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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA MECANICA Y ELÉCTRICA U.P. TICOMAN.
INGENIERIA AERONAUTICA
SEMINARIO DE TITULACION EN SISTEMAS DE AVIONICA
PROPUESTA DE DISEÑO DE RADIO TRANSCEPTOR PARA
AERONAVE CHAD XC-HEI
PARA OBTENER EL TITULO DE INGENIERO AERONAUTICO
PRESENTA:
MORALES GONZÁLEZ FEDERICO
ZAMORANO ÁLVAREZ DANIEL
ASESOR:
ING. RODRIGO AVILÉS VILLAREAL
ENERO 2013
i
PROPUESTA DE DISEÑO DE RADIOTRANSCEPTOR PARA LA AERONAVE CHAD XC-HEI
INDICE Resumen ................................................................................................................. xi
Introducción ............................................................................................................ xii
Antecedentes ......................................................................................................... xii
Justificación ........................................................................................................... xiii
Objetivo ................................................................................................................. xiv
Metodología ........................................................................................................... xiv
Capitulado ............................................................................................................. xvi
Capitulo 1. Receptores de Frecuencia
1.1 Receptores ........................................................................................................ 1
1.2 Receptores AM .................................................................................................. 2
1.2.1 Receptores de Doble Conversión .................................................................. 3
1.3 Receptores FM .................................................................................................. 4
1.4 Evolución de los Receptores ............................................................................. 5
1.5 Elementos de un Receptor ................................................................................ 5
Capitulo 2. Antenas
2.1 Tipos de Antenas .............................................................................................. 7
2.2 Antena Vertical .................................................................................................. 7
2.3 Antena de Cuadro ............................................................................................. 8
2.4 Parámetros de Antenas ..................................................................................... 9
2.4.1 Impedancia característica ............................................................................. 10
2.4.2 Longitud Efectiva .......................................................................................... 10
2.4.3 Coeficiente de Onda ..................................................................................... 10
2.4.4 Longitud Eléctrica ......................................................................................... 10
2.4.5 Factor de Atenuación ................................................................................... 11
2.4.6 Resistencia de Radiación ............................................................................ 11
ii
2.4.7 Inductancia ................................................................................................... 11
2.4.8 Capacitancia ................................................................................................. 11
2.4.9 Q y Ancho de Banda .................................................................................... 11
2.4.10 Reactancia ................................................................................................. 11
2.4.11 Impedancia de Entrada .............................................................................. 12
2.4.12 Directividad ................................................................................................ 12
2.4.13 Área efectiva ............................................................................................. 12
2.5 Usos de Antenas ............................................................................................. 12
Capitulo 3. Transmisores
3.1 Que es un Transmisor ..................................................................................... 13
3.2 Funcionamiento de un Transmisor .................................................................. 14
3.3 Características de un Transmisor .................................................................... 15
3.3.1 Frecuencia de Emisión ................................................................................. 16
3.3.2 Tipos de Modulación y ancho de Banda ...................................................... 16
3.3.3 Potencia de Emisión .................................................................................... 16
3.3.4 Emisiones Espurias ...................................................................................... 16
3.4 Elementos de Transmisión .............................................................................. 17
Capitulo 4. Ondas Electromagnéticas
4.1 Características las Ondas ............................................................................... 18
4.1.1 Frecuencia de Onda ..................................................................................... 18
4.1.2 Longitud de onda .......................................................................................... 19
4.1.3 Propiedades de Ondas Electromagnéticas .................................................. 20
4.2 Ondas de Radio .............................................................................................. 21
4.3 Propagación de Ondas Electromagnéticas ..................................................... 21
4.3.1Dielectrico ...................................................................................................... 22
Capitulo 5. Sistema de Radio Transceptor
5.1 Descripción ...................................................................................................... 23
iii
5.2 Características de Radio Transceptor ............................................................. 25
5.3 Modos de Repetición ....................................................................................... 27
5.4 Modalidad de Transmisión .............................................................................. 28
5.5 Antenas ........................................................................................................... 29
Capitulo 6. Teoría Funcional de Operación en Equipos VHF.
6.1 Circuitos de Interfase ...................................................................................... 30
6.2 Circuitos de Control ......................................................................................... 30
6.3 Sintetizador de Frecuencias ............................................................................ 31
6.4 Transceptor ..................................................................................................... 32
6.5 Filtros Selectores de Sintonía .......................................................................... 34
6.6 Amplificador ..................................................................................................... 34
6.7 Filtros Reductores de Interferencia ............................................................... 34
Capitulo 7. Diseño de Radio Transceptor
7.1 Introducción ..................................................................................................... 36
7.2 Características y análisis Funcional ................................................................ 37
7.3 Instrucciones de Realización ........................................................................... 40
7.3.1 Datos Técnicos ............................................................................................. 44
7.4 Lista de Componentes..................................................................................... 44
7.4.1 Varios ........................................................................................................... 45
Conclusiones ....................................................................................................... 46
Bibliografía ........................................................................................................... 47
iv
GLOSARIO DE ACRONIMOS
ACARS = Aircraft Communications Addressing and Reporting System
AGC = Automatic Gain Control
AM = Amplitud Modulada
AMU = Audio Management Unit
ATC = Air Traffic Control
CAF = Control Automático de Frecuencia
CCIR = Comité Consultivo Internacional de Radio Comunicaciones
CFDIU= Centralized Fault Display and Interface System
cm= Centímetro
COMM= Communication
dB = Decibeles
FI = Frecuencia Intermedia
FM = Frecuencia Modulada
GHz = Giga Hertz
HF = High Frequency
ICS = Integrated Communication System
IFRB = International Frequency Registration Board
ITU = Unión Internacional de Telecomunicaciones
kHz = Kilo Hertz
LF = Low Frequency
LGCIU= Landing Gear Control Interface Unit
LOC = Locator
m = Metro
MCDU= Multipurpose Control and Display Unit
v
MF = Medium Frequency
MHz = Mega hertz
OEM = Ondas Electromagnéticas
RF = Radiofrequency
RMP = Radio Management Panel
SCT = Secretaria de Comunicaciones y Transportes
SDAC = System Data Acquisition Concentrator
SHF = Super High Frequency
UHF = Ultra High Frequency
V = Volts
VHF = Very High Frequency
VOR = Very High Frequency Omni Range
W = watts
λ = Longitud de onda
π = valor de PI
vi
GLOSARIO DE TERMINOS
Amplificador Etapa de un receptor capaz de amplificar las señales de radio
captadas por la antena.
Antena Una antena es un dispositivo (conductor metálico) diseñado con el
objetivo de emitir o recibir ondas electromagnéticas hacia el espacio
libre. Una antena transmisora transforma voltajes en ondas
electromagnéticas, y una receptora realiza la función inversa.
Avionica "Aviation Electronics" Hace referencia a los sistemas electrónicos
usados en aeronaves, satélites artificiales y naves espaciales, tanto
sistemas de comunicación y navegación como sus indicadores y
elementos de manejo.
CAF Control Automático de Frecuencia, circuito que posibilita la recepción
independiente de la información de la señal derivada.
CAG Control Automático de Ganancia, circuito que posibilita la recepción
independiente de la información cuando la señal es muy débil.
Comunicación VHF Comunicación por ondas de radio en una ata frecuencia
para transmitir y recibir señales con información, enviadas y recibidas
en cualquier momento de las fases de vuelo entre la tripulación y
estaciones de tierra.
Demodulador Circuito electrónico capaz de dividir, extraer y recuperar la
información de la onda portadora de radio.
Dieléctrico Es un material mal conductor de electricidad, por lo que puede ser
utilizado como aislante eléctrico, y además si es sometido a un
campo eléctrico externo, puede establecerse en él un campo
eléctrico interno.
Duralinox Metal posee una combinación de propiedades que lo hacen muy útil
en ingeniería de materiales, tales como su baja densidad (2.700
kg/m3) y su alta resistencia a la corrosión.
Emisión Espuria Una emisión espuria es toda aquella no deseada dentro o
fuera de la banda útil.
Frecuencia Corresponde a un fenómeno físico que se repite cíclicamente un
número determinado de veces durante un segundo de tiempo.
vii
Frecuencia VHF es el ancho de banda asignado a las comunicaciones VHF
aeronáuticas y es 118MHz a 127.975 MHz o 128MHz a
136.975MHz.
Impedancia La impedancia es una magnitud que establece la relación (cociente)
entre la tensión y la intensidad de corriente.
Longitud de Onda La longitud de onda describe cuan larga es la onda, la
distancia existente entre dos creas o valles consecutivos lo que se
llamamos longitud de onda.
Modulador Circuito electrónico capaz de integrar las señales de moduladora y la
portadora en FM y AM.
Nodo Valor "0" de la onda senoidal.
OEM "Ondas Electromagnéticas" son las generadas por partículas
eléctricas y magnéticas moviéndose a la vez (oscilando). Cada
partícula genera lo que se llama un campo, por eso también se dice
que es una mezcla de un campo eléctrico con un campo magnético.
