 3. a) Amplificador trabajando linealmente. No hay distorsión en la señal de salida. b) Amplificador sobreexcitado: la señal de salida se ve recortada, es decir, se están generando mayores armónicos (y splatters si se trata de fonía). Si es un amplificador de recepción entrará en saturación, quedando bloqueado (ver texto). Nota: obsérvese que en los codos de la curva de amplificación (trazo grueso) hay cierta curvatura, el paso a la zona de comportamiento no lineal es progresivo
Nunca emplear los amplificadores por encima de su potencia máxima; incluso como norma general recomendaría (esto es un punto de vista personal) hacer trabajar transceptores y amplificadores ligeramente por debajo de sus respectivos límites de potencia, para así alejarlos del punto en el que dejan de ser lineales al empezar a generar sus propias espurias. De todos modos ese punto dependerá de lo cuidado que sea el diseño del transceptor o amplificador, de lo “forzado” que este diseño haga trabajar el componente amplificador (transistores o válvulas), y de las características que les atribuyan sus fabricantes.
Uno de los esquemas más habituales en la etapa de salida de los amplificadores es el denominado circuito en Pi (dos condensadores y una bobina) sintonizable; el esquema Pi-L (es como un Pi con una segunda bobina) presenta una mayor atenuación de armónicos (figura 4).
Figura 4. Circuitos de salida de amplificadores: a) Circuito Pi; b) Circuito Pi-L; c) Correspondencia entre los mandos de ajuste de un amplificador y los componentes de su circuito Pi de salida
Productos de intermodulación
Cuando en un dispositivo no lineal se mezclan dos o más señales, además de sus armónicos se genera un conjunto de señales no deseadas llamadas productos de intermodulación (IM), que pueden tener su origen en:
- Etapas de salida de los transmisores cuyas antenas estén muy próximas, debido al carácter no lineal de los transmisores.
- Elementos no lineales ajenos a las estaciones. Ejemplos: juntas oxidadas (o con mal contacto galvánico) de riostras con anclajes, de elementos de torretas de antenas, de uniones de tramos de mástiles, techos y suelos metálicos, etc. En general, objetos metálicos con falsos contactos entre ellos o entre los tramos que los componen, situados en las inmediatas cercanías de las antenas; dichos objetos actuarán como “diodos” rectificando la suma de las señales que capten, produciendo así señales de IM (y armónicos).
- Etapas de entrada de los receptores, debido a su carácter no lineal: ante señales muy fuertes, el propio receptor genera productos de IM que degradan su capacidad de recepción de señales débiles.
Frecuencia y orden del producto de IM. Si tenemos dos señales de frecuencias respectivas f1 y f2, que se combinan en un dispositivo no lineal, las frecuencias de los productos de intermodulación generados vienen dadas por mf1 + nf2, siendo m y n enteros (±1, ±2, ±3,…). El denominado orden del producto viene dado por la suma de módulos de los índices, |m|+|n| (|-4|=4; |4|=4). Si tenemos tres señales con frecuencias f1, f2 y f3, las frecuencias de los productos vendrán dadas por mf1 + nf2 + pf3, siendo entonces el orden del producto igual a |m|+|n|+|p|.
Como ejemplo, en la figura 5 vemos los IM de hasta 5º orden que pueden generarse con dos señales, una de 7 MHz y otra de 14 MHz. Por suerte y desgracia nuestras bandas de HF están relacionadas armónicamente, por lo que a los mencionados problemas con los armónicos hay que añadir los productos de IM que caigan dentro de nuestras bandas, perturbándonos la recepción.
Potencia del producto de IM. El nivel de un producto de IM es notablemente menor cuanto mayor sea su orden: si tenemos un producto de IM de frecuencia mf1 + nf2 (ejemplo para dos señales generadoras), su potencia viene dada por PIM (dBm) = mP1+nP2+C , donde Pi es la potencia del transmisor de frecuencia fi (C es una constante de atenuación).
Como ejemplo, supongamos dos transmisores en 7 y 14 MHz respectivamente, y consideremos uno de los posibles productos de IM de orden 3, el dado por 2x7+1x14 = 28 MHz. Si reducimos la potencia del transmisor de 14 MHz a la mitad (-3 dB) la potencia del producto bajará en 3 dB; pero si es la potencia en 7 MHz la que reducimos a la mitad tendremos una reducción en el nivel del producto de 2x3=6 dB. Esto seguiría siendo válido para más transmisores.
El número de productos de intermodulación de mayor intensidad generados por una estación multi crece con el cubo del número de transmisores emitiendo simultáneamente [4].
Figura 5. Productos de intermodulación hasta orden 5 generados por la mezcla de una señal de 7 MHz y otra de 14 MHz en un dispositivo no lineal. Se muestran las combinaciones de frecuencias que los producen
Intermodulación por señales ajenas. Los productos de IM no tienen por qué ser generados por la combinación de las señales emitidas por la propia estación multi: además de éstos habrá otros IM creados al combinarse señales de los transmisores con otras señales fuertes ajenas a la estación (radiodifusoras, etc.), o bien combinación tan sólo de esas señales ajenas. Un ejemplo sería, como ha ocurrido en ocasiones[14], la mezcla de la emisión de la estación de 3,5 MHz con las señales de radiodifusoras en 17,5 MHz, que haría “aparecer” las radiodifusoras en el receptor de la estación de 21 MHz; otro ejemplo sería la señal del transmisor de 20 metros emitiendo en 14,2 MHz, mezclada con las radiodifusoras situadas en las cercanías de 7,2 MHz, que aparecerían en el receptor de 7 MHz (14,2-7,2=7); o bien [15] la combinación en el receptor de 21 MHz de señales de radiodifusión de 6 y 15 MHz, que podrían causarle productos de IM de 2º orden (6+15=21).
En un receptor en 40 metros, la combinación de señales de radiodifusoras situadas por encima de la banda pueden llegar a generar ruido de intermodulación en toda la banda de 7 a 7,1 MHz. Y en una banda muy concurrida en un concurso, las propias señales de los participantes producirán ruido de IM en los receptores de algunos de ellos (ejemplo de producto de tercer orden: 2x7060-7070=interferencia en 7050).
Productos de IM por bandas. Unos cálculos en MATLAB de los IM de hasta orden 5, suponiendo seis transmisores en modo multi-multi operando en el centro del segmento de cada modo, y sin considerar señales ajenas, arrojaron resultados interesantes:
- En cuanto a número de productos de IM por kHz, hay casi tres veces más en CW que en fonía (SSB), debido a la mayor relación armónica entre los segmentos de CW de las bandas que entre los segmentos de fonía; pero si se tienen en cuenta los anchos de banda de cada modo, resulta que en CW se tiene en torno a la décima parte de posibilidades de tener un producto de IM en el ancho de banda de recepción que en fonía.
- En CW, las bandas más susceptibles a IM son por este orden 7, 14, 21, 28, 3,5 y 1,8 MHz; en fonía son 7, 14, 21, 3,7, 28 y 1,8 MHz.
