QSL de la estación lowfer FL, del radioaficionado Fred Larry N3FL, de Maryland (Estados Unidos), año 1993.
◉ 01- LA RADIO EXPERIMENTAL LIBRE: LOWFER, MEDFER, HIFER y 49'ER ◉ 01.1- LOWFER, MEDFER, HIFER y 49'er ◉ 02- REGLAMENTACIONES EN ESTADOS UNIDOS Y EN CANADÁ ◉ 02.1- Para las estaciones LowFER ◉ 02.2- Para las estaciones MedFER ◉ 02.3- Para las estaciones HiFER ◉ 02.4- Para las estaciones 49'er (Intentional Radiators) ◉ 03- EN ESPAÑA, EUROPA Y OTROS PAÍSES ◉ 04- ALGUNAS CUESTIONES TÉCNICAS ◉ 04.1- Los miniemisores ◉ 04.2- El sistema de antena ◉ 04.3- La recepción y decodificación de señales
La afición a la radio cubre varios ámbitos, cada uno con sus propias características, como son la radioafición, las comunicaciones personales de la Banda Ciudadana (CB) y con equipos de mano de pequeña potencia PMR446 (Personal Mobile Radio 446 MHz, en Europa) y FSR (Family Radio Service, servicio equivalente en Norteamérica), el diexismo y escucha de la onda corta (SWL, Short Wave Listening) y de cualquier banda de radio en general, la búsqueda y análisis de señales extrañas (SigInt, Signal Intelligence), etc.
Mucho menos conocida es la actividad de la Radio Experimental libre, básicamente porque es un tipo de actividad de radio que sólo está permitida y regulada en Estados Unidos y Canadá. Se trata de una forma de experimentación con pequeños emisores de radio, sin necesidad de licencia, y están pensados para la experimentación y para usarlos como pequeños emisores de radiodifusión caseros de corto alcance (por ejemplo, para transmitir la música de un reproductor musical a cualquier receptor de radio de la casa).
Estos tres acrónimos definen a esta forma de experimentación con pequeños emisores de radio, sin necesidad de licencia, que como se ha dicho, están pensados para la experimentación y para usarlos como pequeños emisores de radiodifusión caseros de corto alcance.
Esta forma de experimentación sólo está regulada en Estados Unidos, mediante la “Parte 15” de la FCC (Federal Communications Commission, Comisión Federal de Comunicaciones), y también en Canadá, con una regulación parecida a la de la FCC estadounidense (regulación RSS-210 ). Estos acrónimos también son empleados por los propios experimentadores para referirse a ellos mismos (así se los puede encontrar en Internet), y cada uno de ellos se refiere a la banda de frecuencias donde operan.
LowFER es el acrónimo de "Low-Frequency Experimental Radio ", esto es, "Radio experimental en bajas frecuencias", y denomina en general a la experimentación en bandas de radio por debajo de los 500 kHz. Si bien en esta denominación podrían entrar los radioaficionados que operan en la banda de 136 kHz (banda de 2200 metros), éstos están sujetos a la tenencia de una licencia de radioaficionado y al cumplimiento de los reglamentos establecidos para la radioafición, por lo que no pueden ser considerados usuarios de la radio experimental libre.
La actividad LowFER sin licencia está permitida en Estados Unidos y Canadá en la banda de 160 a 190 kHz (banda de 1750 metros), que forma parte de la banda de Onda Larga en estos países, donde está atribuida a servicios varios. En Europa y otras zonas del mundo esta banda forma parte de la banda asignada a la radiodifusión en Onda Larga.
MedFER es el acrónimo de "Medium-Frequency Experimental Radio ", esto es, "Radio experimental en frecuencias medias", y también está permitida sólo en Estados Unidos y Canadá, utilizándose para ello la banda de frecuencias correspondiente a la radiodifusión en Onda Media, que en América está comprendida entre 510 kHz y 1705 kHz y se denomina banda de radio AM.
HiFER es el acrónimo de "High Frequency Experimental Radio ", esto es, "Radio experimental en altas frecuencias", y está permitida en el segmento de frecuencias de 14 kHz de ancho de banda centrado en la frecuencia de 13,56 MHz (banda de 22 metros de la Onda Corta). Este segmento está asignado a nivel mundial como banda ICM, banda donde pueden operar equipos ICM (Usos industriales, científicos y médicos ; ISM en nomenclatura inglesa), equipos y dispositivos que hacen uso de la energía de la RF para sus fines (como los equipos de diatermia, esto es, de calentamiento por la energía de la RF). También es un segmento en el que operan los dispositivos RFID (RF IDentification), esto es, sistemas de reconocimiento y detección de productos mediante el uso de etiquetas que se activan por radiofrecuencia, como son los empleados en supermercados y superficies comerciales para detectar los productos en las cajas registradoras (en lugar del uso de códigos de barras) y para detectar el hurto de productos al pasar por arcos detectores a la salida del centro comercial. También está permitido el uso en esta banda de dispositivos genéricos de pequeña potencia y corto alcance, que operan tanto por campo eléctrico radiado como por campo magnético radiado.
49'er viene a significar “usuario de los 49 MHz” (“Cuarentaynuevero”, en español), y se refiere al segmento de 80 kHz en la banda de 49 MHz, concretamente 49,820–49,900 MHz (centrada en 49,860 MHz), en la que la Part 15 de la FCC permite al aficionado experimentador estadounidense el libre uso de transmisores de pequeña potencia en esta banda. Esta banda está asignada en Estados Unidos para el uso de diversos dispositivos de pequeña potencia que no requieren licencia (walkie talkies de pequeña potencia, radiocontroles de maquetas, monitores de vigilancia de bebés, etc...), y la reglamentación de la FCC se refiere a este tipo de miniemisores experimentales como Intentional Radiators (Radiadores intencionados).
Dado que la actividad de los LowFERs, MedFERs e HiFERs (nombres con los que se conocen los usuarios que experimentan con estas modalidades de radioexperimentación sin licencia) se realiza en bandas de frecuencias que están asignadas primariamente a otros servicios, las normas que regulan su uso especifican entre otras cosas que sus emisiones no deben perturbar a los servicios que operan en estas bandas, y han de aceptar las interferencias que les pueda causar dichos servicios. En Estados Unidos está norma es la conocida como "Parte 15 de las regulaciones de la FCC " (FCC's Part 15 rules).
Cumpliendo esta norma, los usuarios experimentadores pueden realizar sus pequeñas estaciones experimentales de radio con cualquier fin: Pequeñas emisoras de radiodifusión de corto alcance, estaciones baliza de radio, comunicaciones con otros usuarios radioexperimentadores en estas bandas (utilizando diversos modos de transmisión, tanto de voz como digitales), o simplemente para radiar dentro de casa y en el entorno próximo la música reproducida por el ordenador o reproductor musical doméstico.
Las restricciones técnicas a que están sometidas estas pequeñas estaciones experimentales están referidas principalmente a la potencia de transmisión máxima y al tamaño máximo del sistema de antena (pero no hacen referencia a los tipos de modulación que se pueden emplear), restricciones que hacen que estas estaciones tengan poco alcance, normalmente cientos de metros o unos pocos kilómetros. Son restricciones pensadas para proporcionar un alcance doméstico o local a estas pequeñas estaciones experimentales. También cuenta en ello que estas comunicaciones pueden ser recibidas con receptores ordinarios de radiodifusión, los cuales tampoco tienen una sensibilidad elevada, y que las frecuencias donde operan este tipo de miniestaciones experimentales son en general "ruidosas", por lo que las señales transmitidas difícilmente podrán ser recibidas más allá de unos cientos de metros o unos pocos kilómetros con receptores de radio convencionales o domésticos.
Los LowFERs se encuentran con los problemas de los ruidos radioeléctricos que se originan y transportan por las líneas de red eléctrica, que pueden llegar a ser muy intensos, así como por la eventual recepción de estaciones de radiodifusión de Onda Larga de fuera de América. Los MedFERs tienen como problema principal las estaciones de radiodifusión lejanas de Onda Media, tanto americanas como europeas, que por las noches se hacen presentes debido al gran aumento de la propagación nocturna de la Onda Media.