Estas radiaciones generan unas ondas que se pueden propagar
(viajar) por el aire e incluso por el vacío.
Omnidireccional Forma de emitir y transmitir una onda de radio en forma
circular que se abre en radio con centro en la posición de la antena
Onda Es la propagación de una perturbación de alguna propiedad en un
medio, implicando un transporte de energía, sin transporte de
materia. El medio perturbado puede ser de naturaleza diversa como
aire, agua, un trozo de metal e, incluso, inmaterial como el vacío.
Oscilador Dispositivo capaz de generar oscilaciones que convierte la señal
eléctrica en oscilaciones de onda con una determinada frecuencia.
Periodo Tiempo en segundos que transcurre entre el paso de dos picos o dos
valles por un mismo punto.
Pico o Cresta Valor máximo, de signo positivo (+), que toma la onda, cada
medio ciclo.
Radiocomunicación Es la comunicación utilizada ampliamente en la aviación por
medio de Receptores y Transmisores, utilizando el principio de las
OEM.
viii
Receptores Equipo utilizado para captar las señales de radio provenientes de un
punto especifico.
Transductor Elemento que es capaz de convertir la información que se desea ser
transmitida en un voltaje eléctrico variable.
Transmisor Un radiotransmisor es un dispositivo electrónico que, mediante una
antena, irradia ondas electromagnéticas que contienen (o pueden
contener) información.
Valle Valor máximo de signo negativo (–) que toma la onda, cada medio
ciclo, cuando desciende y atraviesa el punto “0”.
ix
LISTADO DE TABLAS Y FIGURAS
Tabla 1.1 = Espectro Radioeléctrico.
Figura 1.1 = Receptor de Radiofrecuencia Sintonizada.
Figura 1.2 = Receptor de FM.
Figura 2.1 = Antena de cuadro.
Figura 2.2 = Antena de Cuadro con Acoplamiento.
Figura 3.1 = Diagrama a Bloques de un Transmisor.
Figura 4.1 = Frecuencia de onda.
Figura 4.2 = Longitud de Onda.
Figura 4.3 = Onda Electromagnética.
Figura 5.1 = Diagrama a Bloques VHF TR/CR.
Figura 5.2 = Diagrama a Bloque de Circuito Receptor
Figura 6.1 = Diagrama a bloques Circuitos de Interfase.
Figura 6.2 = Diagrama a bloques Circuitos de Control.
Figura 6.3 = Diagrama a bloques Sintetizador de Frecuencias.
Figura 6.4 = Diagrama a bloques Circuito Receptor.
Figura 6.5 = Diagrama esquemático simplificado Transmisor.
Figura 6.6 = Diagrama a bloques Circuito Reductores de Ruido
(interferencia).
Figura 6.7 = Diagrama a Bloques VHF.
Figura 7.1 = Dimensiones de la aeronave.
Figura 7.2 = Realización de circuito teórico con ayuda de PCB WIZAR
Figura 7.3 = Acercamiento de Circuito Teórico.
Figura 7.4 = Se muestran todas las resistencias a utilizar para el circuito ya
mencionado así como el potenciómetro requerido.
x
Figura 7.5 = Se muestran el resto de los elementos a utilizar para realizar
nuestro circuito impreso para el radio transceptor.
Figura 7.6 = Circuito Impreso en PCB WIZAR
Figura 7.4 = Imagen en 3D de Circuito de Radio Transceptor.
xi
RESUMEN En el presente trabajo, se tendrá un panorama acerca de la radio comunicación,
características y funcionamiento. Partiendo de los conceptos básicos para llevarlo
a la aplicación física de la comunicación a través de un radio transceptor para
poder llevar a cabo la rehabilitación de los aviones que hay en la escuela; de allí
surge este tema, en el cual, se propone el diseño de un radio transceptor (VHF)
teniendo todos los pasos necesarios para su desarrollo, compresión de
funcionamiento, importancia, y diseño del mismo.
Sabiendo que por motivos de alto costo en los componentes electrónicos, solo se
propone el desarrollo y diseño del circuito electrónico-digital del radio transceptor
(VHF), queda solo la propuesta en esta investigación. Para que más adelante
alumno de otros semestres puedan llevarlo a cabo con apoyo de la institución y
así tener mejores materiales de estudio para a las distintas materias ahí
expuestas.
ABSTRACT
In the present paper, we have an overview about radio communication, and
performance characteristics. Starting with the basics to carry the physical
application communication via a radio transceiver to carry out the rehabilitation of
the planes are in school, hence this issue arises in which it is proposed the design
a radio transceiver (VHF) taking all necessary steps for its development,
compression performance, significance, and design.
Knowing that for reasons of high cost electronic components, only proposes the
development and design of electronic circuit-digital radio transceiver (VHF), the
proposal is only in this investigation. For other students later semesters can carry it
out with the support of the institution and to have better study materials for the
various materials exposed there.
xii
INTRODUCCIÓN
Gran parte de la seguridad de la navegación aérea depende en la actualidad del
uso insustituible de las comunicaciones por radio entre las aeronaves y los
distintos servicios de control. Es por ello que es de vital importancia que en una
aeronave, no solo cuente con dichos sistemas de comunicación, si no que estén
en correcto funcionamiento y operación.
Desde que el primer vuelo se realizo por los hermanos Wright existió la
problemática de la comunicación entre el piloto y tierra, y gracias a la investigación
entre los años 1861 y 1865 en donde se investigaron por primera vez las ondas
de radio, que son capaces de enviar información a través de un medio, se empezó
a implementar la radiocomunicación para satisfacer las primeras necesidades de
comunicación que existían entre el piloto y apoyo en tierra.
En la actualidad existe un estándar internacional para la radiocomunicación,
equipos y frecuencias para la comunicación aérea-terrestre, por ello, los
fabricantes de estos equipos se rigen por dichas normas internacionales.
ANTECEDENTES
Como es de reconocerse, la aeronave Chad que se encuentra dentro de las
instalaciones de la Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Unidad
Ticomán no cuenta con el equipo básico de navegación , el cual se desconectó
por la falta de operatividad del mismo equipo, pensando en primera instancia que
no se alterarían sus funciones pero se produciendo fallas en su funcionamiento
hasta quedar en un estado totalmente inoperativo trayendo como consecuencia
principal el escaso aprovechamiento por parte de los alumnos y falta de material
didáctico por parte del laboratorio del Boeing 727 de la escuela, encargado de las
aeronaves de ala fija de la escuela.
xiii
JUSTIFICACIÓN
Este proyecto se realizara con finalidad de aplicar los conocimientos
aprendido durante el seminario para diseñar un equipo VHF comunicador
con todas sus características y observar su funcionamiento así también
para obtener como beneficios primordiales prácticas en los componentes
eléctricos/electrónicos de la aeronave CHAD XC-HEI para todo el
alumnado, tener una comprensión más realista sobre cómo se realizan las
comunicaciones aéreas y sobre todo que el alumnado se involucre más en
sistema eléctrico/electrónico de esta aeronave.
El proyecto se basará en las necesidades detectadas por el equipo de
trabajo teniendo en base nuestros antecedentes académicos de las
asignaturas de aviónica, y sistemas eléctricos en aeronaves.
Todo el proyecto se pretende donar al laboratorio de encargado de el
cuidado de las aeronaves y de electrónica para que se realicen las
prácticas correspondientes sobre comunicaciones aéreas y se comprenda
como es que se sintonizan las frecuencias de torre de control, y como se va
controlando todo el vuelo mediante comunicación a partir del despegue,
crucero, aterrizaje y también como se podría dar una señal de emergencia
durante vuelo.
xiv
OBJETIVO GENERAL
Llevar a cabo una introducción de un sistema radio transceptor (VHF), para
conocer como se realizan las comunicaciones aeronáuticas, y con esto
comprender más la relación existente entre el área eléctrico/electrónica
(aviónica) en las aeronaves de tamaño pequeño como lo es el CHAD, se
realizara este proyecto de diseño del equipo radio transceptor para poder
recibir señales, detectar y escuchar dichas señales, dentro de un radio
optimo para el rendimiento que ofrece esta aeronave.
Metodología Enfoque metodológico
Se pretende realizar el diseño y la puesta en operación del equipo
VHF comunicador de la aeronave CHAD XC-HEI en base
tecnológica de Seminario de aviónica.
Se realizara el diseño con el propósito de que las necesidades
encontradas de falta equipo y algunos conocimiento por parte del
alumno sobre cómo se realizan las comunicaciones aéreas a través
del VHF.
Las metas a alcanzar son principalmente la puesta en marcha del
VHF comunicador en la cabina del de la aeronave CHAD XC-HEI
con todos sus componentes del equipo, así como también darle su
alimentación eléctrica al VHF comunicador
Se llevará a cabo el diseño de acuerdo a lo siguiente:
a. Proceder a recopilar información técnica (manual
eléctrico/electrónico y manual del equipo VHF comunicador).
