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Artículo publicado en CQ Radio Amateur,
nº 324 (julio-agosto 2011)
CQ Examina:
cancelador MFJ-1026
El cancelador de
ruido e interferencias, a pesar de no ser un
accesorio nuevo ni muy conocido, puede ser de utilidad en
ciertas situaciones
Sergio Manrique Almeida
Todos los derechos
reservados
Hay que empezar aclarando que no se trata de un cancelador ni
reductor de ruido o interferencias como los incorporados por la
mayoría de equipos de radio con las siglas NB, NR o NOTCH, o
como los dispositivos DSP externos que se pueden conectar en la
salida de audio de un equipo de radio.
Foto A. Probando
el MFJ-1026
Se
trata de un dispositivo que actúa en el nivel de RF, previamente
al transceptor o receptor: conectado a la antena principal y a
una antena de recepción auxiliar, permite al operador modificar
por separado las amplitudes de las señales captadas por ambas
antenas, así como la relación de fase entre ambas señales. Todo
ello con dos posibles objetivos:
-Atenuar o anular una interferencia o ruido (figura 1).
-Enfasar dos antenas en recepción (figura 2).
Atenuación de
ruido o interferencia local
Cada vez es mayor el nivel de ruido e interferencias
electromagnéticos (a partir de ahora nos referiremos a ambos con
el término interferencia) que llegan a la estación de aficionado
desde sus cercanías, procedentes de electrodomésticos, sistemas
de iluminación, equipos electrónicos/informáticos, medios de
transporte, industrias o la red eléctrica. Si se sospecha que la
fuente de interferencia está en las cercanías de la estación, se
puede emplear un receptor portátil de onda media o corta para
localizarla.
El
funcionamiento de un cancelador en estos casos se observa en la
figura 1. Dispone de dos conectores de antena: uno para la
antena principal (la habitual de la estación), que lleva las
señales recibidas a una etapa amplificadora de ganancia
regulable por el operador; y otra para la antena auxiliar de
recepción, cuyas señales son llevadas a otras etapas
amplificadoras pero además a un circuito desplazador de fase
también regulable, que introduce un pequeño retardo en la señal.
La interferencia se ve eliminada cuando se
logra ajustar el cancelador (ganancias de las dos etapas
amplificadoras, y fase entre ambas etapas), de forma que, como
se observa en la figura, en las dos ramas del cancelador el
nivel de la interferencia sea el mismo pero su fase opuesta (el
signo de su amplitud es opuesto). El resultado es que en el
combinador situado en la salida ambas componentes de
interferencia se cancelarán, apareciendo la señal de interés sin
interferencia o con ésta atenuada.
Es conveniente que la antena auxiliar del
cancelador esté lo más cerca posible de la fuente interferente.
El motivo es que así se tiene mayor margen de ajuste del
cancelador: no es necesario que el ajuste de la entrada
principal del cancelador, por donde entra la señal de interés,
atenúe en exceso ésta.
Hay que adelantar que, lógicamente, el ajuste
de un cancelador para una banda no nos servirá para otra: será
independiente para cada una, incluso dentro de ciertas bandas
será necesario retocarlo, por ejemplo al cambiar entre segmentos
de fonía y de CW. Ello es normal, y debido a su propio principio
de funcionamiento: su ajuste es selectivo.
¿La fase de una señal de ruido de banda
ancha, puede ser manipulada por un cancelador? Esto es lo que se
desprende de lo dicho hasta ahora. Podría objetarse que sí se
puede para una señal de banda estrecha, como una portadora
(modulada o no), o una señal de banda estrecha (fonía en SSB,
datos, etc.), pero no para una señal de banda ancha. El caso es
que una señal de banda ancha, dentro de un margen de frecuencias
estrecho (el marcado por los filtros de nuestros receptores)
puede ser considerada como señal de banda estrecha, y podremos
tratarla con un cancelador de ruido. Esto está en relación con
lo explicado en el anterior párrafo.