Los HiFERs tienen como problema principal las señales generadas por los equipos ICM y sistemas de identificación mediante radiofrecuencias (RFID) que operan en la frecuencia de 13,56 MHz, así como las señales recibidas por propagación ionosférica procedentes de otros países de servicios que puedan operar en esta frecuencia. La propagación en esta banda es muy parecida a la propagación de la banda de radioaficionados de 20 metros (14 MHz), en la cual con pequeñas potencias de transmisión se pueden llegar a lograr grandes alcances. Por ello, aprovechando las condiciones de propagación ionosférica a gran distancia, se pueden conseguir en HiFER alcances de cientos a varios miles de kilometros, a pesar de operar con potencias de transmisión autorizadas de sólo unos muy pocos milivatios, lo que es todo un aliciente. Y además, en Europa, donde también es una banda ICM y para dispositivos RFID y dispositivos genéricos de corto alcance, también operan en algunos países pequeñas estaciones HiFER en esta banda.
Sin embargo hay muchos experimentadores que reduciendo al máximo las pérdidas del sistema de antena, mejorando la eficiencia del transmisor, y empleando técnicas de comunicación de banda estrecha y técnicas de señales muy débiles empleadas por los radioaficionados (como la telegrafía morse lenta o modos de comunicaciones digitales avanzados), consiguen que sus señales lleguen a ser detectadas incluso a cientos de kilómetros, aunque para ello se deben emplear receptores sensibles en entornos poco ruidosos o receptores de comunicaciones (y no los sencillos receptores domésticos para radiodifusión). Estaciones LowFER y MedFER, con estas restricciones técnicas, han llegado a ser recibidas a distancias de hasta 1500 km utilizando sofisticadas técnicas de transmisión y de recepción empleando modos digitales específicos para señales muy débiles y en entornos ruidosos, como los empleados por los radioaficionados que operan en la banda de 136 kHz (en la onda larga).
En cuanto a la banda de 49 MHz, es una banda utilizada en Estados Unidos para muchos dispositivos de pequeña potencia sin licencia, y la experimentación 49'er debe lidiar con las interferencias que causan estos dispositivos, y es utilizada por los aficionados con miniemisores operando en modo baliza. Al tratarse de una banda de VHF el alcance de estas estaciones experimentales es generalmente local, pero a veces se producen aperturas esporádicas de propagación que podrían llevar las señales emitidas a distancias de cientos de kilómetros, tal como ocurre en la muy próxima banda de radioaficionados de 6 metros (50-52 MHz), por lo que las condiciones de propagación en ambas bandas son prácticamente idénticas.
De hecho, muchos usuarios de este tipo de experimentación de radio son también radioaficionados, y por tanto disponen de una licencia que les habilita para operar en las bandas asignadas para la radioafición. Pero no se requiere de ninguna licencia para operar una pequeña estación LowFER, MedFER o HiFER. Sin embargo, la experimentación seria con estas pequeñas estaciones podría ser definida como un modo de radioafición QRPp (de empleo de muy bajas potencias de transmisión) sin necesidad de disponer de licencia de radioaficionado. Incluso hay estaciones que tienen su propia tarjeta QSL, para quien consiga recibir sus transmisiones.
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| QSL de la estación lowfer TH de Carl Lundgren W2AZO, de New Jersey, año 2006, mostrando la antena de esta estación. |
(QSLs de la colección de QSL LowFER de Joe Dexter W4DEX)
Típicamente estas pequeñas estaciones experimentales son operadas en modo baliza (“beacon” en inglés), transmitiendo periódicamente su identificación, identificación que suele consistir en dos o tres letras elegidas por el operador de la estación, normalmente las correspondientes a las iniciales de su nombre y apellidos, letras representativas del lugar donde residen, o a parte de de su indicativo de radioaficionado (si el operador además es radioaficionado).
A continuación se explican las reglamentaciones existentes para estas miniemisoras experimentales, donde se exponen las restricciones técnicas a las que están sometidas este tipo de estaciones de radio.
Debe recordarse que estas actividades de radio experimental actualmente sólo están permitidas en Estados Unidos y en Canadá, y en ambos países las reglamentaciones que las regulan son muy similares. Básicamente las reglamentaciones, además de la obligación de no interferir a los servicios que funcionen en las frecuencias utilizadas, básicamente establecen limitaciones de potencia del miniemisor, la longitud total del sistema de antena (incluyendo la conexión a tierra, si la hubiera), y el nivel de emisiones fuera de banda. Pero no dicen nada sobre los tipos de antena que se pueden utilizar (sólo limitaciones de tamaño), ni modos de modulación empleables, ni nada referente a la identificación de este tipo de estaciones experimentales.
En Estados Unidos esta actividad está regulada en la parte 15 de las normas de la FCC (Comisión Federal de Comunicaciones) de Estados Unidos ("FCC's Part 15 rules "), que formalmente es una parte del "Título 47 del Código de Regulaciones Federales" ("Title 47 of the Code of Federal Regulations"). Esta "Parte 15" es una especie de cajón de sastre para todo tipo de dispositivos accesorios y pequeños miniemisores que no requieren licencia de uso: trata y regula sobre las radiaciones no intencionadas emitidas por equipos que no son de radio (ordenadores, transmisión de señales por red eléctrica, etc...) y los dispositivos de radio que no requieren licencias, como pueden ser mandos a distancia por RF, supletorios telefónicos inalámbricos, walkie talkies de pequeña potencia, monitores de vigilancia de bebés, micrófonos inalámbricos, etc..., y por supuesto, estos miniemisores experimentales de radio. En Canadá se adoptaron posteriormente una regulación similar, la regulación RSS-210 , coincidente en gran parte con la de la FCC de Estados Unidos.
La Parte 15 de la FCC de Estados Unidos establece las siguientes condiciones (a fecha de 2011) para el uso de estos emisores experimentales de baja potencia:
Las estaciones LowFER (en Onda Larga) operarán dentro del segmento de la banda de Onda Larga comprendido entre 160 y 190 kHz, y no han de provocar interferencias en los servicios establecidos en este segmento de la Onda Larga.
Mientras que en Europa, África y Asia el segmento de la Onda Larga 148,5 kHz – 283,5 kHz está asignado para radiodifusión, en Canadá, Bermudas, Estados Unidos y sus dependencias está reservada principalmente para ayudas a la navegación aeronáutica.
La potencia total del paso final de radiofrecuencia (sin contar filamentos o calefactores si el transmisor utilizara lámparas) no deberá exceder de 1 vatio.
Se refiere al consumo eléctrico del paso final, esto es, la potencia de entrada del paso final, no la potencia de salida de RF. Ello implica una potencia de RF en el paso final inferior a este valor, en el mejor de los casos, de un 60-70% de este valor si el paso final está configurado como amplificador de RF en clase C.
Comparativamente, los radioaficionados que operan en la banda de 136 kHz tienen en muchos países una limitación de 1 vatio de potencia de RF radiada aparente, lo que permite alimentar su sistema de antena con la potencia necesaria (bastante superior) para conseguir radiar ese valor de potencia de RF al aire.
La longitud total de la antena, línea de transmisión, y el cable de conexión a una toma de tierra (si es utilizada) no deberá exceder los 15 metros.
Esto implica un sistema de antena física y eléctricamente muy corto comparado con la longitud de onda (en torno a los 1750 metros), y por tanto es un sistema radiador muy malo, muy poco eficiente, por lo que radían sólo una pequeña fracción de la potencia de RF entregada por el paso final del transmisor. Se puede mejorar la eficiencia del radiador añadiendo bobinas de carga, sombreros capacitativos y mejorando lo más posible la toma de tierra, siempre respetando los 15 metros de tamaño físico máximo para todo el sistema de antena.
Pero a pesar de la muy mala eficiencia de las antenas permitidas, y mejorando al máximo éstas (antenas sintonizadas), algunos experimentadores utilizan sofisticadas técnicas de codificación y decodificación de las señales transmitidas para comunicarse en esta banda a incluso cientos de millas, siempre operando bajo las condiciones impuestas por la Parte 15 de la FCC.
Todas las emisiones por debajo de 160 kHz o por encima de 190 kHz, deberán ser atenuadas al menos 20 dB por debajo del nivel de la portadora no modulada. La comprobación del cumplimiento de la especificación de los 20 dB de atenuación puede basarse en medidas en el terminal de toma de antena del emisor, a menos que éste use una antena conectada de forma fija al transmisor, en cuyo caso el cumplimiento se demostrará mediante la medición de las emisiones radiadas.