Checando manuales del equipo VHF comunicador y del
xv
sistema eléctrico para proceder a checar las funciones de
dicho equipo VHF y poder hacer un diseño propio para esta
aeronave ya que no cuenta con un VHF.
Los beneficiaros de este proyecto son primordialmente los alumnos
de ESIME Ticomán y sobre todo el laboratorio que podrá explicar
más claramente cómo es que realiza la tarea de recibir señales y
obtener información, con el apoyo de las asignaturas de Aviónica,
Comunicaciones Aeronáuticas y Mantenimiento Aviónica.
xvi
CAPITULADO
Para conseguir una adecuada sistematización en la exposición de los temas
contenidos en esta investigación, la misma se ha dividido en seis capítulos
principales: Uno primero, breve, dedicado a explicar la estructura, funcionamiento
y tipos de receptores, estos son: receptores AM y FM así como sus elementos
que conforman a cada receptor. En el segundo capítulo se exponen los
parámetros que integran a las antenas en general, así como las antenas de uso
aeronáutico. En el capitulo tres se expone de manera muy clara y concisa a los
equipos receptores de ondas electromagnéticas OEM características, funciones y
elementos de un transmisor. En el capitulo cuatro, se explica todo acerca de las
ondas de radio que son también conocidas como ondas electromagnéticas (OEM),
ilustrando las características de este tipo de ondas y su propagación. El capitulo
cinco nos expone en una amplia explicación acerca de la comunicación VHF,
características, modalidades y cooperación, para que con esto, estemos
adentrándonos en el tema de investigación sobre la comunicaron VHF, beneficios
y aplicaciones. Y por último el capitulo seis se muestra el eje central de la propia
investigación, el desarrollo de la propuesta del diseño de un radio transceptor para
proponer de manera teórica el circuito electrónico-digital de esta unidad que se
propone para la aeronave CHAD XC-HEI
1
RECEPTORES DE FRECUENCIAS.
El funcionamiento de la radio resulta actualmente muy sencillo. Los sonidos
captados por los micrófonos, que están en la sede de la emisora, viajan hasta tu
casa convertidos en señales electromagnéticas. Para ello, primero van desde la
emisora hasta una antena, en la cual producen una variación eléctrica, que
finalmente, gracias a un transformador eléctrico que la reproduce y magnifica,
llega hasta tu casa. Una vez allí, otra serie de componentes que están en tu radio
Receptor la transforman nuevamente en sonido.
1.1 RECEPTORES
En los sistemas de comunicaciones se tiene una señal de información, datos o
mensajes, los cuales se mandan a un punto en específico con un alto grado de
fidelidad, estos datos pueden ser señales de voz, imágenes, telégrafos
etcétera.
Las características principales de estos grupos de información son señales de
baja frecuencia, las cuales ocupan el espectro de frecuencias para poder
propagarse el mensaje a las distancia deseada.
Al radiar una onda o señal de radio esta debe modularse la cual sale con una
cierta potencia la cual se acopla a la antena donde pasa a convertirse en
corriente eléctrica de señal modulada en energía electromagnética con sus
características particulares de propagación y constituyendo un canal de
comunicación, los cuales se agrupan en bandas.
Así por ejemplo existen la banda de radiodifusión comercial en AM y la FM
banda la cual se utiliza para canales de televisión, para servicio de emergencia
tales como bomberos, policías, ambulancias, así como radio ayudas a la
navegación (Tabla 1.1). Estas frecuencias están regidas y normalizadas por la
autoridad mexicana competente la cual es la Secretaria de Comunicaciones y
Transportes SCT de acuerdo con los convenios establecidos por la Unión
Internacional de Telecomunicaciones UIT.
2
Tabla 1.1 Espectro Radioeléctrico.
Clasificación Rango de Frecuencia *Longitud de onda
Frecuencias Bajas LF 30-300 kHz 10000-1000 m
Frecuencias Medias MF 300-3000 kHz 1000-100 m
Frecuencias Altas HF 3-30 MHz 100-10 m
Muy Altas Frecuencias VHF
30-300 MHz 10-1 m
Ultra Frecuencia UHF 300-3000 MHz 100-10 cm
Súper Alta Frecuencia SHF
3-30 GHz 10-1 cm
*Nota: es el período espacial o la distancia que hay de pulso a pulso. El receptor como componente esencial de sistema de radio comunicación
tiene como principal función seleccionar un canal de comunicación de los que
existen en la banda, y posteriormente es utilizar con alta eficiencia la señal
compuesta que se capta en la antena, amplificando la señal y quitando la
distorsión, y como último paso es demodular y codificar la señal, para así
poder mostrar el la información que fue mandada con la señal.
1.2 RECEPTOR AM
El receptor de radio más simple que podemos construir es el denominado en
los orígenes de la radio receptor de galena.
Con ayuda del un receptor de radio los voltajes de radiofrecuencia (RF) se
pueden detectar y escuchar en unos audífonos, para hacer esto posible es
necesario que las señales tengan una intensidad considerable, es decir que los
transmisores tengan una potencia adecuada y estén cercanos a nuestro
receptor. Pero es muy posible que si nuestro receptor un circuito básico, no
sea capaz de seleccionar o cambiar una estación de otra, al igual que para
escuchar señales débiles de transmisores lejanos o menos potentes, y para
esto se emplean amplificadores de RF, los cuales nos pueden suministrar
mayor selectividad de RF. Y con esto nos ayuda a evitar que se escuche dos o
más estaciones simultáneamente. Tomando en cuanta claro que los circuitos
entonados deben variar frecuencia simultáneamente debido al acoplamiento
mecánico entre los condensadores.
3
Figura 1.1 Receptor de Radiofrecuencia Sintonizada
A finales de la primera guerra mundial se desarrollarlo el receptor superheterodino,
el cual sea perfeccionado pero sin cambiar su funcionamiento el cual sigue
utilizando exactamente en receptores de radio comunicación debido a sus
ganancias, selectividad y sensibilidad.
En la heterodinación se cambia la frecuencia con su modulación respectiva a otra
que será fija para todas las estaciones a recibir, por lo que no necesita partes
móviles y a esta frecuencia fija se le conoce como Frecuencia Intermedia (FI) y los
receptores que funcionan con estas son los llamados superheterodinos.
1.2.1 Receptores de Doble Conversión
Cuando se desea tener una mayor amplificación de señal, se debe
introducir un nuevo cambio de frecuencias debido a que la FI oscilaría. A
esta etapa se llama segunda FI la cual podemos ampliar, obteniendo una
mayor sensibilidad y selectividad.
Los receptores que usan este segundo cambio son llamados de doble
conversión. La primera FI es mayor a la segunda y así sucesivamente.
4
1.3 RECEPTOR FM
En un receptor de FM de emplea el mismo principio que un recetor AM por lo que
el amplificador de RF, el mezclador y las etapas de la FI deben emplearse
pudiendo quitar de la estructura básica al RF dependiendo de la sensibilidad que
se desea alcanzar.
Antes se empleaban discriminadores para detectar la señal, para esto se utilizaba
un limitador para recortar las variaciones de amplitud que pudieran existir en la
señal. El limitador quita el ruido sin afectar el contenido de la información de la
señal debido a que la información está contenida en la variación de frecuencias y
no en las variaciones de amplitud.
La red De-énfasis (Figura 1.2) sirve para reducir la relación señal ruido del
mensaje, el receptor incluye un circuito para asegurar el seguimiento del canal de
comunicación cuya frecuencia de referencia tiene un rango variable.
Este circuito es el control automático de frecuencia (CAF) y una retroalimentación
de baja frecuencia que se ajusta al oscilador local, también puede haber
receptores FM de doble conversión.
Figura 1.2 Receptor de FM.
Simplificando, podemos decir que un receptor de radio consiste en un circuito
eléctrico, diseñado de tal forma que permite filtrar o separar una corriente
pequeñísima, que se genera en la antena, por efecto de las ondas
electromagnéticas que llegan por el aire normalmente (aunque viajan por cualquier
medio, inclusive el vacío) y luego amplificarla selectivamente, miles de veces, para
5
enviarla hacia un altavoz, o audífonos donde se transforman las ondas eléctricas
en sonido.
En este circuito hay un condensador variable, el efecto de la variación de la
capacidad del condensador en el circuito es filtrar corrientes de distinta frecuencia,
y por lo tanto, escuchar lo transmitido por distintas emisoras.
1.4 EVOLUCIÓN DE LOS RECEPTORES
El diodo de galena inicial fue sustituido posteriormente por la válvula de vacío,
componente electrónico basado en el efecto Edison, esto es, la propiedad que
tienen los metales en caliente de liberar electrones. Esta válvula permitió
conseguir una mejor sensibilidad.
La invención del transistor al final de los años cuarenta, permitió la miniaturización
de los receptores y su fácil portabilidad, al no depender de la conexión a la red
eléctrica.
También las técnicas de recepción han evolucionado notablemente desde los
inicios de la radio, empezando por la utilización de otros tipos de modulación
distintos a la de amplitud, como la modulación de frecuencia, la Banda lateral
única, la modulación digital, las diversas configuraciones de los receptores, la
propia evolución de los componentes, desde la válvula termoiónica al transistor y
luego al circuito integrado.