¿Subarmónicos? Algunas fuentes señalan la posibilidad de que un transmisor genere señales espurias en frecuencias submúltiplo (fracciones enteras) de la frecuencia de transmisión; así, un transmisor en 14 MHz generaría señales en 14/2=7 MHz, 14/3=4,66 MHz, 14/4=3,5 MHz, etc. La causa sería un transmisor que emplee un oscilador a cristal trabajando en sobretono (en alguno de sus armónicos); si debido a un insuficiente aislamiento entre oscilador y antena la fundamental del cristal progresa a través de las etapas del transmisor, tendremos un subarmónico en antena. Pero en los transceptores empleados hoy en día, basados en esquemas con osciladores modernos y varias etapas de conversión eso no puede suceder. Lo que sí podrán generarse por los problemas de aislamiento mencionados son débiles interferencias en frecuencias muy concretas, que caerán en bandas de aficionado o no, y por el mismo efecto recibirse señales en frecuencias muy desplazadas de las reales
Distorsión de intermodulación armónica. En recepción, por la falta de aislamiento mencionada en el apartado anterior, a los mezcladores de nuestros transceptores pueden llegar señales indeseadas, aparte de la de interés; entonces pasarán cosas como “recibir” en 7,0 MHz una radiodifusora que esté emitiendo en realidad en 11,6 MHz); asimismo, los osciladores locales tienen sus propios armónicos, y los mezcladores su margen dinámico libre de distorsión. Estas limitaciones pueden generar señales espurias por distorsión de IM armónica, que si están en el ancho de banda de la FI (frecuencia intermedia) perturbarán la recepción; en transmisión se producirán espurias debido a los armónicos de los osciladores y, como decíamos, al grado de distorsión que introduzcan los mezcladores.
Bloqueo por transmisores cercanos
Si al receptor llega una señal de nivel aún mayor que el de aparición de productos de IM podrá llegar a sufrir un bloqueo, quedando saturado y disminuyendo su sensibilidad: se sobrepasa el tramo lineal de la curva de ganancia del receptor (fig. 3). La señal bloqueadora no tiene por qué estar en la misma banda que el receptor; en una estación multi los bloqueos son debidos a las señales de los propios transmisores.
Los transceptores actuales suelen tener recepción continua de 0,1 a 30 MHz, lo cual implica (salvo excepciones) que incorporan filtros de banda ancha en recepción; ello es causa de una mayor susceptibilidad a problemas de IM y bloqueo en recepción.
Elementos estructurales
Riostras resonantes. Los vientos metálicos en torretas y mástiles de antenas pueden contribuir a las interferencias en recepción: si resuenan en algunas de las frecuencias de operación de la estación o en frecuencias cercanas, captarán y rerradiarán la energía de RF de los transmisores de dichas frecuencias. Actuando así como elementos parásitos, distorsionarán el diagrama de radiación de la antena en cuya torre o mástil estén, lo cual es grave en el caso de antenas direccionales; en cuanto a lo que nos ocupa en este artículo aumentarán el acoplamiento entre las antenas de la estación, y por tanto las interferencias mutuas.
Una solución es emplear vientos no metálicos (por supuesto, de un material y grosor con una resistencia similar a los metálicos); otra es el empleo de vientos metálicos formados por secciones unidas por aisladores, cortadas a longitudes que no sean resonantes en las bandas a emplear, especialmente en las partes de los vientos más cercanas a las antenas. En [2] y [3] hay completa información sobre las posibles longitudes según las frecuencias implicadas; como ejemplo, una sección con una longitud de 3 metros no resonará en las bandas de 160, 80, 40, 30, 20, 15 ni 10 metros.
Si existen contactos en falso entre elementos como vientos metálicos, tensores, etc., se podrán producir productos de IM, en especial de haber óxido en los puntos de contacto.
Elementos ajenos. Los productos de IM o armónicos pueden ser producidos en objetos que no formen parte de la estación pero estén muy cercanos a las antenas. Como ejemplo K3LR [11], que tardó años en localizar la causa de un 2º armónico de su estación de 20 metros que le hacía imposible la recepción en 10 metros: tras probar todos los filtros y ferritas posibles, el origen resultó no estar en la estación, sino en el vierteaguas del tejado de la casa, compuesto por secciones de aluminio de 8 pies (un cuarto de onda en 10 metros); el agua y la consiguiente corrosión en el solape entre algunas secciones eran la causa del armónico, que desapareció tras asegurar un buen contacto galvánico entre todas las secciones.
REDUCCIÓN DE INTERFERENCIAS MUTUAS
Antenas
Antenas monobanda/multibanda. La mayoría de aficionados empleamos antenas multibanda. Una instalación típica es una Yagi tribanda para bandas altas (20 a 10 metros) y antenas de hilo para bandas bajas (40 a 160 metros). Son minoría los que disponen de espacio, tiempo y medios para tener una sola antena por banda, suele tratarse de grupos participantes en concursos.
Con antenas monobanda se reducen en buena parte las interacciones entre las diferentes estaciones: se aminoran en recepción los problemas de intermodulación, y en transmisión los niveles emitidos de armónicos y ruidos de fase/banda ancha. Digamos que las monobandas actúan como “filtro”: una tribanda para 20, 15 y 10 emitiendo en 20 metros radiará el 2º armónico (que caerá en 10 metros) a un mayor nivel que una monobanda; la misma tribanda emitiendo en 15 metros también radiará más ruido de fase y banda ancha en 20 y 10 metros, perturbando la recepción en dichas bandas.
Situación. La situación de cada antena respecto el resto de antenas de la estación es un factor a la hora de reducir problemas debidos al 2º armónico (el más problemático): de ser posible, las antenas de frecuencias que guarden una relación de 2 se instalarán separadas: la de 160 separada de la de 80, 80 de 40, 40 de 20, y 20 de 10. El tercer armónico de 40 cae en 15 metros, su nivel será inferior al del 2º armónico pero también podría causar problemas.
Naturalmente, en líneas generales se situarán las antenas lo más separadas que sea posible, con las limitaciones dadas por el espacio y los soportes disponibles, que algunas antenas tendrán que compartir aunque teniendo en cuenta lo anterior.
Balunes de corriente. Un balun es un dispositivo que adapta cargas balanceadas (como antenas dipolo o Yagi) a no balanceadas (como una línea coaxial); se conecta en el punto de alimentación de la antena en cuestión. Hay diversos tipos de balunes; hay que tener cuidado con los formados por un núcleo de ferrita, cuando se les haga trabajar por encima de su potencia máxima generarán armónicos por saturación del material que los forma, y verán sus propiedades alteradas por el aumento de temperatura debido a periodos de continuas transmisiones con potencias elevadas, provocando cambios en la ROE y quizás mayores niveles de armónicos.
Dependiendo de la posición de la línea coaxial respecto la antena y de la ROE, la ausencia de un balun puede ser motivo de que la cara exterior de la malla del coaxial capte y radie RF indebidamente, pasando a formar parte de la antena: los efectos son la distorsión del diagrama de radiación, radiación vertical indeseada, ruido adicional en recepción y un mayor acoplamiento con el resto de antenas de la estación. Incluso en el caso de antenas verticales con radiales, para reducir los retornos de RF por el lado exterior de la malla del coaxial se recomienda el empleo en el punto de alimentación de balunes de corriente, que realizan la función de choque de RF.
Se puede improvisar un balun de corriente arrollando un tramo de la propia línea coaxial en el punto de alimentación; así se introduce una bobina de choque que reducirá notablemente las corrientes indeseadas por el exterior de la malla. La tabla 1 describe distintos balunes de este tipo según [2]: corresponden a geometrías óptimas para la mayor atenuación en las distintas frecuencias, aunque otras geometrías son posibles.