Estas limitaciones de las emisiones fuera de banda obliga a que el transmisor experimental disponga de un filtro de salida paso-banda antes de la conexión a la antena suficientemente efectivo, para limitar las señales transmitidas fuera de la banda de 160-190 kHz. No obstante, las antenas sintonizadas empleadas para las estaciones LowFER suelen ser de ancho de banda bastante estrecho, lo que ya de por sí proporciona una gran atenuación de las señales radiadas fuera de banda.
NOTA: La regulación canadiense para LowFER coincide prácticamente con la de la FCC de Estados Unidos.
Está permitido el uso de transmisores de pequeña potencia en la banda de radiodifusión de AM (Onda Media), esto es, en el segmento de frecuencias de 510-1705 kHz.
Debe recordarse a este respecto que la radiodifusión en Onda Media en América y Australia tiene asignada una banda más ancha que en Europa y los demás países del mundo (que es de 525-1605 kHz), de ahí que las estaciones MedFER puedan operar en frecuencias de hasta 1705 kHz.
Estos transmisores no han de provocar interferencias en la escucha de estaciones de radiodifusión en la banda de Onda Media.
Esto es, no pueden ocupar frecuencias donde ya transmitan estaciones de radiodifusión de Onda Media (o al menos que tengan una buena recepción en la zona).
La potencia total del paso final de radiofrecuencia (sin contar filamentos o calefactores si el transmisor utilizara lámparas) no deberá exceder de 100 milivatios.
Son las mismas consideraciones que para las estaciones LowFER: Se refiere a la potencia de entrada (consumo eléctrico) máxima del paso final de RF, no a la potencia de RF que entrega a su salida el paso final del miniemisor.
La longitud total de la antena más la línea de transmisión y el cable de conexión a tierra (si es utilizada) no deberá exceder los 3 metros.
Como en el caso de los sistemas de antena LowFER, esto implica un sistema de antena muy corto comparado con la longitud de onda, y por tanto es un sistema radiador muy poco eficiente, que se puede mejorar sintonizando la antena a resonancia con bobinas de carga y sombreos capacitativos adecuados. En estas condiciones, la eficiencia de las antenas será mayor en el segmento alto de la banda (1600-1700 kHz) que en el segmento bajo (500-600 kHz) por la menor longitud de onda, razón por la cual las estaciones MedFER se suelen ubicar en el segmento alto de la banda de radiodifusión de la Onda Media americana (hacia los 1700 kHz).
Además, como los 3 metros de longitud máxima permitida incluyen no sólo la antena, sino que también la longitud de la línea de transmisión entre el emisor y la antena, más la conexión a la toma de tierra si la hubiera (necesaria por otro lado para mejorar la eficiencia de la antena), es habitual que muchas estaciones MedFER de usuarios que se dedican realmente a la experimentación consistan en un emisor alojado en una caja estanca situada en el exterior sobre el terreno (o en una pequeña caseta), conectada directamente a una antena vertical, y a una toma de tierra realizada con una jabalina o piqueta en el mismo lugar. Esto permite que se puedan emplear antenas verticales de hasta los 3 metros máximo permitidos.
La radiación de potencia indeseada por debajo de los 510 kHz o por encima de los 1705 kHz, ha de estar por debajo de los 20 dB respecto a la potencia de transmisión de portadora no modulada. La comprobación del cumplimiento de la especificación de los 20 dB de atenuación puede basarse en medidas en el terminal de toma de antena del emisor, a menos que éste use una antena conectada de forma fija al transmisor, en cuyo caso el cumplimiento se demostrará mediante la medición de las emisiones radiadas.
Similarmente al caso de las estaciones LowFER, es la limitación que se exige a estos transmisores en la radiación de señales fuera de la banda en la que pueden operar (banda de radiodifusión de Onda Media). Ello implica dotar al transmisor experimental de un filtro de salida paso-banda suficientemente efectivo, aunque las antenas empleadas, igual que las de las estaciones LowFER, son de ancho de banda bastante estrecho y ello limita bastante las radiaciones de señales fuera de banda.
NOTA: La regulación canadiense coincide con la la estadounidense de la FCC, y además define los siguientes límites para la potencia de emisión:
100 mW de potencia de entrada al sistema de antena, y sistema de antenas de hasta 3 metros de longitud (Como en la norma de Estados Unidos)
O bien un campo radiado máximo de 250 microvoltios/metros a una distancia de 30 metros.
Se permite la operación de pequeñas estaciones de HF dentro de la banda de 14 kHz de ancho centrado en la frecuencia de 13,560 MHz (esto es, 13,553-13,567 MHz).
Esta banda está asignada a nivel mundial para uso de equipos y dispositivos denominados ICM (Industriales, científicos y médicos), y también en ella operan dispositivos RFID (dispositivos o "etiquetas" de reconocimiento e identificación de productos por Radiofrecuencia), cargadores inalámbricos de baterías y dispositivos de radio genéricos de corto alcance. Como curiosidad, el primer armónico de esta frecuencia (13,56 MHz) coincide con la frecuencia central de la banda ICM de 27 MHz (27,120 kHz), donde está asignado también el servicio de Banda Ciudadana en 27 MHz.
La potencia máxima de transmisión no debe de exceder de una intensidad de campo de 15.848 microvoltios/metro a una distancia de 30 metros.
Básicamente este límite de potencia es el establecido en general para los dispositivos genéricos de corto alcance que pueden operar en esta banda (a los cuales serían equiparables las estaciones HiFER), y técnicamente este campo máximo radiado (15,848 mV/m, o 84 dBµV/m) equivale aproximadamente a una potencia de RF de 4,6 milivatios aplicados a una antena dipolo de media onda (y 75 ohmios de impedancia) o de 2,3 milivatios aplicados a una antena de cuarto de onda vertical sobre plano de tierra horizontal (y 36,5 ohmios de impedancia), según los cálculos realizados hace años por John Andrews W1TAG.
La normativa no habla en este caso de tipos o tamaños de antena y potencia del transmisor, ni de límites de potencia radiada fuera de banda (salvo la matización anterior), sólo de máximo campo de RF radiado (que dependerá de ambos factores). Es muy poca potencia de RF radiada, y las transmisiones se realizan en una banda de por sí sucia (debido a los aparatos ICM, RFID y otros que puedan usarla, aunque éstos tienen limitados sus niveles de radiación), pero esta banda tiene el atractivo para los experimentadores HiFER de que es una banda de onda corta (banda de 22 metros) en el que se pueden llegar a conseguir alcances importantes, de incluso miles de kilómetros (incluso con pequeñas potencias), si acompañan las condiciones de propagación a largas distancias que suelen darse en las bandas de onda corta (propagación ionosférica) y empleando técnicas de comunicación de señal muy débil, como las utilizadas por los radioaficionados. De hecho, el comportamiento de esta banda en cuanto a la propagación es muy similar al de la banda de radioaficionados de 20 metros (14 MHz).
Otra ventaja de esta banda es que en varios países europeos, y de otras partes del mundo, también hay actividad HiFER. En el caso de la Unión Europea (UE), dentro de las directivas de armonización del uso del espectro radioeléctrico entre sus países miembros, se establece que la banda ICM de 22 metros (13,560 MHz) también puede ser usada por pequeños dispositivos genéricos de pequeña potencia y corto alcance, sin necesidad de licencia, limitados a una potencia radiada que no exceda la intensidad de campo magnético de 42 dBµA/m a una distancia de 10 metros. Cumpliendo este límite de potencia máxima radiada, la actividad HiFER se puede considerar que está implícitamente permitida en los países de la UE (ver en el siguiente apartado).
La portadora y los productos de modulación se deberán mantener dentro de la banda de 49,820–49,900 MHz.
La potencia total de entrada del dispositivo, medido en la batería o en los terminales de alimentación, no deberá superar los 100 milivatios bajo cualquier condición de modulación.
Es decir, la baliza no deberá consumir en ningún caso más de 100 milivatios de potencia eléctrica total, cualquiera que sea la modulación empleada. Esto corresponde a un consumo máximo total de la baliza de 8,3 mA para 12 voltios de alimentación, o 11,1 mA para 9 voltios.