En lo que a la configuración se refiere, el receptor más elaborado y más eficiente,
en cuanto a sensibilidad y selectividad combinadas es el
denominado superheterodino, aunque han existido otros más sencillos pero
menos eficientes, como el de radiofrecuencia sintonizada.
1.5 ELEMENTOS DE UN RECEPTOR
a) Amplificador de Radio Frecuencia RF: es la primera etapa después de la
antena.
b) Demodulador: extrae la información que lleva la portada. Pueden ser
Coherentes: para demodular requiere conocimiento de la frecuencia y la
fase de la portadora
Incoherentes no tiene estas limitaciones, no requiere el conocimiento de la
fase, aunque puede requerir la frecuencia.
c) Circuitos de acoplo: son análogos a los usados en el emisor
6
d) Control automático de ganancia (CAG): es un circuito realimentado que
posibilita la recepción independiente del nivel de la señal recibida. Es
equivalente a aumentar la amplificación de la señal de audio cuando
disminuye el nivel de señal recibida.
e) Control Automático de Frecuencia (CAF): Posibilita la recepción
independiente de la deriva del emisor.
f) Squelch (Silenciador): Cuando no hay emisión, corta la alimentación del
amplificador de audio. De esta forma se evita amplificar el ruido de fondo lo
cual es bastante molesto, mediante el control del squelch se varia el nivel
mínimo que debe tener la señal de entrada para decidir que no hay emisión.
7
ANTENAS.
2.1 TIPOS DE ANTENAS
Las antenas y los sistemas de antenas son traductores entre los equipos
(transmisores y radios) y el medio circundante.
Si el equipo es un transmisor de radio (es decir, un emisor de ondas de radio), la
antena es un transductor que convierte ondas de corriente eléctrica en ondas de
radiación electromagnética que se propagan en el espacio.
Para que un receptor funcione adecuadamente se la antena deben satisfacer
características generales, las cuales permitirán que el receptor funcione en todo el
rango de frecuencias y con buenas sensibilidad.
Estas características son las siguientes:
a) Ser omnidireccionales para bajas frecuencias.
b) Ser direccionales para señales VHF o UHF en donde esto es requerido.
c) Captar señales requeridas sin necesidad de estar cambiando de posición o
dimensiones de la antena.
d) Mínima variación de la impedancia de la antena al variar la frecuencia de la
señal a captar.
e) Ser resistente a la corrosión y fácil de instalar.
f) Minimizar las interferencias, por ejemplo: lámparas, generadores,
licuadoras, aparatos eléctricos, etc.
g) Ser construida para minimizar señales fantasmas (fading)
Las antenas de radiorreceptores pude ser casi de cualquier forma y dimensiones y
estas varían desde el alambre vertical hasta una abertura en una hoja metálica,
llegando hasta el punto en el cual las dimensiones y formas de las antenas
determinan el costo previsto.
2.2 LA ANTENA VERTICAL
Como su nombre lo indica es un alambre vertical el cual se conecta al receptor
entre tierra y el extremo inferior de la antena. (Figura 1.3)
Este tipo de antena es el más utilizado en la recepción de señales
electromagnéticas, en los receptores comerciales se instalan antenas verticales
telescópicas y dan excelentes resultados.
8
Una antena vertical se utiliza para lanzar una polarización vertical de onda de RF,
y estas son utilizadas a menudamente para:
a) Comunicaciones de baja frecuencia.
b) En comunicaciones móviles.
Figura 2.1 Antena Vertical
2.3 ANTENA DE CUADRO
Es una antena que pertenece a una de las categorías de estas, las cuales utilizan
componentes magnéticos de radiación.
Una antena de cuadro o también conocida como "loop" básicamente está
constituida por una o más espiras conductoras formando un cuadrado, hexágono,
octógono o círculo, con dimensiones físicas que pueden variar desde las
pequeñas de 30 o 40 cm de diámetro, hasta las "mayores" de varios metros,
según la frecuencia y el rendimiento esperado. La inductancia de estas espiras
habitualmente se sintoniza con un capacitor variable y ellas se acoplan a la línea
de trasmisión mediante un eslabón (Figura 1.4) o mediante un acoplamiento
capacitivo.
La antena es principalmente útil en las frecuencias más bajas de HF pues en las
más altas es fácil cumplir con los requisitos necesarios para un dipolo o una
vertical convencional. Podría ser la solución para un viajante que deseara operar
su estación desde la habitación del hotel en las bandas más altas ya que puede
emplazarse fácilmente dentro del cuarto o sobre una ventana o balcón.
9
Figura 2.2 Antena de Cuadro con Acoplamiento.
2.4 PARÁMETROS DE ANTENA
Una antena de radio es un elemento que realiza las siguientes dos funciones:
a) Convierte la energía electromagnética, procedente de un generador a
través de una line de transmisión en energía electromagnética que se
propaga libremente en el espacio
b) Adapta la impedancia interna del generador a la impedancia del espacio.
La antena está constituida por un conductor de dimensiones convenientes y
formas diversas, en el cual coexisten una serie de parámetros inherentes a dichas
dimensiones. Estos parámetros son:
a) Impedancia características
b) Altura o Longitud efectiva
c) Coeficiente de onda
d) Longitud Eléctrica
e) Factor de atenuación
f) Resistencia de radiación
g) Inductancia
10
h) Capacitancia
i) Q y Ancho de banda
j) Reactancia
k) Impedancia de entrada
l) Directividad
m) Área efectiva
2.4.1 Impedancia característica
Es el parámetro que depende de la relación existente entre la longitud/diámetro
del conductor y de la frecuencia de trabajo.
La impedancia característica de cada punto del conductor es también función de
su distancia al punto de alimentación de la antena, por lo que la misma varía a lo
largo de conductor.
2.4.2 Longitud Efectiva
En una antena de dipolo corto se observa que la corriente es uniforma a lo largo
de ella.
Cuando se corta la longitud de la antena y se termina en sus extremos con sus
extremos con unas capacidades adecuadas, y se mantiene la distribución
uniforme de la corriente, y la energía que radia es la misma que sin acortar, esta
longitud recibe el nombre de longitud efectiva.
2.4.3 Coeficiente de onda
Es el coeficiente de ángulo de unidad de valor 2π/λ radianes. También recibe el
nombre de constante de fase. Son los radianes que corresponden a cada metro de
longitud de onda.
2.4.4 Longitud Eléctrica
La distribución de la corriente de un dipolo de media onda, teóricamente la
corriente en los extremos más alejados del punto de alimentación es cero. Pero se
sabe que esto no es así y que en realidad los nodos de corriente están en
longitudes de corriente algo más largas, conocido como efecto terminal, el cual se
debe al aumento de la inductancia y una disminución de la capacidad, dando una
disminución a la impedancia característica y un aumento de la corriente en la zona
terminal lo que provoca un alargamiento aparente del conductor dándose así una
longitud eléctrica.
11
2.4.5 Factor de Atenuación
Este coeficiente determina la perdida de energía que se ´produce en cada punto
de la antena. Es función de su longitud, resistencia de radiación y la impedancia
característica.
2.4.6 Resistencia de Radiación
Este parámetro se determinado por la capacidad que tiene la antena de disparar la
energía que recibe del generador, radiándola al espacio.
La resistencia de radiación es función de la longitud del conductor y de la
frecuencia de trabajo.
2.4.7 Inductancia
Es un valor intrínseco del conductor y su valor depende de la impedancia
característica y la frecuencia de trabajo.
2.4.8 Capacidad
Es la resultante entre todas las capacidades entre puntos del conductor por lo que,
al igual que la inductancia, es un valor intrínseco del conductor y también función
de la impedancia característica y la frecuencia de trabajo.
2.4.9 Q y Ancho de Banda
Q de una antena es el factor de calidad el cual es un parámetro en función de la
impedancia característica y la resistencia de radiación.
Determina la variación de frecuencia, respecto al la de trabajo permitido por la
antena para que esta tenga un rendimiento aceptable.
2.4.10 Reactancia
Es la resultante de la vectorial de la inductancia y la capacidad de la antena. Es
función de la longitud del conductor, el radio del mismo y la longitud de onda de la
frecuencia de trabajo.
12
2.4.11 Impedancia de entrada
La impedancia que presenta la antena en su punto de alimentación la cual es
necesario conocer para conseguir un correcto acoplamiento con la impedancia del
generador. Es un valor complejo compuesto de una parte de la resistencia de
entrada (real) y una parte de la reactancia de entrada (imaginaria).
La impedancia se puede presentarse con circuitos de constantes concentradas.
2.4.12 Directividad
Cuando se generaliza, el concepto de ganancia de antena se refiere
indistintamente a la ganancia directiva máxima o a la ganancia en potencia.
La ganancia directiva es función de la longitud o altura efectivas y la resistencia de
radiación.