Tabla 1. Descripción de distintos balunes formados por arrollamiento de la propia línea coaxial en el punto de alimentación de la antena. Fuente: [2]
Otro tipo de balun de corriente es el creado por W2DU, que consiste en colocar una serie de anillos de ferrita en la cubierta exterior de la línea coaxial, justo en el punto de alimentación de la antena; en la foto 2 vemos un ejemplo, es un balun formado por unos 30 cm de cable coaxial y 50 anillos de ferrita.
Si habiendo puesto un balun de corriente en el punto de alimentación de la antena persiste la radiación de la línea, pueden añadirse balunes adicionales como los descritos, al menos en el tramo de la línea más cercano a la antena, a intervalos de un cuarto de onda (calculado sin tener en cuenta el factor de velocidad de la línea).
Foto 2. Balun de corriente tipo W2DU, compuesto por un tramo de cable coaxial de Teflón en cuya cubierta exterior se han colocado 50 anillos de ferrita en el lado del conector de antena. Para la banda de 160 metros, ON4UN [10] recomienda emplear 100 anillos. Fuente: [26]
Filtros
En estaciones multioperador, para reducir las interferencias mutuas es muy común el empleo de filtros paso banda, situados entre transceptor y amplificador; menos frecuente es el empleo de filtros de paso bajo en las salidas de los amplificadores. Hay quien emplea filtros solamente para recepción, conmutados mediante relés o conectados en paso aprovechando las salidas auxiliares de recepción que tienen algunos transceptores; hay que tener en cuenta que reducirán los problemas de IM y bloqueo pero no el resto de interacciones entre los equipos de la estación.
El diseño, construcción y ajuste de filtros de RF de buenas prestaciones requiere no sólo los conocimientos necesarios, sino tiempo e instrumental de ajuste, por lo que suele optarse por filtros paso banda comerciales como los de Dunestar [21] y Array Solutions [22].
Stubs
Los stubs son filtros en forma de tramos de línea (habitualmente coaxial) que se sitúan en las salidas de los transceptores (de los amplificadores si los hay), para atenuar señales indeseadas generadas por el transmisor. El stub más convencional (fig. 6.a) atenúa los armónicos de orden par: es un tramo de coaxial de lambda/4 (un cuarto de la longitud de onda del transmisor) en paralelo mediante un conector en T con la línea que va a la antena; el otro extremo del stub es terminado en cortocircuito, de manera que por transformación de impedancias en la frecuencia del transmisor introducirá en la línea que va a la antena un circuito abierto (no afectará en absoluto); pero en la frecuencia del 2º armónico (el más dañino) el stub tendrá lambda/2 de longitud, repetirá la impedancia del extremo libre e introducirá un cortocircuito, bloqueando (en teoría) la progresión del 2º armónico hacia la antena. En la práctica, un stub de lambda/4 añadirá una atenuación de entre 20 y 30 dB al 2º armónico; hay que tener en cuenta que no atenuará los armónicos impares.
Figura 6. a) Stub de un cuarto de onda en cortocircuito; se observa la atenuación que introduce en los armónicos pares. b) Doble stub para el tercer armónico (ver texto), obsérvese la disposición de los conectores en T
En la figura 6.b vemos una combinación de dos stubs para atenuar el tercer armónico (es problemático el de 40 metros, que cae en 15). La tabla 2 es una lista de los distintos stubs de lambda/4, las bandas que dejan pasar y las que atenúan; en la lista se observa que los stubs en circuito abierto no atenúan armónicos, pero sí los ruidos de fase y banda ancha emitidos, y ayudarán a evitar situaciones de bloqueo de receptores.
Tabla 2. Características de los distintos stubs de un cuarto de longitud de onda. Fuente: [18]
Los stubs deben ser construidos con materiales de buena calidad. Entre sus inconvenientes están su tamaño, peso, y dificultad de conmutación rápida al cambiar de banda, (esto último no es problema si cada transceptor está asignado a una sola banda). Un analizador de antena es ideal para sintonizar un stub. Los extremos del stub deben ser aislados para evitar descargas y degradación del cable, y colocar el stub arrollado en un bote metálico reduce su radiación.
La distancia entre transmisor y stub para máxima atenuación de armónicos dependerá del tipo de filtro en la etapa final del transmisor o amplificador; es una buena norma empezar situándolo a lambda/4 (lambda del armónico que se quiera atenuar más) de la salida del transmisor, para que éste no acuse en la frecuencia del armónico la carga introducida por el stub (cercana al cortocircuito).
Hay algunos tipos de stub más que hacen uso de varios tramos de línea. Sin duda alguna, la combinación de filtros paso banda y stubs es una muy buena elección para estaciones multi. Para más información sobre los stubs leer los artículos [7] y [8], publicados en CQ Radio Amateur.
La estación
Hay varias medidas a tomar en el interior del cuarto de radio para evitar o reducir interacciones por RF. Los equipos de la estación serán situados de forma que los cables de todo tipo entre ellos sean lo más cortos posible; las líneas de los equipos a las antenas no se cruzarán ni trenzarán con otros cables; si algún cable es más largo de lo necesario, el sobrante se arrollará en espiras mediante cinta aislante o alambre.
Para reducir los niveles de RF en el cuarto de radio, el nivel de ROE de las antenas será el mínimo posible para evitar radiación de las líneas coaxiales; además, la entrada de toda antena de hilo (tipo hilo largo, Beverage, etc.) en el cuarto de radio se hará mediante cable coaxial.
Todos los equipos serán puestos a tierra: a lo largo de la parte trasera de la mesa habrá un grueso conductor (por ejemplo, la malla de un cable coaxial) a la que se conectarán las tomas de tierra de los equipos, que serán lo más cortas que sea posible. Los ordenadores no suelen tener conector de tierra, pero bastará con hacer una conexión a su carcasa si es metálica; lo mismo con los monitores convencionales (no TFT) que tengan chasis metálico. Para evitar inducciones a través de la alimentación, los cables de alimentación de ordenador y monitor se arrollarán en choques de ferrita cuya función será bloquear el paso de la RF, o mejor se insertarán filtros de línea, que dejen pasar la corriente alterna y reduzcan las señales de frecuencias más elevadas. El grado de interferencia que genere un ordenador dependerá de sus características y componentes; los monitores de tubo de rayos catódicos crearán habitualmente más interferencias que los ordenadores.
Los teclados no generan interferencias pero son muy sensibles a la RF emitida por los transmisores; a todos nos ha pasado alguna vez el ver aparecer caracteres extraños en la pantalla del PC mientras transmitimos; el cable de teclado a ordenador suele ser blindado, pero en la mayoría de los casos no está puesto a tierra. De haber problemas, dicho cable se arrollará sobre una ferrita o se insertarán anillos de ferrita, y si el teclado tiene por debajo una base metálica se conectará a tierra; si hay problemas con los manipuladores de CW electrónicos sus cables de entrada se arrollarán en ferritas.