La antena será un único elemento de un metro o menos de longitud, montado de forma permanente en la caja que contiene el dispositivo.
Es decir, la antena será una varilla o látigo de un metro de longitud como máximo, que ha de estar fijado directamente a la caja que contiene el circuito de la baliza (y conectada directamente al circuito), como en el caso de un walkie talkie o equipo similar. Esto obliga a instalar la baliza en lo alto de un mástil si se quiere tener la antena elevada para un mayor alcance de las transmisiones. No se indica si, en caso de una baliza telealimentada, el cable de alimentación pueda ser considerado como parte del sistema de antena (y lo mismo si la baliza está instalada en lo alto de un mástil metálico, que pueda actuar como contraantena).
Las emisiones fuera de esta banda deberán mantenerse al menos 20 dB por debajo del nivel de portadora no modulada.
En España y en la Unión Europea (UE) no hay ninguna reglamentación específica que permita el uso de pequeñas estaciones de radio experimentales sin licencia, si bien las administraciones suelen torerar el uso de pequeños emisores que operen en las bandas de radiodifusión (Onda Larga, Onda Media, y radiodifusión de FM) siempre que sean de pequeña potencia (para alcances domésticos) y siempre que no perturben la recepción de estaciones de radiodifusión en el vecindario.
Los aficionados a la electrónica a veces realizan pequeños emisores en la banda de radiodifusión de FM (87,5-108 MHz), para utilizarlos como micrófonos a distancia o inalámbricos, o para transmitir voz y música de equipos reproductores como cassettes o más modernamente reproductores de MP3 a receptores de radio dentro del domicilio de usuario o al vecindario, actividad que nada tiene que ver con la radio experimental. Las revistas de electrónica suelen publicar de vez en cuando algún circuito de emisor de FM de pequeña potencia, aunque suelen recordar que su uso puede ser ilegal.
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| Miniemisor de FM para transmitir las señales de audio de un reproductor MP3 al autorradio del automóvil. Conocidos como "Car MP3 FM Modulator" o similar, se observa el conector de alimentación del aparato preparado para ser conectado a la toma de mechero del automóvil. Este modelo en concreto también disponde de conector USB y conector para tarjeta SD o MMC, y puede reproducir los archivos de audio existentes en memorias USB o SD. Como se indica en el texto, son miniemisores de FM de muy baja potencia. |
El alcance de estos radiomicrófonos de FM suele ir desde unas decenas de metros a cientos de metros, dependerá de la potencia de emisión del radiomicrófono (normalmente no superior a unas decenas de milivatios), de la antena empleada (una varilla o alambre de unos 75 cm como antena es una antena bastante efectiva, ya que corresponde al cuarto de onda en esta banda), y de lo limpia que esté la frecuencia donde opere el radiomicrófono, además de si la transmisión es en campo libre o hay obstáculos por medio (como edificios en áreas urbanas).
En España el CNAF (Cuadro Nacional de Atribución de Frecuencias) ya establece una serie de frecuencias donde pueden operar micrófonos inalámbricos y dispositivos de voz de pequeña potencia sin necesidad de licencia o autorización administrativa ("uso común"), ninguna de ellas dentro de las bandas de radiodifusión. Aunque también permite el uso de microemisores en la banda de radiodifusión de FM, aunque en condiciones muy restrictivas, tal como se indica en la "Nota de Utilización Nacional" UN-17 (del actual CNAF) que:
De acuerdo con la Decisión de Ejecución (UE) 2017/1483 de la Comisión por la que se modifica la Decisión 2006/771/CE, sobre la armonización del espectro radioeléctrico (a nivel de la Unión Europea) para su uso por dispositivos de corto alcance, en la banda de frecuencias 87,5-108 MHz, con la consideración de uso común, se permite el funcionamiento de micro-transmisores de uso portátil para aplicaciones de audio sin hilos y muy corto alcance, con potencia radiada aparente máxima de 50 nW (50 nanovatios). Este uso no deberá causar interferencia a estaciones de otros servicios legalmente autorizados ni podrá reclamarse protección frente a la interferencia procedente de ellos. La norma técnica de referencia para estos transmisores es el estándar del ETSI EN 301 357-2.
Realmente, una potencia radiada aparente (PRA) máxima de 50 nW (esto es, 0,000.000.05 vatios, o 0,000.05 milivatios, o -43 dBm) es una potencia bastante ridícula, y que sólo permite que la señal del microtransmisor pueda ser recibida con calidad en un receptor de radiodifusión de FM a distancias máximas de muy pocos metros, no más allá de 3-5 metros, y su señal será incluso seriamente interferida por el ruido y señales espúreas provocadas por estaciones de radiodifusión de FM en otras frecuencias muy próximas. Los miniemisores comerciales de FM estéreo diseñados para transmitir las señales de audio de pequeños reproductores de MP3 u otros dispositivos de audio a receptores de radiodifusión de FM (como pueden ser los autorradios de automóvil que no dispongan de lector USB o de una entrada de audio externo), han de ser conformes a esta nota de utilización (UN-17) para estar homologados en España (y también en la Unión Europea), de ahí los problemas que suelen tener estos microtransmisores comerciales por su ridícula potencia de transmisión en zonas donde la banda de radiodifusión de FM está congestionada.
La única excepción a todo esto sería el uso de pequeñas estaciones HiFER en la banda de onda corta de 22 metros, dentro de la banda ICM (o ISM) de 13,560 MHz. En los países de la Unión Europea (UE), esta banda está asignada para los equipos ICM (Industriales, Científicos y Médicos), igual que en el resto del mundo, pero, como se comentó anteriormente, también está permitido el uso en esta banda de pequeños dispositivos genéricos de pequeña potencia y corto alcance sin necesidad de licencia, limitados a una potencia de RF radiada que no exceda la intensidad de campo magnético de 42 dBµA/m a la distancia de 10 metros (campo de 125,9 µA/m en términos absolutos).
Este campo radiado está expresado como intensidad del campo magnético de la onda radiada, ya que muchos dispositivos autorizados en esta banda funcionan con bucles magnéticos radiadores (como en el caso de las tarjetas RFID o los cargadores inalámbricos de baterías), y corresponde a una intensidad de campo eléctrico radiado de 47,5 mV/m (ó 93,5 dBµV) a la distancia de 10 metros. Utilizando los mismos cálculos realizados por John Andrews W1TAG para Estados Unidos, esto correspondería a una potencia de RF en antena prácticamente idéntica para los transmisores HiFER en Estados Unidos (4,6 milivatios aplicados a una dipolo de 75 ohmios, o 2,3 milivatios aplicados a una monopolo de cuarto de onda ground plane de 36,5 ohmios).
En términos absolutos, ello corresponde a una potencia radiada aparente (PRA) de unos 10 mW (sea cual sea la antena empleada). Recordemos que la PRA es la potencia que radiaría una antena ideal isotrópica (antena hipotética que radía por igual en todas las direcciones del espacio) equivalente a la radiada por una antena real en la dirección de su máxima ganancia (para una antena dipolo, su ganancia respecto a la antena isotrópica es de 1,6 veces, esto es 2,15 dB, ello para su dirección de máxima ganancia).
Haciendo los cálculos pertinentes, se comprueba que el valor máximo de campo radiado para estaciones HiFER establecido por la FCC estadounidense prácticamente es el mismo que el definido en la UE para los dispositivos genéricos de pequeña potencia y corto alcance.
Cumpliendo este límite de potencia máxima radiada, la actividad HiFER estaría implícitamente permitida en los países de la UE, aunque se debe consultar para cada país si está realmente autorizado este tipo específico de miniemisores experimentales. En todo caso estos miniemisores experimentales estarían dentro de la categoría de “Dispositivos genéricos de tipo 4” de esta banda, dispositivos que funcionan por campo eléctrico radiado (y no por campo magnético radiado), y por tanto, dispositivos dotados o conectados a antenas radiadoras convencionales (de campo eléctrico). En el caso de España, en el CNAF (Cuadro Nacional de Atribución de Frecuencias) de España del año 2021 esto está recogido en la “Nota de Utilización Nacional” UN-115, referida al uso de dispositivos genéricos de corto alcance (SRD, Short Range Devices) en distintas bandas de radio (uso que está armonizado a nivel de la Unión Europea).