2.4.13 Área Efectiva
Se define como la razón de la potencia disponible en los términos de antena a la
potencia por unidad de área de una onda polarizada adecuadamente.
2.5 USO DE LAS ANTENAS
Las antenas de baja frecuencia son de tipo alámbrico las transmisoras son
mástiles y las receptoras tiene en general dimensiones pequeñas en términos de
longitud de onda y poca directividad. En UHF y VHF también suelen ser
alámbricas sin embargo su tamaño suele ser varias veces la longitud de onda y
son habituales directividades del orden de 10-15dB. Por encima de 1 GHz las
antenas puede ser altamente directivas y grandes en términos de longitud de
onda, los tipos más habituales son aperturas, ranuras, lentes y reflectores.
En algunos tipos de aplicaciones de antenas suponen la única alternativa viable
para comunicar emisor y receptor, como es el caso de las comunicaciones
móviles. En otras puede escogerse entre usar un cable o una antena. Como regla
general, a bajas frecuencias y corta distancia se usaran cables, mientras que para
transmitir a larga distancias y alta frecuencias resulta más conveniente utilizar
antenas.
13
TRANSMISORES
3.1 QUE ES UN TRANSMISOR
Un radiotransmisor es un dispositivo electrónico que, mediante una antena,
irradia ondas electromagnéticas que contienen (o pueden contener) información,
como ocurre en el caso de las señales de radio, televisión, telefonía móvil o
cualquier otro tipo de radiocomunicación.
Transmisor en el área de comunicaciones es el origen de una sesión
de comunicación. Un transmisor es un equipo que emite una señal, código o
mensaje a través de un medio. Para lograr una sesión de comunicación se
requiere: un transmisor, un medio y un receptor.
El transmisor de radio es un caso particular de transmisor, en el cual el soporte
físico de la comunicación son ondas electromagnéticas. El transmisor tiene como
función codificar señales ópticas, mecánicas o eléctricas, amplificarlas, y emitirlas
como ondas electromagnéticas a través de una antena.
Los principales como componentes de un transmisor de radio son: un generador
de oscilaciones (oscilador), que convierte la corriente eléctrica común en
oscilaciones de una determinada frecuencia de radio; los amplificadores, que
aumentan la intensidad de dichas oscilaciones y que conservan la frecuencia
establecida, y un transductor, que convierte la información que se quiere transmitir
en un voltaje eléctrico variable y proporcional a cada valor instantáneo de la
intensidad. En el caso de la transmisión de sonido, el transductor es un micrófono;
y para transmitir imágenes, se utiliza como transductor un dispositivo fotoeléctrico.
Son importantes en un transmisor de radio el modulador y la antena. El modulador
aprovecha los voltajes proporcionales para controlar las variaciones de intensidad
o frecuencia de la portadora. La antena radia una onda portadora igualmente
modulada. Cada antena presenta ciertas propiedades direccionales, es decir, que
algunas radian más energía en unas direcciones que en otras, pero la antena
siempre se puede modificar de manera que los patrones de radiación varíen desde
un rayo relativamente estrecho hasta una distribución homogénea en todas las
direcciones, este último tipo de radiación se usa en la radiodifusión.
En las transmisiones de radio a menudo se introduce una forma de distorsión de
amplitud al aumentar la intensidad relativa de las frecuencias más altas de audio.
En el receptor aparece un factor equivalente de atenuación de alta frecuencia. El
14
efecto conjunto de estas dos formas de distorsión es una reducción del ruido de
fondo o estático en el receptor.
3.2 FUNCIONAMIENTO DE UN TRANSMISOR
La primera pieza que encontramos es el oscilador que, como su nombre indica,
oscila o vibra generando una señal constante de alta frecuencia que usaremos
como portadora.
Como la señal que genera el oscilador es muy pequeña, necesitamos aumentarla
con un amplificador de radiofrecuencia (RF). Ahora ya tenemos la portadora lista
para recibir la señal moduladora que llega de los estudios, es decir, para ser
modulada.
El modulador une la moduladora y la portadora. Esto lo puede hacer en frecuencia
(FM) o en amplitud (AM), dependiendo del transmisor.
Estos primeros componentes reciben el nombre de excitador, aunque si después
no tiene amplificadores, se le denomina directamente transmisor. Los pequeños
transmisores de muchas radios son sólo excitadores que salen al aire con
potencias de 10 a 50 watts.
Si hay amplificación para aumentar la potencia de la señal de salida del excitador,
por ejemplo en los grandes transmisores de 1 o 5 kilowatts, decimos que el
transmisor está compuesto por el excitador más la etapa de potencia o
amplificador.
15
Figura 3.1 Diagrama a Bloques de un Transmisor
Una vez que la portadora ha sido modificada por la señal que llega de los estudios
(la moduladora) amplificamos ambas. La potencia de amplificación dependerá del
permiso que tengamos y de la capacidad del transmisor, si es de 50 watts, de
5.000 watts… Cuando hay varias etapas amplificadoras necesitamos sumar las
potencias de cada uno de los módulos.
Por último, llevamos la señal eléctrica de alta frecuencia desde el transmisor a
la antena. En este paso, vigilaremos que el cable no sea excesivamente largo, ya
que la señal sufrirá grandes pérdidas. En caso de que la torre de las antenas sea
muy alta o esté muy lejos, emplearemos cables. Hay también que prestar especial
atención a la impedancia del cable, pero eso lo veremos en el capítulo de las
antenas.
3.3 CARACTERISTICAS DE UN TRANSMISOR
Las características básicas de un transmisor son:
a) Frecuencia de emisión y estabilidad de la misma
b) Tipo de modulación y ancho de banda empleado
c) Potencia de emisión
d) Emisiones espurias y ruido
e) Distorsión no lineal
16
3.3.1 Frecuencia de Emisión
Es un parámetro fundamental que condiciona el diseño. Depende del diseño en
cuestión, del canal, etc. Hay que elegir de acuerdo con normas internacionales
tales como:
CCIR: Comité Consultivo Internacional de Radio Comunicaciones
ITU: Unión Internacional de Telecomunicaciones
IFRB: International Frequency Registration Board.
La frecuencia de emisión real es distinta a la nominal debido a las derives por
factores ambientales y condiciones de trabajo.
3.3.2 Tipo de modulación y Ancho de Banda
El tipo de modulación depende del tipo de servicio, complejidad de los equipos,
calidad requerida, alcance ancho de banda, etc.
La FM de banda ancha tiene mayor calidad que la AM pero ocupa un ancho de
banda mayor. El espectro es finito y hay que ocupar el mínimo ancho de banda
posible por lo que en determinados servicios el ancho de banda disponible
condicionaría el tipo de modulación a utilizar, por lo cual estos dos conceptos van
ligados.
3.3.3 Potencia de Emisión
La potencia condiciona el alcance, cuando mayor sea, mayor será la zona
geográfica cubierta. Normalmente no se puede transmitir toda la potencia que
desea, está limitada por las interferencias que se puede producir por los usuarios.
3.3.4 Emisiones Espurias
Una emisión espuria es toda aquella no deseada dentro o fuera de la banda útil.
Los espurios fuera de la banda se pueden filtrar antes de emitir, los de dentro
contribuyen al ruido del transmisor y son imposibles de eliminar.
17
3.4 ELEMENTOS DE UN TRANSMISOR
Los elementos básicos de un transmisor son:
a) Oscilador: Produce un tono senoidal de frecuencia fija y estable.
b) Modulador: implanta la señal de información a una característica de
portadora.
c) Amplificador: Eleva la potencia de la señal.
d) Redes de Acoplo: sirven para adaptar la impedancia y se usan para
conseguir la máxima transferencia de ´potencia, sobre todo en el
amplificador y la antena.
e) Multiplicadores de Frecuencia: Facilitan el diseño de los osciladores.
Partiendo de uno estables de baja frecuencia y con multiplicadores se
aumenta hasta la frecuencia deseada.
f) Circuitos de Protección de la etapa de Potencia: Sirven para evitar que se
queme la etapa de potencia.
18
ONDAS ELECTROMAGNETICAS
Una onda consiste en la propagación de una perturbación de alguna propiedad en
un medio, implicando un transporte de energía, sin transporte de materia. El medio
perturbado puede ser de naturaleza diversa como aire, agua, un trozo de metal e,
incluso, inmaterial como el vacío.
4.1 CARACTERISTICAS DE LAS ONDAS
Las tres características de las ondas electromagnéticas son:
Frecuencia (f)
Longitud (λ)
Amplitud (A)
4.1.1 Frecuencia
La frecuencia de una onda responde a un fenómeno físico que se repite
cíclicamente un número determinado de veces durante un segundo de tiempo, tal
como se puede observar en la siguiente ilustración:
Figura 4.1 Frecuencia de onda
19
4.1.2 Longitud de Onda
La longitud de onda describe cuan larga es la onda, la distancia existente entre
dos creas o valles consecutivos lo que se llamamos longitud de onda.