Si en la estación se emplean varios ordenadores conectados en red mediante programas como CT, etc., y los transmisores causan problemas en la red, se emplearán cables de conexión de red blindados, en los que de ser necesario se colocarán toroides o anillos de ferrita, preferiblemente en ambos extremos de cada cable; otra posible solución es comprobar si reduciendo la velocidad de la red desaparecen los efectos de la RF.
Si se tiene una conexión a la red de DXCluster mediante radiopaquete, hay que tener en cuenta que la estación de V/UHF empleada puede ser una vía de retorno al cuarto de radio de la RF generada por los transmisores de HF, en especial si el PC del radiopaquete está conectado a la red local (CT, etc.). Si hay problemas, en la línea de la antena de V/UHF se empleará un balun de corriente como los descritos. Un retorno excesivo al cuarto de radio de la RF de los transmisores provoca situaciones de realimentación de RF, y sus consecuencias sobre los transmisores son distorsión en la modulación en SSB y en la manipulación en CW.
Si alguien tiene la oportunidad de construir su cuarto de radio, y si sabe que desde dicho cuarto se van a manejar potencias elevadas, es una buena idea poner en las paredes y techo reja metálica, para un mayor aislamiento del exterior a nivel de RF.
Conclusiones
Se han descrito las fuentes de interferencias mutuas entre estaciones muy próximas o que operan en varias frecuencias a la vez, así como los remedios disponibles para suprimir o al menos reducir esas interacciones; es un tema de la máxima importancia, en cuanto condiciona la recepción y por tanto el éxito de la operación. Las sucesivas operaciones de una estación mostrarán las interacciones existentes y las medidas que deberán irse introduciendo progresivamente, que complementarán las posibles precauciones tomadas desde el inicio.
A mayor potencia de los transmisores de la estación multi, mayores niveles de interferencias entre las estaciones que la componen; no se emplearán potencias innecesariamente elevadas, consideraciones aparte acerca de los límites de potencia marcados por la reglamentación de cada país.
Bibliografía y fuentes (los enlaces tachados ya no están activos a 11/2023)
[1] G. Cutsogeorge, W2VJN, “Managing Interstation Interference”, https://www.vibroplex.com/techdocs/INRAD/MII_W2VJN.pdf.
[2] “The ARRL Handbook for Radio Amateurs”, ARRL.
[3] “The ARRL Antenna Book”, ARRL.
[4] J. M. Hernando, “Producción y control de la intermodulación en radiocomunicaciones móviles (I)”, Mundo Electrónico nº 121, 1982.
[5] J. M. Hernando et al., “Gestión del espectro en las bandas de radiotelefonía privada (PMR), Mundo Electrónico nº 270, 1996.
Artículos en CQ Radio Amateur:
[6] D. Ingram, K4TWJ, “Más notas para principiantes sobre la HF”, abril 2005.
[7] X. Paradell, EA3ALV, “Stubs, ¿qué es eso?”, junio 2005.
[8] X. Paradell, EA3ALV, “Algo más sobre stubs”, julio 2005.
Artículos en CQ Contest Magazine:
[9] F. Bogataj, S59AA, “RF and Computers”, marzo 1996.
[10] J. Devoldere, ON4UN, “Radials Made Clear”, septiembre 1996.
[11] T. Duffy, K3LR, “Interference Reduction Tips for Antenna Systems”, julio/agosto 2000.
[12] T. Duffy, K3LR, “Choke-type Baluns”, febrero 2001.
[13] M. Miletic, S56A, “What makes a good HF radio?”, septiembre 1996.
[14] T. Moliere, DL7AV, “Band Reject Filters for Multi/Multi Contest Operations”, febrero 1996.
[15] T. Moliere, DL7AV, “Multi-band Filters”, mayo/junio 1998.
[16] J. Perkins, N6AW, “Bandpass Filters for the Serious Multi-Operator Station”, enero 1996.
[17] K. Silverman, WM2C, “Tips on Multi-Single Station Design for the CQ WW Contest”, noviembre 1996.
Artículos en QST:
[18] H. W. Silver, N0AX, “Hands on Radio: Stubs”, noviembre 2004.
[19] “Product Review: Kenwood TL-922 Linear Amplifier”, septiembre 1980.
[20] Otros artículos de QST y QEX en la página web del Servicio de Información Técnica de la ARRL,
http://www.arrl.org/tis/info/rf-filter.html.
Sitios
web de interés
[21] http://www.dunestar.com/filters.htm.
[23] Página de K1TTT, apartado sobre filtros: http://www.k1ttt.net/technote/techref.html#filters
[25] The Wireman, http://www.thewireman.com, fabricante de balunes de corriente y otros productos.
Página de inicio
- Expediciones en grupo.
- Participación en concursos en categorías multioperador.
- Participación en concursos en categorías monooperador con una estación SO2R (dos transceptores o un transceptor y dos VFO).
Son varios los posibles escenarios: desde una estación multioperador-multitransmisor (operando hasta en las seis bandas a la vez), pasando por un multioperador-un transmisor o un multi-2 (hasta dos señales emitidas a la vez, y un número indeterminado de receptores), hasta un monooperador SO2R (emitiendo una señal en una banda, y a la vez realizando tareas de escucha en otra frecuencia en la misma banda u otra banda diferente). Para abreviar, en el artículo englobaremos todas estas situaciones bajo el término multi.
No todas las estaciones multi son permanentes, por lo que en muchos casos no se detectan las interferencias hasta que empieza el concurso o expedición; no obstante, algunas de las técnicas de reducción de interacciones pueden tomarse con carácter preventivo, desde el mismo momento en que se prepara la estación.
Interferencias mutuas y su generación
Aún y disponiéndose hoy en día de equipos de radiocomunicaciones de tecnología avanzada, existen una serie de imperfecciones y limitaciones inevitables dictadas por las leyes de la física, por las que los elementos que componen las estaciones de radioaficionado al transmitir generan una serie de señales indeseadas (algunas de ellas dentro de bandas de aficionado) a niveles inferiores de las señales transmitidas por la estación; tampoco escapan a esto elementos ajenos a la estación pero situados en sus cercanías. En los receptores, sus imperfecciones se reflejan en forma de un funcionamiento degradado en determinadas circunstancias. Primero analicemos las causas de todos estos problemas, y después las posibles soluciones.
Ruido de fase
El ruido de fase de un transceptor se refleja tanto en su transmisión como en su recepción, y tiene su origen en sus osciladores y mezcladores; paradójicamente los osciladores sintetizados, y en especial los basados en circuitos PLL, tienen peores cualidades en cuanto a ruido de fase que un simple oscilador a cristal, a menos que hayan sido diseñados con cuidado. En la figura 1 vemos el efecto del ruido de fase en la señal sinusoidal generada por un oscilador, es una inestabilidad en su fase, la señal se ve “adelantada y atrasada” continuamente; no hay que confundir ruido de fase con ruido de amplitud (ver la figura 1).
Figura 1. a) La señal a trazo continuo es una sinusoidal perfecta; la de trazo discontinuo tiene continuos “vaivenes” al estar aquejada de ruido de fase, sus cruces por cero (línea horizontal) se producen a intervalos irregulares. b) La señal con ruido de amplitud tiene sus cruces por cero en los mismos puntos que la señal perfecta de a), al contrario que la señal con ruido de fase. c) Espectro frecuencial de las señales de a). d) aspecto que una sinusoidal con ruido de fase presentaría en un osciloscopio
El ruido de fase se manifestará en transmisión en ambos lados del espectro frecuencial de la señal transmitida (figura 2), afectando a otros equipos de la estación recibiendo en la misma banda y en menor medida en otras bandas cercanas; su nivel decrece a medida que nos alejamos de la frecuencia del transmisor.