Análogamente, la banda de 6765 - 6795 kHz (banda de 44 metros) también está asignada a nivel mundial como banda ICM (banda de 30 kHz centrada en 6780 kHz, frecuencia mitad de 13,560 MHz), y en la UE también está asignada para uso de dispositivos genéricos de pequeña potencia y corto alcance sin necesidad de licencia, con el mismo límite de intensidad de campo radiado (42 dBµA/m a la distancia de 10 metros). En el caso de España, la UN-115 del CNAF español recoge el uso de esta banda para dispositivos genéricos de corto alcance.
De hecho esta banda, que también está autorizada para HiFER en Canadá, también ha sido utilizada por algunos experimentadores HiFERs de algunos países de la UE, cumpliendo sus pequeñas estaciones de radio experimental con ese límite máximo de campo radiado. Igual que la banda ICM de 13,560 MHz, es una banda de onda corta en la que se dan condiciones de propagación a largas distancias, aunque éstas se dan principalmente por las noches. La desventaja para el experimentador HiFER en esta banda es que se requieren antenas de tamaño ya bastante grande para que sean suficientemente efectivas, aunque siempre se puede aumentar la potencia de las pequeñas estaciones experimentales para compensar la menor efectividad de las antenas que se empleen, a condición de que el campo radiado no sobrepase el límite máximo establecido.
Fuera de Europa y Norteamérica hay países donde está permitida la tenencia de pequeñas estaciones de radio de libre uso, como es el caso de Australia, donde está permitido el uso de estaciones de hasta 100 mW de potencia radiada isotrópica aparente (PRA) máxima en determinados segmentos de la banda baja de VHF, sin necesidad de licencia alguna.
Estas estaciones se engloban bajo la denominación "Low Interference Potential Devices" (LIPD), esto es, "Dispositivos de potencial interferencia baja", denominados así porque pueden compartir el espectro de frecuencias asignados con otros dispositivos de radio, para los cuales los dispositivos LIPD, por su baja potencia de transmisión y sus frecuencias de uso, deben representar un riesgo de interferencias bajo. No obstante, en caso de producir interferencias un LIPD a un servicio de radiocomunicaciones, el dispositivo LPDI debe tomar las medidas necesarias para evitarlas (cese de operación o modificar su frecuencia de emisión). Los LPDI tampoco pueden solicitar protección por las interferencias que les puedan causar otros dispositivos de radio que operen en la misma banda.
El uso de los LIDP es libre, bajo la licencia "Radiocommunications (Low Interference Potential Devices) Class Licence", licencia que permite el uso libre de dispositivos LIPD en un buen número de segmentos del espectro de radio, desde frecuencias de pocos kilociclos hasta decenas de gigahertzios (y con potencias de emisión que dependen de la banda de frecuencias, y que van desde microvatios a varios vatios). Estos dispositivos tienen sus equivalentes en España, Europa y otros países, en los denominados LPD (Low Power Devices, Dispositivos de Baja Potencia) y SRD (Short Range Devices, Dispositivos de corto alcance), que también tienen sus bandas de frecuencias asignadas.
Para la experimentación con LIDP en la banda baja de la VHF en Australia están autorizados los siguientes segmentos:
29,79 - 29,72 MHz
30,00 - 30,0625 MHz
30,3125 - 31,0 MHz
36,60 - 37,00 MHz
39,00 - 39,7625 MHz
40,25 - 40,66 MHz
40,66 - 41,00 MHz
todos ellos con una PRA máxima de 100 mW, excepto la última, con una PRA máxima de 1 vatio y que incluye la banda ICM de 40,6 MHz (40,660 - 40,700 MHz).
En Australia hay aficionados que operan pequeñas balizas experimentales LIPD en estas frecuencias, y aunque se trata de frecuencias ya dentro de la VHF, y por tanto de alcance local, en épocas de gran actividad solar se han conseguido alcances de incluso miles de kilómetros por saltos ionosféricos en la capa F2, al menos para las frecuencias más bajas (30-36 MHz).
Dada las limitaciones de potencia autorizadas para las estaciones de Radio Experimental, los emisores suelen ser pequeños miniemisores de pocos componentes y pequeño tamaño, constituidos por muy pocos transistores, y algunos circuitos integrados si incorporan la generación de las señales digitales moduladoras. El siguiente ejemplo es un miniemisor LowFER que está montado y alojado en una pequeña lata metálica de caramelos de menta de la marca Altoids:
Los miniemisores normalmente utilizan un oscilador de RF controlado por cristal de cuarzo, y por tanto son de frecuencia fija muy estable. El cristal de cuarzo puede ser directamente de la frecuencia de operación, o de una frecuencia múltiple, usándose en este caso algún divisor de frecuencia realizado con chips lógicos TTL o CMOS para obtener la frecuencia de operación.
En muchos de estos transmisores experimentales el oscilador entrega una señal cuadrada, y por tanto cargada de armónicos impares, que es amplificada por el paso de salida a antena. Esta señal debe ser suficientemente limpiada de frecuencias armónicas para mantener las emisones de señales fuera de banda dentro de los límites especificados por la FCC (20 dB por debajo del nivel de la frecuencia fundamental), por lo que se debería dotar al paso de salida de un filtro paso-bajo o paso-banda suficiente, pero en la práctica, las propias antenas empleadas para LowFER y MedFER suelen tener un ancho de banda muy estrecho (como se verá más adelante), y atenúan mucho los armónicos radiados, incluso por debajo de los 20 dB establecidos por la FCC para una señal cuadrada aplicada a la antena, por lo que los minitransmisores no suelen equipar un filtro paso-bajo o equipan alguno muy elemental en la salida a antena.
Una alta estabilidad de la frecuencia de transmisión es fundamental si se va a utilizar modos de transmisión digitales avanzados, propios para las comunicaciones en condiciones de señales muy débiles o de entornos ruidosos, como pueden ser PSK31, telegrafía extremadamente lenta (QRSS), BPSK (Bi-Phase Shift Keying), FSK (desplazamiento de frecuencia, típicamente de unos pocos hertcios), etc..., los cuales requieren un ancho de banda de transmisión muy estrecho (de pocos Hz), por lo que una alta estabilidad de frecuencia es fundamental para que posibles receptores distantes puedan recibir y decodificar las transmisiones satisfactoriamente. En la imagen anterior, se ve el cristal de cuarzo del oscilador en la parte inferior (la cápsula metálica). En este transmisor concreto, se usa un cristal de cuarzo de 1,86 MHz seguido de un chip divisor lógico de frecuencias entre 10 para obtener la frecuencia de salida de 186 kHz.
La siguiente figura muestra el esquema de un minitransmisor LowFER sencillo, desarrollado por Lyle Koehler K0LR a finales de los años 90. La frecuencia de transmsión es generada por un cristal de cuarzo de 32 veces la frecuencia de salida deseada, por lo que para operar en la banda LowFER (de 160 a 190 kHz), la frecuencia del cristal debe estar en el rango de 5,120 a 6,080 MHz. El chip lógico 74HC4060 divide la frecuencia del cristal entre 32 en su salida de la patilla 6, y es entregada al amplificador de potencia en clase B constituido por el par de transistores complementarios N2222A y 2N2907A en una configuración que funciona bastante bien y que se ha utilizado en muchas otras estaciones LowFER. La salida de potencia de RF se realiza a través de un filtro paso-bajo hacia la toma de antena, con una impedancia de salida en torno a los 50 ohmios. Aunque la señal que amplifica el paso de potencia es una señal cuadrada y cargada de armónicos (ya que amplifica la señal cuadrada que entrega el chip 74HC4060), tanto el filtro paso-bajo de salida como el alto Q de la antena utilizada limitan las emisiones fuera de banda por debajo de los niveles establecidos por la FCC.