Asimismo, es necesario decir que los
canceladores no son capaces de tratar el ruido que pueda llegar
por propagación convencional (reflexión en la ionosfera). El
motivo es que éste llega de múltiples direcciones, y estos
dispositivos, por su propio principio de funcionamiento,
permiten neutralizar una sola fuente interferente a la vez.
Figura 1. Como
cancelador de ruido o interferencia
Enfasado de
antenas en recepción
Es el caso opuesto al anterior (cancelación de una
interferencia). Se está recibiendo una señal de interés por dos
antenas, cada una conectada a una de las dos entradas del
cancelador, y ahora se trata de ajustar los mandos de éste de
manera que las dos componentes de la señal, recibidas por cada
una de las dos antenas, se sumen. Ver la figura 2.
Hay un punto muy interesante, y es que al actuar sobre el
dispositivo, en el fondo lo que se está haciendo es variar en
recepción el diagrama de radiación del conjunto de las dos
antenas: se favorece la recepción en una dirección u otra, como
si moviésemos las antenas físicamente.
Figura 2. Como
enfasador de antenas en recepción
Un
ejemplo: supongamos dos antenas verticales de un cuarto de onda,
con cuatro radiales cada una, separadas por una distancia de
media onda, y alimentadas por dos líneas independientes. Una
antena irá a la entrada principal del dispositivo enfasador, y
otra a la entrada auxiliar. Ajustamos el dispositivo para igual
amplitud en sus dos entradas, de manera que el único elemento de
ajuste que quede sea su mando de fase. ¿Cómo variará, en
recepción, el diagrama de radiación con el ajuste de fase del
dispositivo?
En la figura 3(a) se observa el diagrama para
cero grados de diferencia de fase (diferencia introducida por el
cancelador más la debida a la diferencia entre las longitudes de
las líneas de alimentación de ambas antenas). Se favorece la
dirección perpendicular al eje formado por las antenas, mientras
que en la dirección perpendicular (eje formado por las antenas)
se introduce una atenuación de unos 15 dB respecto la ganancia
máxima. En cambio, en la figura 3(b) la diferencia de fase total
es de 180 grados: el diagrama de fase se ha visto modificado, de
modo que ha girado 90 grados (aparte de una cierta modificación
de su forma).
Figuras 3(a) y
3(b). Diagramas de radiación de dos antenas verticales de un
cuarto de onda, separadas media onda, y con una diferencia de
fase de 0 grados (3(a)) y 180 grados (3(b))
En
resumen: modificando el enfasado de las dos antenas, se obtiene
prácticamente el efecto de girarlas físicamente, cuando tan sólo
las hemos “girado” electrónicamente. De hecho, los sistemas de
enfasado de antenas verticales de aficionado para bandas bajas,
que permiten “apuntar” el conjunto de las antenas en una
dirección u otra, se basan en el mismo principio: manipular las
fases entre antenas. Ejemplos son los StackMatch de Array
Solutions.
Como norma general, dos antenas a enfasar deberán estar
separadas por una distancia mínima de un octavo de longitud de
onda, y máxima de media onda. La ventaja principal de los
sistemas de enfasado de antenas omnidireccionales (verticales,
etc.), más que en la escasa ganancia obtenida (aunque importante
en ciertas situaciones, como DX en bandas bajas), está en la
atenuación introducida en determinadas direcciones; sistemas
como los de las figuras 3(a) y 3(b), serán adecuados para
contactar Norteamérica sin interferencias procedentes de la
dirección perpendicular, esto es, Europa. En las figuras 4(a) y
4(b) se observan los diagramas de radiación de las mismas
antenas pero para diferencias de fase entre ambas de +90 y -90
grados.
Figuras 4(a) y
4(b). Las mismas antenas de 3(a) y 3(b), con diferencias de
fase de +90 (4(a)) y -90 grados (4(b))
Comportamiento del
MFJ-1026 en cancelación de ruido
En primer lugar, decir que el MFJ-1026 puede ser empleado con un
transceptor, ya que incluye un circuito conmutador que en
transmisión puentea todas las etapas del cancelador: puede
elegirse entre control TX/RX por un detector de RF (incluido) o
por entrada directa de control, siendo esta última opción la
recomendada por el fabricante.