Figura 2. a) Espectro frecuencial transmitido por un emisor de CW: portadora, lóbulos debidos a la manipulación, ruido de fase y ruido de banda ancha. b) Espectro de un transmisor de fonía SSB: señal de SSB, sus productos de intermodulación (splatters), ruido de fase y ruido de banda ancha
Mezcla recíproca. El ruido de fase de un equipo también le perjudica en recepción, se traduce en una pérdida de selectividad y en el fenómeno de mezcla recíproca: si en una frecuencia cercana a la señal de interés tenemos una señal potente indeseada (habitual en concursos), ésta se mezclará con el ruido de fase de los osciladores del receptor, produciendo interferencia en forma de ruido en el ancho de banda de recepción, perturbando la señal deseada.
Armónicos
Uno de los problemas más molestos en estaciones multi. Además de la señal de interés, debido a elementos no lineales de los transmisores, éstos generan señales en frecuencias múltiplo de la de emisión, llamada frecuencia fundamental; es decir, un transmisor en 7 MHz también generará señales en 14, 21, 28 MHz, etc. Dichas señales están distorsionadas, ocupando un ancho de banda de varios kHz, mayor que el de la señal original. Sus niveles están varias decenas de dB por debajo de la fundamental, y son decrecientes cuanto mayor es su frecuencia.
En la práctica el armónico más perjudicial es el 2º, es decir, el de frecuencia doble de la señal emitida; si el transmisor va seguido por un amplificador, el nivel del 2º armónico puede ser suficiente para averiar la etapa frontal receptora de un transceptor situado en su misma frecuencia (lo que suelen fallar son los diodos de conmutación de los filtros de entrada o las resistencias de los atenuadores).
En la foto 1 vemos el espectro del venerable amplificador Kenwood TL-922 (foto 2), según los ensayos a los que fue sometido en su día en los laboratorios de la ARRL [19]. La primera línea vertical a la izquierda es la frecuencia de emisión (en 80 metros, banda en la que presentó mayores niveles de armónicos), con una potencia de 1 kW. Se muestran hasta el 4º armónico; el más molesto es el 2º, que está 43 dB por debajo de la fundamental, y por tanto tiene una potencia de 50 mW (milivatios).
Foto 1.
Un amplificador sobreexcitado (fuera de su margen de trabajo lineal, ver fig. 3) contribuirá a la generación de armónicos, y si está mal sintonizado no los atenuará suficientemente (las etapas de salida de transceptores y amplificadores adaptan impedancias y filtran). Es necesario emplear el control automático de carga (ALC) en fonía; en CW, la utilización del ALC en un amplificador sobreexcitado causará distorsión en la forma de onda de manipulación, y por tanto espurias dentro y fuera de la banda.
Fig. 3. a) Amplificador trabajando linealmente. No hay distorsión en la señal de salida. b) Amplificador sobreexcitado: la señal de salida se ve recortada, es decir, se están generando mayores armónicos (y splatters si se trata de fonía). Si es un amplificador de recepción entrará en saturación, quedando bloqueado (ver texto). Nota: obsérvese que en los codos de la curva de amplificación (trazo grueso) hay cierta curvatura, el paso a la zona de comportamiento no lineal es progresivo
Nunca emplear los amplificadores por encima de su potencia máxima; incluso como norma general recomendaría (esto es un punto de vista personal) hacer trabajar transceptores y amplificadores ligeramente por debajo de sus respectivos límites de potencia, para así alejarlos del punto en el que dejan de ser lineales al empezar a generar sus propias espurias. De todos modos ese punto dependerá de lo cuidado que sea el diseño del transceptor o amplificador, de lo “forzado” que este diseño haga trabajar el componente amplificador (transistores o válvulas), y de las características que les atribuyan sus fabricantes.
Uno de los esquemas más habituales en la etapa de salida de los amplificadores es el denominado circuito en Pi (dos condensadores y una bobina) sintonizable; el esquema Pi-L (es como un Pi con una segunda bobina) presenta una mayor atenuación de armónicos (figura 4).
Figura 4. Circuitos de salida de amplificadores: a) Circuito Pi; b) Circuito Pi-L; c) Correspondencia entre los mandos de ajuste de un amplificador y los componentes de su circuito Pi de salida
Productos de intermodulación
Cuando en un dispositivo no lineal se mezclan dos o más señales, además de sus armónicos se genera un conjunto de señales no deseadas llamadas productos de intermodulación (IM), que pueden tener su origen en:
- Etapas de salida de los transmisores cuyas antenas estén muy próximas, debido al carácter no lineal de los transmisores.
- Elementos no lineales ajenos a las estaciones. Ejemplos: juntas oxidadas (o con mal contacto galvánico) de riostras con anclajes, de elementos de torretas de antenas, de uniones de tramos de mástiles, techos y suelos metálicos, etc. En general, objetos metálicos con falsos contactos entre ellos o entre los tramos que los componen, situados en las inmediatas cercanías de las antenas; dichos objetos actuarán como “diodos” rectificando la suma de las señales que capten, produciendo así señales de IM (y armónicos).
- Etapas de entrada de los receptores, debido a su carácter no lineal: ante señales muy fuertes, el propio receptor genera productos de IM que degradan su capacidad de recepción de señales débiles.
Frecuencia y orden del producto de IM. Si tenemos dos señales de frecuencias respectivas f1 y f2, que se combinan en un dispositivo no lineal, las frecuencias de los productos de intermodulación generados vienen dadas por mf1 + nf2, siendo m y n enteros (±1, ±2, ±3,…). El denominado orden del producto viene dado por la suma de módulos de los índices, |m|+|n| (|-4|=4; |4|=4). Si tenemos tres señales con frecuencias f1, f2 y f3, las frecuencias de los productos vendrán dadas por mf1 + nf2 + pf3, siendo entonces el orden del producto igual a |m|+|n|+|p|.
Como ejemplo, en la figura 5 vemos los IM de hasta 5º orden que pueden generarse con dos señales, una de 7 MHz y otra de 14 MHz. Por suerte y desgracia nuestras bandas de HF están relacionadas armónicamente, por lo que a los mencionados problemas con los armónicos hay que añadir los productos de IM que caigan dentro de nuestras bandas, perturbándonos la recepción.
Potencia del producto de IM. El nivel de un producto de IM es notablemente menor cuanto mayor sea su orden: si tenemos un producto de IM de frecuencia mf1 + nf2 (ejemplo para dos señales generadoras), su potencia viene dada por PIM (dBm) = mP1+nP2+C , donde Pi es la potencia del transmisor de frecuencia fi (C es una constante de atenuación).
Como ejemplo, supongamos dos transmisores en 7 y 14 MHz respectivamente, y consideremos uno de los posibles productos de IM de orden 3, el dado por 2x7+1x14 = 28 MHz. Si reducimos la potencia del transmisor de 14 MHz a la mitad (-3 dB) la potencia del producto bajará en 3 dB; pero si es la potencia en 7 MHz la que reducimos a la mitad tendremos una reducción en el nivel del producto de 2x3=6 dB. Esto seguiría siendo válido para más transmisores.