Para transmitir en telegrafía, se conecta un manipulador telegráfico o la salida de un microcontrolador programado para generar un mensaje Morse en QRSS, en la entrada 'Key' conectada a la patilla 12 del chip 74HC4060. Esta entrada es la entrada de reset de la cadena divisora de frecuencia del chip (pero no afecta al oscilador), y sólo habrá señal de salida en las salidas de la cadena divisora cuando la entrada de reset sea conectada a masa. El condensador trimmer (ajustable) del oscilador proporciona un rango limitado de ajuste de la frecuencia de oscilación (y por tanto de transmisión) y se puede reemplazar con un valor fijo de aproximadamente 27 pF si no preocupa demasiado obtener una frecuencia dada muy precisa. Y finalmente, se incluye un miliamperímetro de 100 mA para medir la corriente consumida por la etapa amplificadora de potencia, útil para comprobar que la potencia consumida por esta etapa no sobrepasa el límite de 1 vatio establecido por la FCC.
Para el caso de los miniemisores HiFER, que operan en la banda de 13,560 MHz (22 metros), sus circuitos son más convencionales, típicamente constituido con un oscilador a cristal y una pequeña etapa amplificadora de RF dotada de un filtro paso-bajo para limitar las emisiones fuera de banda, típicamente con una impedancia de salida de 50 ohmios. La potencia de salida es muy baja, del orden de unos muy pocos milivatios, estando limitada por el máximo de campo eléctrico radiado por la antena empleada (establecido por la FCC estadounidense en un valor máximo de 15.848 microvoltios/metro (15,848 mV/m) a una distancia de 30 metros). El transmisor típicamente es modulado por la señal telegráfica QRSS generada por algún sencillo microprocesador programado (por ejemplo, conectando la salida de QRSS del microprocesador como alimentación de la etapa osciladora del transmisor), siendo la típica modalidad de transmisión telegráfica la QRSS3 (esto es, con puntos telegráficos de 3 segundos de duración, y por tanto 9 segundos para las rayas).
Como cristal oscilador de una estación HiFER se suele emplear un cristal de 13,560 MHz, aunque existen diseños que emplean cristales de cuarzo de los canales 13 y 14 de la Banda Ciudadana (27,115 MHz y 27,125 MHz respectivamente), siguendo al oscilador un divisor de frecuencia entre dos (lo que proporciona respectivamente las frecuencias de 13,5575 MHz y 13,5625 MHz, dentro de la banda ICM / HiFER).
En cuanto a la potencia de transmisión de un miniemisor HiFER, como se ha dicho, la normativa de la FCC sólo establece un valor máximo de campo radiado, de 15.848 microvoltios/metro (15,848 milivoltios/metro) a una distancia de 30 metros. Dado que medir este campo radiado por una antena requiere instrumentos profesionales no fácilmente al alcance de un aficionado, John Andrews W1TAG calculó y publicó hace años que ese campo eléctrico máximo de 15.848 µV/m a una distancia de 30 m de la antena corresponderían a una potencia de alimentación de la antena de 4,6 milivatios en el caso de una antena dipolo de media onda (de impedancia típica de 73 ohms en el espacio libre), o de 2,3 mW para una antena vertical de cuarto de onda tipo Ground Plane (de 36,5 ohmios de impedancia típica con los radiales o el plano de masa horizontales). John añadió que si se dispone de un osciloscopio de alta frecuencia o un voltímetro de RF, conectado a la salida del miniemisor y suponiendo una impedancia de carga de 50 ohmios, 4,6 mW corresponden a una tensión de RF de 0,48 Vrms (1,36 Vp-p), y 2,3 mw corresponden a 0,34 Vrms (0,96 Vp-p). (Ver estos cálculos de W1TAG aquí).
Según otros cálculos teóricos, según Lyle Koehler K0LR, un campo radiado de 10.000 microvoltios/metro a una distancia de 30 metros (y no los 15.848 microvoltios/metro que indica la normativa de la FCC, puede ser un error suyo) corresponde a una potencia de entrada de 3 mW en una hipotética antena radiadora isotrópica (es decir, que radía por igual en todas las direcciones del espacio, con un patrón de radiación esférico), lo que teniendo en cuenta la ganancia de cualquier otra antena real respecto a la hipotética antena isotrópica, ello significaría una potencia de entrada de 1,8 mW para el caso de una antena dipolo de media onda (ganancia: 2,1 dBi). Si consideramos el campo radiado de 15.848 microvoltios/metro, corresponde a una potencia de transmisión de casi 4 dB más que para el campo de 10.000 microvoltios/metro que considera Lyle Koehler, lo que corresponde a una potencia de entrada de 7,5 mW para una antena isotrópica, y por tanto, 4,5 mW para una dipolo de media onda (valor bastante similar al calculado por W1TAG).
Para cualquier otra antena cuya ganancia respecto a la antena isotrópica es conocida, nos permitirá conocer la potencia de entrada aplicada a la antena para conseguir el campo radiado máximo indicado por la FCC (a la potencia máxima para la antena isotrópica se le debe restar la ganancia de la antena real para cumplir con el máximo campo radiado indicado por la FCC). Si la ganancia de la antena está expresada respecto a la antena dipolo de media onda, entonces la ganancia de dicha antena respecto a la antena isotrópica ideal es 2,1 dB mayor que la ganancia respecto a la antena dipolo de media onda.
Como especifican las normas de la FCC para este tipo de emisores experimentales, el tamaño de sistema de antenas para LowFER y MedFER (15 m y 3 metros respectivamente) es bastante corto comparado con la longitud de onda de trabajo, lo que hace que sean sistemas radiantes de muy baja eficiencia y pobre radiación, además de muy baja resistencia de radiación. El rendimiento de las antenas, con estas limitaciones de tamaño, da lugar a que la potencia efectiva radiada sea del orden del 1% o menos de la potencia que le entrega el transmisor, y eso estando la antena sintonizada y adaptada en impedancia al transmisor. Sin sintonización ni adaptación de impedancias (por ejemplo, un simple hilo conectado sin más al transmisor) el rendimiento será mucho peor, y el alcance de las transmisiones será sólo del orden de no muchos metros, en lugar de muchos kilómetros.
El sistema de antenas incluye tanto el radiante, como la línea de alimentación al radiante y la toma de tierra (si la hubiera), y el tamaño especificado por las normas de la FCC para el sistema de antena incluye todos estos elementos. Por ello es habitual que el radiante esté conectado directamente a la salida del emisor, con el fin de evitar el uso de una corta línea de transmisión, cuya longitud cuenta en el tamaño del sistema de antena.
Aunque las estaciones de radio experimental son para cortos alcances, de uno o dos kilómetros, si se quiere intentar obtener largos alcances hay que exprimir al máximo cada milivatio de potencia del tranmsisor, y para ello es necesario aumentar tanto la eficiencia del transmisor como la eficiencia de la antena, y para esta última hay que tener en cuenta varios factores.
Lo primero es hacer la antena a resonante a la frecuencia de operación y dotándola de una buena toma de tierra. Para llevarla a resonancia en cuarto de onda lo que se hace es dotar al elemento radiante de elementos de sintonía, como es añadir una bobina de carga (que aumenta la longitud eléctrica de la antena) en el extremo inferior del elemento radiante y algún tipo de amplio sombrerete capacitativo en el extremo superior del radiante (el cual contribuye a aumentar la capacitancia de la antena, y con ello, permite utilizar una bobina de carga más pequeña, de menor inductancia). Todo ello contribuye a sintonizar la antena a cuarto de onda y mejorar la distribución de la corriente de RF en el elemento radiador.
El uso del sombrerete capacitativo no debe aumentar el tamaño máximo del sistema de antena, por lo que normalmente suele ser un sombrerete capacitativo dispuesto horizontalmente, para no aumentar el tamaño vertical de la antena por encima del límite permitido. Suele ser un sombrerete de tamaño amplio (comparado con el tamaño de la antena) para permitir bobinas de carga de menor tamaño (de menor inducción). No obstante, no está claro si los conductores que forman el sombrerete capacitativo deben ser computados o no en el tamaño del sistema de antena (ya que según las normas de la FCC, lo que se computa es la cantidad de hilo o conductores empleados en la antena).
En cuanto a la bobina de carga, ésta se puede insertar en cualquier lugar del tramo vertical de la antena. Por lo general, se obtendrá la mejor eficiencia de la antena cuando la bobina de carga esté colocada cerca de la mitad del tramo vertical (ya que la radiación de la antena es máxima en el tramo más próximo al punto de alimentación, y la bobina de carga apenas radía). Sin embargo, esto suele presentar bastantes problemas para la construcción de la antena, sobre todo para la banda LowFER, y además la inductancia requerida para la bobina de carga será mayor que la requerida si la bobina de carga estuviera cerca de la base. Por ello, las antenas LowFERs y MedFERs típicamente se suelen cargar en su extremo inferior, y no en algún punto intermedio del elemento radiante vertical. Ello facilita la construcción de la antena, aunque su rendimiento se resiente algo, ya que la bobina está en el punto de máxima radiación de la antena, y la bobina apenas radía.