El MFJ-1025 es otro cancelador, que se
diferencia del MFJ-1026 en que no tiene preamplificador para la
entrada de antena auxiliar ni antena auxiliar telescópica.
El MFJ-1026 fue puesto a prueba por el autor
de la siguiente forma (figura 5): un generador de RF creaba una
portadora que hacía el papel de "señal interferente", que era
llevada a un divisor pasivo, cuyas dos salidas eran aplicadas a
las entradas principal y auxiliar del MFJ-1026; haciendo las
veces de transceptor, en el conector del MFJ-1026 destinado a
éste, había un receptor SDR Quicksilver QS1R, cuyo S-meter
(software, por supuesto) tiene una resolución de 0,1 dBm. En
otro montaje de prueba, en vez del receptor SDR fue empleado un
osciloscopio en paralelo con una carga de 50 ohmios.
Hay que tener en cuenta que en ambos ensayos
(de resultados muy parecidos) se supone que la señal indeseada
llega con la misma amplitud a los conectores de antena principal
y auxiliar del MFJ-1026; en la situación real de cada estación e
interferencia, podrá suceder que la interferencia (o ruido)
llegue con mayor intensidad a la antena principal, o bien a la
antena auxiliar captadora de la interferencia. No obstante, los
resultados que se describen a continuación sirven para hacernos
una idea del comportamiento del cancelador.
La
unidad MFJ-1026 empleada en las pruebas, propiedad del autor,
tiene número de serie 132992. Se siguió el mismo procedimiento
en cada una de las bandas analizadas (160 a 10 metros):
Foto B. Interior
del dispositivo
160 metros.
Según el receptor SDR, el cancelador introdujo una atenuación
mínima en la entrada principal (mando MAIN ANTENNA GAIN al
máximo) de 8 dB, lo cual no es inconveniente en dicha banda
salvo que se empleen antenas especiales de recepción con gran
atenuación tipo Beverage, EWE, etc., y sin preamplificador.
Ajustando el cancelador para máxima atenuación, se alcanzaron
nada menos que 53 dB de atenuación para la "interferencia"
creada por el generador de RF; al cabo de tres minutos dicho
valor se había visto reducido, por una deriva del mando de
ajuste de la fase, a 38 dB de atenuación, valor en el que se
estabilizó, y que puede seguir siendo considerado aceptable.
Inciso: el MFJ-1026
en cada una de sus dos entradas de antena tiene un sencillo
filtro paso alto, que rechaza la banda de radiodifusión de onda
media: introduce una atenuación de 18 dB en 1,2 MHz, que alcanza
los 22 dB en 1 MHz, disparándose por debajo de dicha frecuencia,
por lo que su utilidad en la escucha de dicha banda es
discutible (descartada en sus frecuencias inferiores). El
MFJ-1026 está diseñado para el margen de frecuencias comprendido
entre 1,8 y 30 MHz, aunque hay que decir que la atenuación de
señal interferente alcanzaba los 45 dB en las dos frecuencias
mencionadas (1,2 y 1 MHz).
80 metros. La
atenuación mínima en entrada principal fue de 2,4 dB, en
cualquier caso despreciable en dicha banda. La mejor atenuación
de señal interferente que se consiguió fue de 24 dB, un poco
baja si la comparamos con la obtenida en otras bandas, pero
aceptable si la interferencia no es excesivamente intensa.
40 metros.
Atenuación mínima en entrada principal, nula (0 dB). Mejor
atenuación de señal interferente, nada menos que 62 dB. En
cuanto a si es necesario ajustar el MFJ-1026 al desplazarse
dentro de esta banda, fue ajustado en 7,020 MHz (atenuación de
interferencia, 51 dB), y sin modificar su ajuste la
"interferencia" fue movida a 7,200 MHz, pasando su atenuación a
ser de 33 dB. Sí, es posible que sea necesario reajustar el
cancelador para cambios de frecuencia en 40 metros superiores a
100 kHz (superiores a 50 kHz en 80 metros, y a 25 kHz en 160
metros), dependiendo de la intensidad de la interferencia.