El número de productos de intermodulación de mayor intensidad generados por una estación multi crece con el cubo del número de transmisores emitiendo simultáneamente [4].
Figura 5. Productos de intermodulación hasta orden 5 generados por la mezcla de una señal de 7 MHz y otra de 14 MHz en un dispositivo no lineal. Se muestran las combinaciones de frecuencias que los producen
Intermodulación por señales ajenas. Los productos de IM no tienen por qué ser generados por la combinación de las señales emitidas por la propia estación multi: además de éstos habrá otros IM creados al combinarse señales de los transmisores con otras señales fuertes ajenas a la estación (radiodifusoras, etc.), o bien combinación tan sólo de esas señales ajenas. Un ejemplo sería, como ha ocurrido en ocasiones[14], la mezcla de la emisión de la estación de 3,5 MHz con las señales de radiodifusoras en 17,5 MHz, que haría “aparecer” las radiodifusoras en el receptor de la estación de 21 MHz; otro ejemplo sería la señal del transmisor de 20 metros emitiendo en 14,2 MHz, mezclada con las radiodifusoras situadas en las cercanías de 7,2 MHz, que aparecerían en el receptor de 7 MHz (14,2-7,2=7); o bien [15] la combinación en el receptor de 21 MHz de señales de radiodifusión de 6 y 15 MHz, que podrían causarle productos de IM de 2º orden (6+15=21).
En un receptor en 40 metros, la combinación de señales de radiodifusoras situadas por encima de la banda pueden llegar a generar ruido de intermodulación en toda la banda de 7 a 7,1 MHz. Y en una banda muy concurrida en un concurso, las propias señales de los participantes producirán ruido de IM en los receptores de algunos de ellos (ejemplo de producto de tercer orden: 2x7060-7070=interferencia en 7050).
Productos de IM por bandas. Unos cálculos en MATLAB de los IM de hasta orden 5, suponiendo seis transmisores en modo multi-multi operando en el centro del segmento de cada modo, y sin considerar señales ajenas, arrojaron resultados interesantes:
- En cuanto a número de productos de IM por kHz, hay casi tres veces más en CW que en fonía (SSB), debido a la mayor relación armónica entre los segmentos de CW de las bandas que entre los segmentos de fonía; pero si se tienen en cuenta los anchos de banda de cada modo, resulta que en CW se tiene en torno a la décima parte de posibilidades de tener un producto de IM en el ancho de banda de recepción que en fonía.
- En CW, las bandas más susceptibles a IM son por este orden 7, 14, 21, 28, 3,5 y 1,8 MHz; en fonía son 7, 14, 21, 3,7, 28 y 1,8 MHz.
¿Subarmónicos? Algunas fuentes señalan la posibilidad de que un transmisor genere señales espurias en frecuencias submúltiplo (fracciones enteras) de la frecuencia de transmisión; así, un transmisor en 14 MHz generaría señales en 14/2=7 MHz, 14/3=4,66 MHz, 14/4=3,5 MHz, etc. La causa sería un transmisor que emplee un oscilador a cristal trabajando en sobretono (en alguno de sus armónicos); si debido a un insuficiente aislamiento entre oscilador y antena la fundamental del cristal progresa a través de las etapas del transmisor, tendremos un subarmónico en antena. Pero en los transceptores empleados hoy en día, basados en esquemas con osciladores modernos y varias etapas de conversión eso no puede suceder. Lo que sí podrán generarse por los problemas de aislamiento mencionados son débiles interferencias en frecuencias muy concretas, que caerán en bandas de aficionado o no, y por el mismo efecto recibirse señales en frecuencias muy desplazadas de las reales
Distorsión de intermodulación armónica. En recepción, por la falta de aislamiento mencionada en el apartado anterior, a los mezcladores de nuestros transceptores pueden llegar señales indeseadas, aparte de la de interés; entonces pasarán cosas como “recibir” en 7,0 MHz una radiodifusora que esté emitiendo en realidad en 11,6 MHz); asimismo, los osciladores locales tienen sus propios armónicos, y los mezcladores su margen dinámico libre de distorsión. Estas limitaciones pueden generar señales espurias por distorsión de IM armónica, que si están en el ancho de banda de la FI (frecuencia intermedia) perturbarán la recepción; en transmisión se producirán espurias debido a los armónicos de los osciladores y, como decíamos, al grado de distorsión que introduzcan los mezcladores.
Bloqueo por transmisores cercanos
Si al receptor llega una señal de nivel aún mayor que el de aparición de productos de IM podrá llegar a sufrir un bloqueo, quedando saturado y disminuyendo su sensibilidad: se sobrepasa el tramo lineal de la curva de ganancia del receptor (fig. 3). La señal bloqueadora no tiene por qué estar en la misma banda que el receptor; en una estación multi los bloqueos son debidos a las señales de los propios transmisores.
Los transceptores actuales suelen tener recepción continua de 0,1 a 30 MHz, lo cual implica (salvo excepciones) que incorporan filtros de banda ancha en recepción; ello es causa de una mayor susceptibilidad a problemas de IM y bloqueo en recepción.
Elementos estructurales
Riostras resonantes. Los vientos metálicos en torretas y mástiles de antenas pueden contribuir a las interferencias en recepción: si resuenan en algunas de las frecuencias de operación de la estación o en frecuencias cercanas, captarán y rerradiarán la energía de RF de los transmisores de dichas frecuencias. Actuando así como elementos parásitos, distorsionarán el diagrama de radiación de la antena en cuya torre o mástil estén, lo cual es grave en el caso de antenas direccionales; en cuanto a lo que nos ocupa en este artículo aumentarán el acoplamiento entre las antenas de la estación, y por tanto las interferencias mutuas.
Una solución es emplear vientos no metálicos (por supuesto, de un material y grosor con una resistencia similar a los metálicos); otra es el empleo de vientos metálicos formados por secciones unidas por aisladores, cortadas a longitudes que no sean resonantes en las bandas a emplear, especialmente en las partes de los vientos más cercanas a las antenas. En [2] y [3] hay completa información sobre las posibles longitudes según las frecuencias implicadas; como ejemplo, una sección con una longitud de 3 metros no resonará en las bandas de 160, 80, 40, 30, 20, 15 ni 10 metros.
Si existen contactos en falso entre elementos como vientos metálicos, tensores, etc., se podrán producir productos de IM, en especial de haber óxido en los puntos de contacto.
Elementos ajenos. Los productos de IM o armónicos pueden ser producidos en objetos que no formen parte de la estación pero estén muy cercanos a las antenas. Como ejemplo K3LR [11], que tardó años en localizar la causa de un 2º armónico de su estación de 20 metros que le hacía imposible la recepción en 10 metros: tras probar todos los filtros y ferritas posibles, el origen resultó no estar en la estación, sino en el vierteaguas del tejado de la casa, compuesto por secciones de aluminio de 8 pies (un cuarto de onda en 10 metros); el agua y la consiguiente corrosión en el solape entre algunas secciones eran la causa del armónico, que desapareció tras asegurar un buen contacto galvánico entre todas las secciones.