Las ondas se propagan por el espacio de forma similar a como lo hace el agua
cuando tiramos una piedra a un estanque, es decir, generando ondas a partir del
punto donde cae la piedra y extendiéndose hasta la orilla
Figura 4.2 Longitud de Onda
P.- Pico o cresta: valor máximo, de signo positivo (+), que toma la onda, cada
medio ciclo, a partir del punto “0”. Ese valor aumenta o disminuye a medida que.
La amplitud “A” de la propia onda crece o decrece positivamente por encima del
valor "0".
V.- Valle o vientre: valor máximo de signo negativo (–) que toma la onda, cada
medio ciclo, cuando desciende y atraviesa el punto “0”. . El valor de los valles.
Aumenta o disminuye a medida que la amplitud “A” de la propia onda crece o
decrece negativamente por. Debajo del valor "0".
T.- Período: tiempo en segundos que transcurre entre el paso de dos picos o dos
valles por un mismo, punto.
N.- Nodo: Valor "0" de la onda senoidal
20
Las ondas electromagnéticas (radiaciones electromagnéticas) son las generadas
por partículas eléctricas y magnéticas moviéndose a la vez (oscilando). Cada
partícula genera lo que se llama un campo, por eso también se dice que es una
mezcla de un campo eléctrico con un campo magnético. Estas radiaciones
generan unas ondas que se pueden propagar (viajar) por el aire e incluso por el
vacío.
Figura 4.3 Onda Electromagnética
4.1.3 Propiedades de ondas Electromagnéticas
Para su propagación, las ondas electromagnéticas no requieren de un
medio material específico, pues pueden viajar incluso por el vacio.
Las ondas electromagnéticas, como se mencionó anteriormente, se
propagan por el vacío a la velocidad de la luz (300 000 km/seg
aproximadamente), hasta que su energía se agota.
A medida que la frecuencia se incrementa, la energía de la onda también
aumenta.
Este tipo de ondas presenta las mismas propiedades físicas inherentes al
movimiento ondulatorio.
Las ondas electromagnéticas viajan en línea recta
21
4.2 ONDAS DE RADIO
Las ondas de radio son un tipo de radiación electromagnética. Una onda de radio
tiene una longitud de onda mayor que la luz visible. Las ondas de radio se usan
extensamente en las comunicaciones.
Son ondas electromagnéticas producidas por el hombre con un circuito oscilante.
Las ondas de radio se emplean en radiodifusión, las ondas usadas en la televisión
son las de longitud de onda menor y las de radio son las de longitud de onda
mayor. Las radioondas más largas se reflejan en la ionosfera y se pueden detectar
en antenas situadas a grandes distancias del foco emisor. Las ondas medias se
reflejan menos en la ionosfera, debido a su gran longitud de onda pueden superar
obstáculos, por lo que pueden recorrer grandes distancias. Para superar montañas
necesitan repetidores. Las ondas cortas no se reflejan en la ionosfera, requieren
repetidores más próximos. Se transmiten a cualquier distancia mediante los
satélites artificiales. Este tipo de ondas son las que emiten la TV, teléfonos móviles
y los radares.
4.3 PROPAGACION DE ONDAS ELECTROMAGNETICAS
La propagación de ondas se refiere a la propagación de ondas electromagnéticas
en el espacio libre (vacío o dentro de la atmosfera terrestre). La principal diferencia
es que la atmósfera de la Tierra introduce perdidas de la señal que no se
encuentran en el vacío.
Las ondas electromagnéticas (ONDAS DE RADIO) se propagan a través de
cualquier material dieléctrico, pero no se propagan bien a través de conductores,
ya que los campos eléctricos de la onda electromagnética hacen que fluyan
corrientes en el material, disipando con rapidez la energía de las ondas
electromagnéticas.
22
4.3.1 Dieléctrico
Se denomina dieléctrico al material mal conductor de electricidad, por lo que
puede ser utilizado como aislante eléctrico, y además si es sometido a un campo
eléctrico externo, puede establecerse en él un campo eléctrico interno, a diferencia
de los materiales aislantes con los que suelen confundirse. Todos los materiales
dieléctricos son aislantes pero no todos los materiales aislantes son dieléctricos.
Algunos ejemplos de este tipo de materiales son el vidrio, la cerámica, la goma, la
mica, la cera, el papel, la madera seca, la porcelana, algunas grasas para uso
industrial y electrónico y la baquelita. En cuanto a los gases se utilizan como
dieléctricos sobre todo el aire, el nitrógeno y el hexafluoruro de azufre.
23
SISTEMA DE RADIO TRANSCEPTOR (VHF)
5.1 DESCRIPCION
Es utilizado para todas las voces de corto alcance comunicaciones entre:
- Diferentes tipos de aeronaves en vuelo
- Avión (en vuelo o en tierra) y estaciones terrestres.
El sistema de VHF opera dentro de la gama de frecuencias definido por ARINC
716
La aeronave está equipada con dos sistemas idénticos de VHF que son totalmente
independiente: VHF1, VHF2 y VHF3.
El sistema VHF3 también se utiliza para transmitir mensajes de enlace de datos
(ACARS o ATSU).
El sistema de VHF puede consistir en sistemas de uno o dos. Un sistemas de
comunicación se pueden instalar. El VHF sistema permite a la tripulación de vuelo
para comunicarse con otras estaciones, como ATC o de otras aeronaves y recibir
VOR / LOC y las señales de senda de planeo de navegación.
El VHF se compone de:
- El transceptor
- Dos antenas de navegación
- La antena de comunicaciones
- Comunicación de 118,000 a 136,975 MHz en 25 kHz incrementos (Canales
760),
- Recepción de navegación desde 108,00 hasta 117,95 MHz en incrementos de 50
kHz (200 canales).
- Recepción opcional de señales de senda de planeo de 329,15 a 335,00 MHz en
incrementos de 150 kHz (40 canales).
El transceptor VHF COM internamente hace una VHF de la señal y hace una
combinación de la señal VHF con el audio del piloto o copiloto micrófono.
24
El receptor recibe la señal del micrófono de audio a través del sistema ICS. El
transmisor-receptor VHF COM proporciona la combinación de señales externas a
la VHF antena COM. Un circuito interior de las muestras de la señal del
transmisor-receptor VHF antes de su viaje a la antena. Que detecta el circuito
audio de la señal de VHF. El nombre de este audio señal de tono lateral. El
detector en el interior del transmisor-receptor proporciona el tono de los
auriculares piloto o copiloto a través del sistema ICS. El tono lateral da una
indicación de que el COM VHF opera correctamente.
Las señales de radio VHF COM tienen una amplitud modulada de muy alta
frecuencia ondas de radio. Las ondas de radio VHF sólo puede comunicarse con
otras estaciones que se encuentran en su línea de visión. La línea de visión
transmisiones a baja altura reducir la distancia a la que las comunicaciones son
posibles. Esto evita que interferencias de otras estaciones que están por debajo
del horizonte y cientos de kilómetros de distancia.
El ciclo de trabajo es de 10%, 4,5 minutos de transmisión y recepción 0.5 minutos.
La de salida se especifica la potencia mínima es de 10 vatios.
El sistema VHF está asociada con:
- Los paneles de radio de Gestión (RMP).
Estos son sistemas centralizados que permiten la visualización de la frecuencia
del sistema
VHF.
- La Unidad de Gestión de Audio (UMA) para las conexiones a la integración de
audio y sistemas SELCAL.
- La pantalla centralizada fallo en la unidad de interfaz (CFDIU) (por el MCDU),
que es un sistema de mantenimiento centralizado.
- El tren de aterrizaje interfaces de control y la unidad (LGCIU), que indica el
estado de la aeronave (vuelo o de tierra).
- El Sistema de Adquisición de Datos Concentrador (SDAC), que recoge
transmisión de datos desde el sistema de VHF.
25
5.2 CARACTERÍSTICAS DE RADIO TRANSCEPTOR (VHF)
TRANSCEPTOR VHF
Genera la frecuencia de operación.
Transmite las señales moduladas a la antena VHF.
Recibe la señal de la antena y la dirige al sistema integrador de audio.
CARACTERISTICAS.
Permite la transmisión y recepción de comunicaciones de voz a través de
un equipo acústico (boomset, headset, hand microphone, loudspeaker y
mascarilla de oxigeno).
Si el transmisor esta todavía encendido durante dos minutos, este
automáticamente se apaga.
Poder de salida 16W mínimo con carga resistiva interna de 52-ohms (118-
136.975 MHz)
Impedancia de entrada en micrófono: 600 ohms.
Los transceptores están constituidos de un armazón modular central y 5
ensambles, y estos son:
Receptor
Sintetizador y control de modulación
Fuente de poder
Transmisor
Interface
El sintetizador y control de modulación incluye un sintetizador de frecuencias y un
microprocesador, todas las señales son suministradas dentro y fuera del
transceptor a través del ensamble de interfaz.
El transceptor VHF, principal es un receptor superheterodino, un transmisor de
banda ancha, y un amplificador de audio. Un releí de potencia interno transmite 28
voltios de corriente continua a la entrada de los circuitos de alimentación que
suministran todos los niveles de tensión interna.