30 metros. Entre 30 y 10 metros, con el mando de ganancia
de la antena principal al máximo, la unidad no atenúa sino
amplifica (2 dB en 30 metros). Mejor atenuación de señal
interferente, unos notables 60 dB.
20 metros. La banda predilecta de tantos aficionados en
esta época de escasa propagación en bandas altas. Amplificación
máxima en entrada principal, 2,5 dB. Mejor atenuación de señal
interferente, también 60 dB.
17 metros. Amplificación máxima en entrada principal, 2
dB. Mejor atenuación de señal interferente, 50 dB.
15 metros. Amplificación máxima en entrada principal, 2,5
dB. Mejor atenuación de señal interferente, 35 dB. En esta banda
se observó un efecto indeseado: la amplificación de la señal
entrante por el conector de antena auxiliar variaba con el
ajuste del mando de fase, debido a una interacción entre
diferentes etapas del cancelador.
12 metros. Amplificación máxima en entrada principal, 3,5
dB. Mejor atenuación de señal interferente, también 35 dB.
10 metros. Amplificación máxima en entrada principal, 4
dB. Mejor atenuación de señal interferente, 20 dB. Sería de
desear una mayor atenuación, al menos 30 o 40 dB.
El MFJ-1026 no es operativo en la banda de 6
metros, ni fue diseñado para ello; naturalmente puede ser
empleado en cualquier frecuencia comprendida entre 1,8 y 30 MHz
(escucha de radiodifusión en onda corta, etc.), no solo en las
bandas de aficionado.
En resumen: en los ensayos realizados, en
términos de atenuación de interferencia y estabilidad, el
MFJ-1026 fue más eficaz en las bandas de 40 a 17 metros,
seguidas (por este orden) por las bandas de 160, 15, 12, 80 y 10
metros. Aunque hay que insistir en que el resultado obtenido con
este accesorio estará en función de las intensidades de la
interferencia en las antenas principal y auxiliar, lo cual
dependerá de múltiples factores: intensidad de la fuente
interferente, proximidad a las dos antenas, etc. Como norma
general, se recomienda que la antena auxiliar, destinada a
captar el ruido/interferencia, esté lo más cerca posible de la
fuente interferente; así tendremos un mayor margen a la hora de
regular los mandos del MFJ-1026 y será mayor la atenuación de la
interferencia.
También hay que tener en cuenta que, en el
caso de que empleemos como antena auxiliar una antena interior,
o bien la pequeña antena telescópica que incluye el MFJ-1026,
dispositivos situados en la inmediatez de la antena, en nuestro
propio domicilio, puede ser una fuente de interferencias:
ordenadores, receptores de TV y otros equipos electrónicos, en
especial las fuentes conmutadas asociadas a algunos de ellos.
Hágase la prueba de acercar un receptor portátil de HF u onda
media al alimentador conmutado de un ordenador portátil.
Figura 5. Montaje
llevado a cabo por el autor para el estudio del MFJ-1026
Procedimiento de
ajuste como cancelador
El autor sigue la siguiente mecánica para
ajustar el MFJ-1026 como cancelador de ruido o interferencia.
1. Para las bandas de 160 a 40 metros, poner el conmutador FREQ
en la posición LO; para las bandas de 30 a 10 metros, en HI.
2. Con el cancelador apagado, sintonizar el equipo en una
frecuencia libre de señales, en la que solo recibamos la
interferencia. Encender el cancelador.
3. Ajustar el mando MAIN ANTENNA GAIN (ganancia de antena
principal) al máximo, y AUXILIARY ANTENNA GAIN (ganancia de
antena auxiliar) al mínimo; tomar nota del nivel de la
interferencia en el S meter.