REDUCCIÓN DE INTERFERENCIAS MUTUAS
Antenas
Antenas monobanda/multibanda. La mayoría de aficionados empleamos antenas multibanda. Una instalación típica es una Yagi tribanda para bandas altas (20 a 10 metros) y antenas de hilo para bandas bajas (40 a 160 metros). Son minoría los que disponen de espacio, tiempo y medios para tener una sola antena por banda, suele tratarse de grupos participantes en concursos.
Con antenas monobanda se reducen en buena parte las interacciones entre las diferentes estaciones: se aminoran en recepción los problemas de intermodulación, y en transmisión los niveles emitidos de armónicos y ruidos de fase/banda ancha. Digamos que las monobandas actúan como “filtro”: una tribanda para 20, 15 y 10 emitiendo en 20 metros radiará el 2º armónico (que caerá en 10 metros) a un mayor nivel que una monobanda; la misma tribanda emitiendo en 15 metros también radiará más ruido de fase y banda ancha en 20 y 10 metros, perturbando la recepción en dichas bandas.
Situación. La situación de cada antena respecto el resto de antenas de la estación es un factor a la hora de reducir problemas debidos al 2º armónico (el más problemático): de ser posible, las antenas de frecuencias que guarden una relación de 2 se instalarán separadas: la de 160 separada de la de 80, 80 de 40, 40 de 20, y 20 de 10. El tercer armónico de 40 cae en 15 metros, su nivel será inferior al del 2º armónico pero también podría causar problemas.
Naturalmente, en líneas generales se situarán las antenas lo más separadas que sea posible, con las limitaciones dadas por el espacio y los soportes disponibles, que algunas antenas tendrán que compartir aunque teniendo en cuenta lo anterior.
Balunes de corriente. Un balun es un dispositivo que adapta cargas balanceadas (como antenas dipolo o Yagi) a no balanceadas (como una línea coaxial); se conecta en el punto de alimentación de la antena en cuestión. Hay diversos tipos de balunes; hay que tener cuidado con los formados por un núcleo de ferrita, cuando se les haga trabajar por encima de su potencia máxima generarán armónicos por saturación del material que los forma, y verán sus propiedades alteradas por el aumento de temperatura debido a periodos de continuas transmisiones con potencias elevadas, provocando cambios en la ROE y quizás mayores niveles de armónicos.
Dependiendo de la posición de la línea coaxial respecto la antena y de la ROE, la ausencia de un balun puede ser motivo de que la cara exterior de la malla del coaxial capte y radie RF indebidamente, pasando a formar parte de la antena: los efectos son la distorsión del diagrama de radiación, radiación vertical indeseada, ruido adicional en recepción y un mayor acoplamiento con el resto de antenas de la estación. Incluso en el caso de antenas verticales con radiales, para reducir los retornos de RF por el lado exterior de la malla del coaxial se recomienda el empleo en el punto de alimentación de balunes de corriente, que realizan la función de choque de RF.
Se puede improvisar un balun de corriente arrollando un tramo de la propia línea coaxial en el punto de alimentación; así se introduce una bobina de choque que reducirá notablemente las corrientes indeseadas por el exterior de la malla. La tabla 1 describe distintos balunes de este tipo según [2]: corresponden a geometrías óptimas para la mayor atenuación en las distintas frecuencias, aunque otras geometrías son posibles.
Tabla 1. Descripción de distintos balunes formados por arrollamiento de la propia línea coaxial en el punto de alimentación de la antena. Fuente: [2]
Otro tipo de balun de corriente es el creado por W2DU, que consiste en colocar una serie de anillos de ferrita en la cubierta exterior de la línea coaxial, justo en el punto de alimentación de la antena; en la foto 2 vemos un ejemplo, es un balun formado por unos 30 cm de cable coaxial y 50 anillos de ferrita.
Si habiendo puesto un balun de corriente en el punto de alimentación de la antena persiste la radiación de la línea, pueden añadirse balunes adicionales como los descritos, al menos en el tramo de la línea más cercano a la antena, a intervalos de un cuarto de onda (calculado sin tener en cuenta el factor de velocidad de la línea).
Foto 2. Balun de corriente tipo W2DU, compuesto por un tramo de cable coaxial de Teflón en cuya cubierta exterior se han colocado 50 anillos de ferrita en el lado del conector de antena. Para la banda de 160 metros, ON4UN [10] recomienda emplear 100 anillos. Fuente: [26]
Filtros
En estaciones multioperador, para reducir las interferencias mutuas es muy común el empleo de filtros paso banda, situados entre transceptor y amplificador; menos frecuente es el empleo de filtros de paso bajo en las salidas de los amplificadores. Hay quien emplea filtros solamente para recepción, conmutados mediante relés o conectados en paso aprovechando las salidas auxiliares de recepción que tienen algunos transceptores; hay que tener en cuenta que reducirán los problemas de IM y bloqueo pero no el resto de interacciones entre los equipos de la estación.
El diseño, construcción y ajuste de filtros de RF de buenas prestaciones requiere no sólo los conocimientos necesarios, sino tiempo e instrumental de ajuste, por lo que suele optarse por filtros paso banda comerciales como los de Dunestar [21] y Array Solutions [22].
Stubs
Los stubs son filtros en forma de tramos de línea (habitualmente coaxial) que se sitúan en las salidas de los transceptores (de los amplificadores si los hay), para atenuar señales indeseadas generadas por el transmisor. El stub más convencional (fig. 6.a) atenúa los armónicos de orden par: es un tramo de coaxial de lambda/4 (un cuarto de la longitud de onda del transmisor) en paralelo mediante un conector en T con la línea que va a la antena; el otro extremo del stub es terminado en cortocircuito, de manera que por transformación de impedancias en la frecuencia del transmisor introducirá en la línea que va a la antena un circuito abierto (no afectará en absoluto); pero en la frecuencia del 2º armónico (el más dañino) el stub tendrá lambda/2 de longitud, repetirá la impedancia del extremo libre e introducirá un cortocircuito, bloqueando (en teoría) la progresión del 2º armónico hacia la antena. En la práctica, un stub de lambda/4 añadirá una atenuación de entre 20 y 30 dB al 2º armónico; hay que tener en cuenta que no atenuará los armónicos impares.
Figura 6. a) Stub de un cuarto de onda en cortocircuito; se observa la atenuación que introduce en los armónicos pares. b) Doble stub para el tercer armónico (ver texto), obsérvese la disposición de los conectores en T
En la figura 6.b vemos una combinación de dos stubs para atenuar el tercer armónico (es problemático el de 40 metros, que cae en 15). La tabla 2 es una lista de los distintos stubs de lambda/4, las bandas que dejan pasar y las que atenúan; en la lista se observa que los stubs en circuito abierto no atenúan armónicos, pero sí los ruidos de fase y banda ancha emitidos, y ayudarán a evitar situaciones de bloqueo de receptores.
Tabla 2. Características de los distintos stubs de un cuarto de longitud de onda. Fuente: [18]
Los stubs deben ser construidos con materiales de buena calidad. Entre sus inconvenientes están su tamaño, peso, y dificultad de conmutación rápida al cambiar de banda, (esto último no es problema si cada transceptor está asignado a una sola banda). Un analizador de antena es ideal para sintonizar un stub. Los extremos del stub deben ser aislados para evitar descargas y degradación del cable, y colocar el stub arrollado en un bote metálico reduce su radiación.