El microprocesador principal controla el VHF recibir y transmitir las operaciones.
El procesador lee los datos de las melodías seleccionadas, identifica origen, la
lógica y Esquema
26
Figura 5.1. Diagrama a Bloques VHF TR/CR.
27
5.3 MODO DE RECEPCIÓN
La señal es aplicada a uno de los dos filtros de paso bajo. Selección el filtro de
banda de banda baja o alta se hace dependiendo de la frecuencia recibida (118 a
127,975 Mhz o 128 a 136.975Mhz).
Estos filtros impiden que las frecuencias no deseadas de ser alimentado a la
antena. Después de filtrar, la señal se aplica a un primer mezclador donde se
mezcla con la señal de la frecuencia sintetizador. Esta primera frecuencia
intermedia FI de salida es después se filtró por un filtro de cristal y se amplifica (40
dB de ganancia en función de AGC).
La señal se aplica a continuación a un segundo mezclador. Este mezclador recibe
la señal modulada 20.025Mhz y una señal de frecuencia de 9,325 Mhz producida
por un oscilador de cristal.
La salida proporciona una segunda señal de FI de 10,7 MHz. Esta segunda señal
FI se filtra y se amplifica dos veces antes detección. Ambos amplificadores de
señal FI proporcionar una ganancia de 70 dB.
El canal de amplificación completa proporciona una ganancia total de
110dB.
La señal modulada se aplica luego a un circuito de detección y a un amplificador
de tampón. Este circuito de detección también controla la
Circuito de AGC que controla la ganancia del amplificador FI. El amplificador de
señal de salida de modulada se aplica a los datos circuito y el circuito de audio.
28
Figura 5.2. Diagrama a Bloque de Circuito Receptor
5.4 LA MODALIDAD DE TRANSMISIÓN
La señal del micrófono o de datos se aplica a un filtro de paso bajo y compresor.
El compresor mantiene un porcentaje de modulación constante,
independientemente del audio nivel de entrada.
La salida del compresor se alimenta a una entrada de la retroalimentación del
amplificador. La otra entrada es alimentada por la salida de potencia hacia delante
de los acopladores direccional. Ambas entradas se comparan en la
retroalimentación del amplificador para proporcionar una salida lineal. La salida del
amplificador de realimentación se aplica a una entrada de un atenuador variable
que recibe la RF a partir del sintetizador en la otra entrada.
La señal de RF es modulada en amplitud después de que ha sido alimentado en el
atenuador variable por la señal de audio regulada.
Esta señal se amplifica, se filtra y se envía a la antena a través de un interruptor
de estado sólido.
29
Funcionamiento General
El transceptor VHF asegura a sus funciones primarias a través de:
Módulo RF
Módulo del procesador principal
Módulo de fuente de alimentación
HIRF / trasero interconexión
Montaje Visor del panel frontal
Tarjeta de memoria del módulo de interfaz.
El receptor
El amplificador de potencia
El sintetizador
El microprocesador.
El filtro de inmunidad FM:
Es un filtro de paso alto con una atenuación de la banda de parada a 108
MHz mayor que 10 dB.e.
5.5 ANTENAS
Descripción
Esta antena se compone de:
- Una placa base de aluminio
- Un radomo laminado
- Un duralinox borde delantero
- Un conector de tipo C coaxial rodeado por un sello.
La antena está conectada al transceptor por medio de un cable coaxial cable. Se
atornilla en el fuselaje. Los tornillos de fijación asegurar la conexión eléctrica.
Funcionamiento
Esta antena permite la transmisión y recepción de señales de VHF en el rango de
116 a 156 MHz de frecuencia. Su impedancia es de 50 ohmios y su onda
estacionaria proporción es inferior a 2 sobre el VHF 118 a 137 MHz rango de
frecuencia
30
TEORIA FUNCIONAL DE OPERACIÓN EN EQUIPOS VHF 6.1 CIRCUITOS DE INTERFASE.
Todas las señales de entrada y salida del VHF son manipuladas a través del
conector trasero y los circuitos de interfase en la tarjeta de circuitos A1. Los
circuitos de interfase en ambas tarjetas de circuitos, realizan un filtrado de ruido,
protección transitoria, barra de datos de salida en serie y una conversión de datos
de entrada en paralelo-serie.
Figura 6.1 Diagrama a bloques de Circuitos de Interfase.
6.2 CIRCUITOS DE CONTROL.
El control total del transceptor VHF es suministrado por un simple microprocesador
de 8-bits localizado en la tarjeta de circuitos control/sintetizador A4, este
microprocesador interpreta los comandos para determinar el modo de operación y
la frecuencia de transmisión. Si es detectada alguna falla en el transceptor, este
microprocesador envía una alerta audible (2 beeps de 800Hz) hacia el sistema de
audio y puede interrumpir la transmisión si es detectada una falla critica durante el
modo de transmisión.
31
Figura 6.2 Diagrama a bloques Circuitos de Control.
6.3 SINTETIZADOR DE FRECUENCIAS.
El sintetizador de frecuencias es un circuito integrador de gran escala, el
sintetizador digital de frecuencias realiza la función de un oscilador de voltaje
controlado hacia un oscilador de cristal a 6.4 MHz. Este sintetizador suministra la
excitación para la transmisión por un amplificador de RF de 118.00 a 131.950
MHz, con incrementos de 25-kHZ.
32
Figura 6.3 diagrama a bloques Circuito Sintetizador.
6.4 TRANSCEPTOR.
El receptor es un conversor-dual con frecuencia de operación de 25.025 MHz y
455 kHz. La conversión de frecuencia es realizada por dos circuitos mezcladores.
El primero es un mezclador dual JFET en cualquiera de los dos modos, alta y baja
inyección recibida del sintetizador, y el segundo es mezclador MOSFET de doble
compuerta, recibidos de un oscilador local a 19.57 MHz.
33
Figura 6.4 Diagrama a bloques Circuito Receptor.
Figura 6.5 Diagrama esquemático simplificado Transmisor.
34
6.5 FILTROS SELECTORES DE SINTONÍA.
Tiene 4 filtros preselectores de sintonía, provenientes de la selectividad RF, esta
selectividad es determinada por dos filtros de cristal a 20.025 MHz. Para minimizar
la interferencia existente en el canal adyacente del sistema, usando 25 kHz entre
los espacios de canal.
6.6 AMPLIFICADOR.
El amplificador trabaja a 455 kHz y suministra aproximadamente 80 dB al circuito
de ganancia en prioridad de detección. La señal de audio del detector es
diseccionado al circuito de ganancia, al circuito de filtro de ruido y al circuito
amplificador de salida.
6.7 FILTROS REDUCTORES DE INTERFERENCIA.
La unidad de filtros reductores de interferencia, reduce la interferencia en FM
causada por el alto potencial de las estaciones de radio FM.
Figura 6.6 Diagrama a bloques Circuito Reductores de Ruido (interferencia).
35
Figura 6.7. Diagrama a Bloques VHF.
36
DISEÑO DE RADIOTRANSCEPTOR
7.1 INTRODUCION
Un módulo emisor de FM cuya descripción se presenta a continuación, constituye
el punto de partida para la creación de transmisor, capaz de transmitir con un
alcance de 3 km los cuales son ideales para el tipo de aeronave en la cual se
presente utilizar, ya que este tipo de aeronave es utilizada para trabajos de
fumigación, en los cuales no se necesita mucho autonomía. En la siguiente figura
se observa las características muy semejantes de la aeronave a utilizar ya que no
hay manuales adecuados de la aeronave en cuestión la cual es un CHAD un avión
son similitudes a un Paiper Pawnee.
Figura 7.1 Dimensiones de la aeronave.
37
7.2 CARACTERÍSTICAS Y ANÁLISIS FUNCIONAL
Según la elección de la tensión de alimentación (9 a 12 V) se puede disponer de
una potencia comprendida entre algunos centenares de milivatios a 3 vatios, entre
88 y 108 MHz.
De medidas efectuadas se comprueba que con potencias de emisión del orden
citado, con una antena convenientemente elegida, se puede cubrir en buenas
condiciones la totalidad de una población de dimensiones reducidas. Normalmente
se precisa excitar al emisor a través de una consola de mezcla que permita crear
los efectos sonoros deseados, estando también previsto que pueda realizarse la
conexión directa de un micrófono. El esquema de la figura 1 permite distinguir las
dos partes del montaje: la sección de BF utiliza un clásico 741 montado como
preamplificador con preacentuación; el condensador C3 actúa sobre los agudos
según una curva standard a 50 µseg, de forma que se compense la
desacentuación incorporada en todos los receptores FM comerciales.
Puede esperarse que la calidad de la B.F. alcance un nivel próximo al de Hi-Fi,
aunque si se presentaran problemas de nivel de ruido de fondo excesivo, podría
sustituirse el 741 por otros amplificadores operacionales de bajo ruido.