Al ser antenas físicamente muy cortas comparadas con la longitud de onda de operación, la sintonía de la antena con la bobina de carga y el sombrerete capacitativo es un tanto crítica y conduce a un alto factor Q del elemento radiante, lo que implica un ancho de banda muy estrecho, de muy pocos kilociclos en las antenas MedFER, o menos en las antenas LowFER. La sintonía de la antena se hace un tanto crítica para la frecuencia de operación.
Como ventaja, un sistema de antena de tan estrecho ancho de banda atenúa mucho los armónicos y frecuencias radiadas fuera de banda, cuyos niveles de radiación están contemplados en las regulaciones de la FCC y las canadienses. Gracias a ello, muchos minitransmisores LowFER y MedFER no suelen incorporar un filtro paso-banda (o paso-bajo) en su salida de antena, o incorporan uno muy elemental, ya que la propia antena limita la radiación fuera de banda por debajo del nivel establecido por la FCC (incluso aunque la bobina de carga sea mediocre).
No obstante, en la banda baja de la VHF y en la banda de FM los armónicos pueden ser radiados con cierta intensidad (aunque muy baja) y pueden producir leves interferencias en receptores próximos de estas bandas, y el motivo de ello es que a estas frecuencias la bobina de carga en sí es físicamente grande y puede presentar capacidades parásitas un poco altas, y la propia bobina pierde parte de su condición de choque de RF a frecuencias muy altas y es capaz de irradiar un poco de energía en estas frecuencias. Si esto produce algún tipo de molestias, se puede añadir algún tipo de sencillo filtro paso-bajo en la salida del transmisor.
Para minimizar las pérdidas en la antena (producidas principalmente por pérdidas resistivas en la bobina de carga), mejorando su rendimiento, se recomienda realizar la bobina de carga con hilo de cierto grosor (de calibre #20 AWG, 0,8 mm Ø, o mayor), y si es posible, que el hilo sea de tipo Litz (hilo de varias hebras conductoras aisladas entre sí) de calibre suficientemente grueso, todo ello para reducir la resistencia del hilo introducida por el efecto pelicular en altas frecuencias, y manteniendo una pequeña separación entre las espiras contiguas del bobinado (al menos igual al calibre del hilo empleado) para reducir la capacidad parásita entre espiras. Para frecuencias más altas, en la banda MidFER, el hilo Litz grueso ya no es tan efectivo para reducir las pérdidas de la bobina (aunque siempre será mejor que hilo de cobre macizo del mismo grosor), y una alternativa es realizar la bobina de carga con tubo de cobre blando de fontanería de pequeño diámetro (1/4 de pulgada, 6 mm), que presenta más superficie para la circulación de las corrientes de RF, disminuyendo así las pérdidas por el efecto pelicular.
También se aconseja una relación de diámetro a longitud del bobinado entre 1:1 y 2,5:1. Evite también las formas para la bobina realizadas con materiales como el PVC y el nailon, que producen pérdidas de RF, si desea obtener bobinas de carga de elevado Q. El aire es el mejor aislante, pero la espuma de poliestireno se le acerca bastante. Otros materiales adecuados para la forma de la bobina de carga son el teflón, polietileno y poliestireno.
Para que la antena tenga el mejor rendimiento posible (dentro de su muy baja eficiencia), también se ha de dotarla de un sistema de tierra o contraantena lo mejor posible. Dado que una conexión de tierra también computa en el tamaño de la antena, suele ser normal que el radiante se instale directamente sobre el suelo con una corta conexión de toma de tierra (usando como toma de tierra la típica jabalina clavada en el terreno) o sobre algún tipo de estructura metálica de tamaño suficiente que realice las funciones de tierra, como puede ser un tejado metálico o recubierto de plancha metálica, alguna tubería metálica de conducción de agua que tenga tramos enterrados en tierra, etc....
Debe tenerse en cuenta que las antenas al ser tan cortas (comparadas con la longitud de onda de operación) presentan una muy baja resistencia de radiación (inferior incluso al ohmio), por lo que la toma de tierra ha de ser lo mejor posible para que la resistencia de tierra sea muy baja y no absorba una parte importante de la potencia entregada por el transmisor. La resistencia de radiación, la resistencia de tierra y las resistencias ohmicas (bobina de carga, elemento radiador, resistencias por efecto pelicular) determinan la impedancia total de la antena, por lo que se ha de disminuir las dos últimas lo más posible para que la antena sea más eficiente y radíe la mayor potencia posible entregada por el transmisor. Y aún con ello, la impedancia final de la antena será típicamente de tan sólo de pocos ohmios (15-25 ohmios), de los cuales sólo un ohmio o menos corresponderá a la resistencia de radiación, que es la que verdaderamente corresponde a la radiación de la antena (las otras generan pérdidas de potencia), por lo que el rendimiento de la antena aún así sigue siendo bastante bajo.
Y por supuesto, hay que adaptar en impedancia lo mejor posible la salida del transmisor a la muy baja impedancia del sistema de antena, para que la transferencia de energía al sistema de antena sea lo mayor posible (esto es, que la ROE sea mínima). En LowFER y MedFER se suelen emplear dos modos de conseguir esta adaptación de impedancias (suponemos que la impedancia de salida de antena del transmisor es la típica de 50 ohmios):
Dotar en la etapa de salida del transmisor de algún transformador de impedancias de RF o de un arrollamiento autotransformador con varias tomas medias, y conectar directamente la antena a la toma media que proporcione los mejores resultados. Estas tomas medias proporcionan varias impedancias de salida, y alguna de ellas se aproximará bastante a la impedancia de la antena utilizada. Además, se suele añadir un condensador de ajuste para llevar a resonancia a la frecuencia de operación a la bobina autotransformadora, como muestra en la siguiente figura.
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Paso amplificador de salida de un miniemisor MedFER, con selección del acoplamiento de impedancias para la conexión directa de la antena. El acoplamiento se establece por la toma media de la bobina a la que se conecte la antena, y el ajuste del trimmer (que lleva a resonancia la bobina). El condensador de 0.1 µF conectado a masa deriva la RF a masa, y deja la bobina y el trimmer conectados en paralelo (circuito resonante LC). La resistencia de 1 M y la lámpara de neon en la salida de antena protegen el paso final derivando a masa tensiones electrostáticas y los pulsos eléctricos de rayos próximos que se generen en la antena. El inductor de 125 µH está pensado para el rango de frecuencias de 1600-1700 kHz, y debería ser de bajas pérdidas (realizarlo en un toroide grande). La excitación de este paso de salida se realiza por la señal aplicada a la puerta del transistor Mosfet, típicamente una señal cuadrada de nivel TTL generada por un oscilador a cristal de algún chip lógico TTL (con o sin cadena divisora de frecuencia, según el cristal empleado) o de un microcontrolador (que además la module en QRSS, FSK, PSK, etc... la señal generada). Como transistor amplificador sirve cualquier mosfet de canal N de potencia: BS170, 2N7000, IRF510... Puede ser sustituido por un transistor bipolar NPN (como un 2N3904 o 2N2222) si se coloca una resistencia de 100-330 ohmios en serie con la base, pero la eficiencia del transmisor será significativamente menor. |
Para antenas con bobina de carga en su extremo inferior, dotar de varias tomas medias en la bobina de carga cerca del extremo inferior de la bobina, extremo que es conectado a masa del transmisor y a la toma de tierra, y conectar la salida del transmisor (o la línea coaxial de 50 ohmios) a la toma media de la bobina de carga que dé mejor resultado (ver un ejemplo más abajo).
Y en el caso de las estaciones MidFER, la mayoría operan en el extremo alto de la banda de radiodifusión de AM (onda media) americana, es decir, hacia los 1600-1700 kHz, ya que la eficiencia de las antenas, aunque sigue siendo muy pobre, es mayor que para frecuencias más bajas de la banda de AM: la longitud de onda es menor (sobre los 175 metros) y por tanto el tamaño de las antenas es físicamente más próximo a dicha longitud de onda que a frecuecias más bajas, lo que aumenta significativamente la eficiencia de la antena.