La distancia entre transmisor y stub para máxima atenuación de armónicos dependerá del tipo de filtro en la etapa final del transmisor o amplificador; es una buena norma empezar situándolo a lambda/4 (lambda del armónico que se quiera atenuar más) de la salida del transmisor, para que éste no acuse en la frecuencia del armónico la carga introducida por el stub (cercana al cortocircuito).
Hay algunos tipos de stub más que hacen uso de varios tramos de línea. Sin duda alguna, la combinación de filtros paso banda y stubs es una muy buena elección para estaciones multi. Para más información sobre los stubs leer los artículos [7] y [8], publicados en CQ Radio Amateur.
La estación
Hay varias medidas a tomar en el interior del cuarto de radio para evitar o reducir interacciones por RF. Los equipos de la estación serán situados de forma que los cables de todo tipo entre ellos sean lo más cortos posible; las líneas de los equipos a las antenas no se cruzarán ni trenzarán con otros cables; si algún cable es más largo de lo necesario, el sobrante se arrollará en espiras mediante cinta aislante o alambre.
Para reducir los niveles de RF en el cuarto de radio, el nivel de ROE de las antenas será el mínimo posible para evitar radiación de las líneas coaxiales; además, la entrada de toda antena de hilo (tipo hilo largo, Beverage, etc.) en el cuarto de radio se hará mediante cable coaxial.
Todos los equipos serán puestos a tierra: a lo largo de la parte trasera de la mesa habrá un grueso conductor (por ejemplo, la malla de un cable coaxial) a la que se conectarán las tomas de tierra de los equipos, que serán lo más cortas que sea posible. Los ordenadores no suelen tener conector de tierra, pero bastará con hacer una conexión a su carcasa si es metálica; lo mismo con los monitores convencionales (no TFT) que tengan chasis metálico. Para evitar inducciones a través de la alimentación, los cables de alimentación de ordenador y monitor se arrollarán en choques de ferrita cuya función será bloquear el paso de la RF, o mejor se insertarán filtros de línea, que dejen pasar la corriente alterna y reduzcan las señales de frecuencias más elevadas. El grado de interferencia que genere un ordenador dependerá de sus características y componentes; los monitores de tubo de rayos catódicos crearán habitualmente más interferencias que los ordenadores.
Los teclados no generan interferencias pero son muy sensibles a la RF emitida por los transmisores; a todos nos ha pasado alguna vez el ver aparecer caracteres extraños en la pantalla del PC mientras transmitimos; el cable de teclado a ordenador suele ser blindado, pero en la mayoría de los casos no está puesto a tierra. De haber problemas, dicho cable se arrollará sobre una ferrita o se insertarán anillos de ferrita, y si el teclado tiene por debajo una base metálica se conectará a tierra; si hay problemas con los manipuladores de CW electrónicos sus cables de entrada se arrollarán en ferritas.
Si en la estación se emplean varios ordenadores conectados en red mediante programas como CT, etc., y los transmisores causan problemas en la red, se emplearán cables de conexión de red blindados, en los que de ser necesario se colocarán toroides o anillos de ferrita, preferiblemente en ambos extremos de cada cable; otra posible solución es comprobar si reduciendo la velocidad de la red desaparecen los efectos de la RF.
Si se tiene una conexión a la red de DXCluster mediante radiopaquete, hay que tener en cuenta que la estación de V/UHF empleada puede ser una vía de retorno al cuarto de radio de la RF generada por los transmisores de HF, en especial si el PC del radiopaquete está conectado a la red local (CT, etc.). Si hay problemas, en la línea de la antena de V/UHF se empleará un balun de corriente como los descritos. Un retorno excesivo al cuarto de radio de la RF de los transmisores provoca situaciones de realimentación de RF, y sus consecuencias sobre los transmisores son distorsión en la modulación en SSB y en la manipulación en CW.
Si alguien tiene la oportunidad de construir su cuarto de radio, y si sabe que desde dicho cuarto se van a manejar potencias elevadas, es una buena idea poner en las paredes y techo reja metálica, para un mayor aislamiento del exterior a nivel de RF.
Conclusiones
Se han descrito las fuentes de interferencias mutuas entre estaciones muy próximas o que operan en varias frecuencias a la vez, así como los remedios disponibles para suprimir o al menos reducir esas interacciones; es un tema de la máxima importancia, en cuanto condiciona la recepción y por tanto el éxito de la operación. Las sucesivas operaciones de una estación mostrarán las interacciones existentes y las medidas que deberán irse introduciendo progresivamente, que complementarán las posibles precauciones tomadas desde el inicio.
A mayor potencia de los transmisores de la estación multi, mayores niveles de interferencias entre las estaciones que la componen; no se emplearán potencias innecesariamente elevadas, consideraciones aparte acerca de los límites de potencia marcados por la reglamentación de cada país.
Bibliografía y fuentes (los enlaces tachados ya no están activos a 11/2023)
[1] G. Cutsogeorge, W2VJN, “Managing Interstation Interference”, https://www.vibroplex.com/techdocs/INRAD/MII_W2VJN.pdf.
[2] “The ARRL Handbook for Radio Amateurs”, ARRL.
[3] “The ARRL Antenna Book”, ARRL.
[4] J. M. Hernando, “Producción y control de la intermodulación en radiocomunicaciones móviles (I)”, Mundo Electrónico nº 121, 1982.
[5] J. M. Hernando et al., “Gestión del espectro en las bandas de radiotelefonía privada (PMR), Mundo Electrónico nº 270, 1996.
Artículos en CQ Radio Amateur:
[6] D. Ingram, K4TWJ, “Más notas para principiantes sobre la HF”, abril 2005.
[7] X. Paradell, EA3ALV, “Stubs, ¿qué es eso?”, junio 2005.
[8] X. Paradell, EA3ALV, “Algo más sobre stubs”, julio 2005.
Artículos en CQ Contest Magazine:
[9] F. Bogataj, S59AA, “RF and Computers”, marzo 1996.
[10] J. Devoldere, ON4UN, “Radials Made Clear”, septiembre 1996.
[11] T. Duffy, K3LR, “Interference Reduction Tips for Antenna Systems”, julio/agosto 2000.
[12] T. Duffy, K3LR, “Choke-type Baluns”, febrero 2001.
[13] M. Miletic, S56A, “What makes a good HF radio?”, septiembre 1996.
[14] T. Moliere, DL7AV, “Band Reject Filters for Multi/Multi Contest Operations”, febrero 1996.
[15] T. Moliere, DL7AV, “Multi-band Filters”, mayo/junio 1998.
[16] J. Perkins, N6AW, “Bandpass Filters for the Serious Multi-Operator Station”, enero 1996.
[17] K. Silverman, WM2C, “Tips on Multi-Single Station Design for the CQ WW Contest”, noviembre 1996.
Artículos en QST:
[18] H. W. Silver, N0AX, “Hands on Radio: Stubs”, noviembre 2004.
[19] “Product Review: Kenwood TL-922 Linear Amplifier”, septiembre 1980.
[20] Otros artículos de QST y QEX en la página web del Servicio de Información Técnica de la ARRL,
[
[23] Página de K1TTT, apartado sobre filtros: http://www.k1ttt.net/technote/techref.html#filters
[25] The Wireman, http://www.thewireman.com, fabricante de balunes de corriente y otros productos.
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