4. Realizar la misma operación con el mando MAIN al mínimo y con
AUXILIARY al máximo.
5. Si la lectura en el paso 3 (MAIN al máximo) es muy superior a
la del paso 4, activar el preamplificador de la entrada auxiliar
(PRE-AMP en ON); si así no se reduce lo bastante la diferencia,
intentar localizar la fuente de ruido para acercar la antena
auxiliar. Si aún y así no logramos aumentar el nivel de
interferencia captado por la antena auxiliar tendremos un
problema, ya que la atenuación a introducir en la entrada
principal (MAIN) seguramente será excesiva para la señal de
interés; en caso contrario, si tenemos éxito, repetir los pasos
3 y 4 y saltar al paso 6.
6(a). Si la lectura
en el paso 3 es superior a la del paso 4, ajustar MAIN al mínimo
y AUXILIARY al máximo. Tomar nota del nivel en el S meter y
saltar a 7(a).
6(b). Si por el contrario, la lectura en el paso 3 es inferior a
la del paso 4, ajustar MAIN al máximo y AUXILIARY al mínimo.
Tomar nota del nivel en el S meter y saltar a 7(b).
7(a). Ajustar MAIN hasta que el nivel sea el mismo que el
observado en el paso 6(a). Saltar al paso 8.
7(b). Ajustar AUXILIARY hasta que el nivel sea el mismo que el
observado en el paso 6(b). Saltar al paso 8.
8. Con el conmutador PHASE en posición NORMAL, actuar sobre el
mando PHASE hasta que se produzca una reducción en la
interferencia; de no producirse, poner PHASE en la posición
INVERT (180 grados adicionales de diferencia de fase) y repetir.
9. Una vez lograda una cierta reducción en la interferencia,
realizar simultáneamente pequeños ajustes en el mando PHASE y en
el mando de amplitud (MAIN o AUXILIARY) que no se halle al
máximo, hasta que se obtenga la máxima atenuación de la
interferencia.
Foto C. Vista
frontal del MFJ-1026
Opiniones
Charles "Tom" Rauch, W8JI, es conocido por
sus extensos conocimientos de electrónica y radiocomunicaciones.
En su sitio web dedica un apartado específico al MFJ-1026, para
el que recomienda ciertas mejoras: modificación de los filtros
de entrada para operación por debajo de 1,8 MHz, incremento del
margen de cambio de fase hasta ± 180 grados (por defecto es de
unos ± 130 grados), y mayor margen dinámico. Tom recomienda el
MFJ-1026 por encima del resto de canceladores, con la excepción
del NCC-1 de DX Engineering, cuyo precio es muy superior. Más
información en el sitio web de Tom,
http://www.w8ji.com/mfj-1025_1026.htm.
Jan, PA0SIM, es otro aficionado que ha
estudiado con detalle el MFJ-1026, concretamente en su
aplicación de enfasado de antenas en recepción. Considera que
este accesorio no es útil para este cometido, dado que de origen
no alcanza los 180 grados de cambio de fase, la escala de fase
varía con la banda (por lo cual no es práctico calibrarla), y el
ajuste de fase no es lineal. Más información en
http://www.pa0sim.nl (clicar en Dual loop antenna system y
en Phaser 80 - 10 meters).
El autor de este artículo cree que los
resultados a obtener con canceladores como el MFJ-1026 están en
función de unos factores tan variables como nivel de la
interferencia, cercanía y posición respecto la estación, y
presencia de otras interferencias; hay que tener en cuenta que
los márgenes de amplificación y atenuación de estos accesorios
son finitos, y habrá ocasiones en que no serán adecuados para la
señal a rechazar. El concepto de estos accesorios es impecable,
aunque éstos no son garantía de inmunidad frente a cualesquiera
ruido o interferencia tratables por ellos. Más bien los veo como
dispositivos para el aficionado experimentador; si se trata sin
más de cancelar una interferencia o ruido invariable en largas
épocas, recomiendo probar con un cancelador prestado antes de su
adquisición.
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