La entrada Ext. (extensión) permite aplicar al emisor, a través de una resistencia
variable de 47 KW en serie con un condensador de 2,5 µF, prácticamente
cualquier tipo de equipo de mezcla. La señal de B. F. amplificada se aplica al
diodo de capacidad variable Dl, cuya misión es la de modular en frecuencia el
oscilador de salida, que es un multivibrador compuesto por TR1 y TR2.
La señal rectangular generada por el multivibrador se convierte en senoidal al
paso por el circuito sintonizado L1/C10. La antena podrá ser una simple varilla
vertical de unos 90 cm de longitud situada junto al circuito emisor. Se ha
comprobado que incluso cuando la antena está situada en el interior de una
habitación, se obtiene un alcance de emisión de 2 a 3 km.
A continuación se presenta capturas de pantalla del armado y distribución del
transmisor paso a paso con el programa PCB WIZAR el cual nos será muy útil
para el diseño del esquema teórico.
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Figura 7.2 Realización de circuito teórico con ayuda de PCB WIZAR
A continuación se presenta la Figura 7.3 en la cual es un acercamiento a la Figura
7.2 para poder observar mejor el circuito teórico y los elementos que lo componen
más adelante se muestra una lista con los componentes utilizados en estas figuras
y sus valores correspondientes.
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Figura 7.3 Acercamiento de Circuito Teórico
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7.3 INSTRUCCIONES DE REALIZACIÓN
La realización del bobinado Ll se efectúa empleando hilo de cobre esmaltado o
desnudo de diámetro 1 mm, devanando cinco espiras separadas entre sí sobre
una forma de l0 mm de diámetro. La separación exacta de las espiras se obtendrá
cuando se inserte el bobinado en los agujeros del circuito impreso previstos para
ello, en los cuales se introducirá la bobina a fondo hasta que la base de las espiras
se apoye sobre el circuito impreso.
La toma intermedia se obtendrá soldando un hilo desnudo, como por ejemplo
terminales de resistencias en desuso, en la tercera espira, de forma que queden
dos espiras por ambos lados de la bobina. Esta toma se insertará en el agujero
previsto del circuito impreso entre R8, R9.
Del cuidado puesto en estas operaciones depende la bondad del funcionamiento
del emisor. Los ajustes necesarios se inician aplicando la alimentación al emisor
con un valor de 9 V a 12 V, también 14 V si los transistores van provistos de aletas
refrigeradoras. Se ajustará un receptor de FM entre 88 y 108 MHz y a continuación
se regulará el trimmer C10 hasta obtener la desaparición del soplido existente
entre emisoras, lo que indicará que se está recibiendo la señal del emisor. En este
momento, R5 se podrá regular de forma que se obtenga la mejor sonoridad
teniendo en cuenta las condiciones de utilización del micrófono.
Hay que tener en cuenta sin embargo, que existen en general varias posiciones de
C10 correspondientes a una recepción en el mismo punto del cuadrante del
receptor. Esto es debido al fenómeno de la frecuencia imagen y sólo una de las
posiciones de C10 es la correcta.
A continuación se muestra la realización de circuito impreso con ayuda de PCB
WIZAR en las siguientes figuras (7.4 y 7.5 ) se muestran todos los elementos
correspondientes para poder realizar el circuito impreso sin que estos estén
ensamblados o unidos entre si.
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Figura 7.4 Se muestran todas las resistencias a utilizar para el circuito ya
mencionado así como el potenciómetro requerido.
Figura 7.5 Se muestran el resto de los elementos a utilizar para realizar
nuestro circuito impreso para el radio transceptor.
Los transistores TR1 y TR2 habrán alcanzado durante un cierto tiempo de
funcionamiento una temperatura elevada lo que completamente normal. La deriva
en frecuencia del emisor alcanza un valor mínimo, siempre y cuando se haya
realizado bien el montaje siguiendo las instrucciones, es decir, la bobina apoyada
sobre el circuito impreso en forma rígida, la alimentación y antena descrita y
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finalmente la introducción del junto en una caja metálica que servirá de blindaje
eléctrico.
Así es como queda nuestro circuito impreso gracias a la utilización de programa
PCB WIZAR en cual solo bastaría imprimir y sobre una placa base calcar la figura
para poder tener nuestro placa madre del circuito
Figura 7.6 Circuito Impreso en PCB WIZAR
43
También gracias al PCB WIZAR podemos obtener una vista de nuestro circuito ya
armado la distribución que tendría en nuestra placa como se muestra en la
siguiente Figura 7.7
Figura 7.7 Imagen en 3D de Circuito de Radio Transceptor.
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7.3.1 Datos Técnicos
Alimentación: de 9 a 12 v.
Alcance: 3 km Aproximadamente (en optimas condiciones)
Consumo: 300-400 ma
Potencia: 3w
Frecuencia variable
7.4 LISTA DE COMPONENTES
R1 = 27 KW 1/4 W
R2 = 27 KW 1/4 W
R3 = 1 MW 1/4 W
R4 = 1 MW 1/4 W
R5 = 47 KW Potenciómetro
R6 = 15 KW 1/4 W
R7 = 270 KW 1/4 W
R8 = 10 KW 1/4 W
R9 = 15 KW 1/4 W
R10 = 4,7 KW 1/4 W
R11 = 4,7 KW 1/4 W
C1 = 270 nF Poliester
C2 = 5 µF Electrolítico
C3 = 100 pF Cerámico
C4 = 10 nF Cerámico
C5 = 270 nF Poliester
C6 = 10 pF Cerámico
C7 = 22 pF Cerámico
C8 = 22 pF Cerámico
C9 = 18 pF Cerámico
C10 = Trimmer de 4/20 pF
IC1 = Circuito integrado 741 (DIL)
TR1 = Transistor NPN 2N4427 o Equivalente.(2N3886) con aleta refrigeradora.
TR2 = Transistor NPN 2N4427 o Equivalente.(2N3886) con aleta refrigeradora.
D1 = Diodo "varicap" BB105G
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L1 = Bobina de sintonía: 5 espiras de hilo de cobre esmaltado de 1 mmØ ,
devanadas separadas con diámetro 10 mm Y longitud bobina aprox. 20 mm, con
toma media, ver Instrucciones de Realización
7.4.1 Varios
1 Micrófono dinámico o de cristal
1 Circuito impreso, ver Figura 6.5
1 Caja metálica;
4 Bornes para banana, 2 rojos, 1 verde y 1 negro;
hilo de conexión.
Alimentación: De 9 a 12 V C.C.
46
CONCLUSIONES
Las actividades que se describieron en trabajo anterior que tienen un inicio
y fin determinados, en lo particular creo que cumplieron con los objetivos
general y específicos de este, teniendo además que se conto con una
accesoria de los procesos y metodología adecuados, para alcanzar el
objetivo, en tiempo y forma con dicho objetivo.
El objetivo principal de esta investigación era diseñar un prototipo de radio
transceptor el cual se logro teniendo como resultado un circuito impreso
adecuado con especificaciones e instrucciones de fabricación adecuadas
para que el alumnado pueda hacer la fabricación correcta, de este proyecto
y así poder seguir optimizando y rehabilitando las distintas aeronaves que
hay en la escuela con lo cual se tendría un mejor aprendizaje de distintas
materias gracias a este tipo de ayudas.
Así mismo se recomendación y observación, a todo aquel interesado en
este trabajo de la posibilidad de mejorar este diseño para otros tipos de
aeronaves que requieran o se pueda implementar en ellas un radio
transceptor, teniendo en cuanta que se puede aumentar su alcance, con un
mayor grado de especialización en los materia les a implementar, por lo cual
se pueda diseñar y fabricar un mejor equipo. Cabe señalar que el diseño del
circuito de radio transceptor es básico ya que a la aeronave para el cual fue
diseñado tiene alcances y funciones básicas siendo este para uso agrícola,
y de poca autonomía
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BIBLIOGRAFÍA
- LIBROS
- 1.- Armando García Domínguez EA5BWL., Calculo de Antenas 3°
Edición, Editorial Marcombo, S.A.
- 2.- Marcos Faundez Zanuy, Sistemas de Comunicaciones, Editorial
Marcombo S.A.,
- 3.- Raúl Ruiz Meza, Teoría y Diseño de Radiorreceptores, Instituto
Politécnico Nacional,
- 4.- TERMAN, Frederick E., Manual del Radio Ingeniero. Editorial HASA,
Bs. As.
- 5. - REID, David PA3HBB / G0BZF, Practical Experiments with Magnetic
Loop antennas.
- MANUALES
- 5.- ATR, Aircraft Maintenance Manual, section ATA 23-12 VHF SYSTEM
- 6. - Bombardier, Aircraft Maintenance Manual, section ATA 23-11-00,
23-11-01, 23-11-05.
- 7. - Rockwell Collins, VHF COMM Transceiver, CMM ATA 23-12-10
pags 17-62. Rev 3. Dated: jul.30.2002.
- 8. - AIRBUS, Aircraft Mantintenence Manual, section ATA 23-11-00, 23-
11-01, 23-11-05.