Las siguientes dos fotos muestran detalles del sistema de antena de la estación MidFER de indicativo CT, del radioaficionado norteamericano Clin Turner KA7OEI, un proyecto que arrancó el año 1999 y que transmite desde West Jordan (Utah - EE.UU.) en la frecuencia de 1704,966 kHz (en el extremo alto de la banda de AM). La estación transmitía en modalidades digitales PSK31 y QRSS, generado la señal digital moduladora un pequeño microprocesador PIC programado (todo esto a fecha de 2011).
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| Estación MidFER con el indicativo CT, de KA7OEI, instalada directamente en el tejado del domicilio del autor, mostrando la varilla metálica vertical irradiante, la cual está dotada de un "sombrero capacitativo" en la parte superior de la varilla, el cual ayuda a sintonizarla a la frecuencia de operación junto con la bobina de carga que está alojada en el contenedor cilíndrico oscuro en la base de la antena (ver siguiente foto). El tejado es metálico y por tanto realiza las funciones de plano de tierra (al cual se ha conectado también la salida del emisor). (Fuente) |
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| Detalles de la antena de la Estación MidFER CT de KA7OEI, donde se aprecia el sombrerete capacitativo superior, y el contenedor cilíndrico oscuro en la base de la antena que aloja la bobina de carga, ambos elementos necesarios para llevar a resonancia la antena a la frecuencia de operación.(Fuente) |
La siguiente imagen muestra la estación baliza MedFER NC, del radioaficionado Joe Dexter McIntyre W4DEX (de Stanfield, Carolina del Norte), que desde enero de 2004 transmite en 1704,983 kHz. Como la anterior, usa como antena un mástil vertical de casi 3 metros de altura y 1,5 pulgadas (38 mm) de diámetro, coronado con un sombrerete capacitativo horizontal realizado con 4 delgados tubos de aluminio de unas 30 pulgadas (76 cm) de longitud. Estos tubos están fijados al extremo superior del mástil mediante una placa circular realizada con madera contrachapada marina. Un alambre de aluminio de calibre 14 AWG (1,6 mm) forma el perímetro del sombrerete capacitativo, uniendo eléctricamente los extremos de los tubos.
El extremo inferior del mástil radiante descansa sobre una bobina de carga realizada con cable aislado de calibre 14 AWG, arrollado en un trozo de tubo de fibra de vidrio de pared delgada, el cual a su vez está soportado por un trozo de tubo aislante fijado a un lateral del techo metálico del edificio donde está ubicada la estación. Debajo de la bobina está el pequeño emisor alojado en la caja negra, cuya salida de RF está conectada directamente a una toma media de la bobina de carga. La bobina de carga y la caja del emisor están protegidos por una cubierta aislante cilíndrica. Una corta tira de aluminio conecta el lado de tierra de la bobina al techo de metal del edificio.
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| La estación MedFER NC del radioaficionado Joe Dexter W4DEX. A la izquierda, una vista de la antena. El cilindro inferior es una cubierta cilíndrica que aloja la bobina de carga y la pequeña caja con el transmisor. A la derecha, vemos esta cubierta alzada, dejando ver la bobina de carga y la caja negra del transmisor, y la tira metálica de conexión de tierra a la chapa metálica del techo del edificio. (Fuente) |
La siguiente fotografía muestra una estación LowFER, la TEXAS B (del radioaficionado Bill Cantrell, WD5CVG) instalada directamente en el suelo, utilizando como antena un mástil vertical de cierta altura (dentro de los límites permitidos), arriostrado sobre el terreno, y con un sombrerete capacitativo en el extremo superior. En la base de la antena se pueden apreciar los contenedores de la bobina de carga y para el minitransmisor. Una buena toma de tierra realizada en el terreno junto al mástil radiante (cuyo extremo inferior descansa sobre un soporte aislante) sirve como plano de tierra para la antena.
Ejemplo de antena LowFER
La siguiente figura muestra un sistema de antena típico para estaciones LowFER (banda de 1750 metros, Onda larga). El tubo metálico radiador (típicamente un mástil radiante ligero de varios metros de altura) está coronado en su extremo superior por un sombrerete capacitativo realizado con varios tubos de aluminio de unos 12 pies de longitud (3,60 metros) cuyos extremos están conectados con un hilo metálico de conexión (dando una forma aproximadamente circular al perímetro del sombrerete, con un diámetro de 12 pies), mientras que su extremo inferior descansa sobre una loseta en el suelo, aislado de ésta introduciendo el extremo del mástil en una botella de vidrio cuya boca tenga el diámetro adecuado. El mástil es mantenido en posición vertical arriostándolo con varias cuerdas de nylon, o bien empleando cables metálicos cortados en pequeñas secciones separadas por aisladores (para que no afecten significativamente el comportamiento de la antena).
El extremo inferior del mástil radiante se conecta a la bobina de carga, la cual se conecta a la toma de tierra realizada en la base de la antena. La toma de tierra puede ser una o varias varillas de cobre de metro y medio o dos metros clavadas en el suelo, y se puede mejorar su eficacia conectando a estas varillas varios hilos radiales enterrados en el suelo, cada uno de al menos 10 metros de longitud. El transmisor se conecta también a la bobina de carga, a alguna toma intermedia en ésta, a través de una corta línea coaxial (recuérdese que la longitud de esta línea de alimentación computa en la longitud total del sistema de antena, 15 metros máximo).
La bobina de carga para antenas LowFER puede realizarse en un trozo de tubería de PVC de 6 pulgadas (15,2 cm) de diámetro, realizando el arrollamiento con hilo de cobre esmaltado de calibre 18 AWG (1,0 mm de diámetro), arrollando a espiras juntas hasta una longitud del bobinado de 5 pulgadas (12,7 cm), lo que corresponde a unas 125 espiras. Se realizarán tomas medias en las primeras 10 espiras del “lado frío” (extremo de tierra) de la bobina, retirando para ello el aislante de esmalte del hilo de cobre. Se soldará provisionalmente el conductor central de la línea coaxial de alimentación a la toma de la quinta espira. La malla del coaxial se soldará al extremo frío de la bobina, junto con la conexión a la toma de tierra, y el otro extremo de la bobina se conectará al elemento radiante.
Para ajustar la bobina de carga, se recomienda conectar en serie varias lamparitas de neon para usarlas como detector de RF. Ponga el miniemisor en marcha y toque un extremo de la cadena de lamparitas al elemento radiante de la antena, y observe cómo se encienden. Acerque su mano al elemento radiante vertical y observe las lamparitas. Si la capacidad parásita de su mano hace que las lamparitas luzcan más, añada más espiras a la bobina de carga. Si disminuye la iluminación de las lamparitas, elimine espiras de la bobina de carga. Una vez haya determinado el mejor número de espiras para la bobina de carga, experimente con las distintas tomas medias realizadas en la bobina de carga, buscando la que mejor rendimiento dé a la antena. Una vez determinado todo esto, barnice toda la bobina de carga con barniz para intemperie.
Podría usarse una bobina de carga de mayor número de espiras, con varias tomas intermedias en su extremo superior donde ir conectando el elemento radiante hasta encontrar la toma en la que la antena tiene el mejor rendimiento. Lo que en realidad se suele hacer es emplear una bobina de carga de tipo variómetro. Un variómetro es una bobina o conjunto de bobinas que presentan una inductancia regulable entre ciertos límites, lo que permite una sintonización más fácil de la antena.
Los variómetros típicamente consisten en dos bobinas (L1 , L2) muy próximas conectadas en serie. La inductancia total del conjunto será una suma de ambas inductancias, mas un factor de acoplamiento inductivo entre ambas bobinas, la inductancia mútua, que es función del ángulo relativo entre los ejes de ambas bobinas. Si las dos bobinas se devanan en el mismo sentido y se sitúan concéntricamente (una dentro de la otra) o una a continuación de la otra y muy próximas, se obtendrá la máxima inductancia mutua (los campos magnéticos de ambas bobinas son del mismo sentido y tienden a reforzarse mutuamente), pero si las dos bobinas se van girando una respecto a la otra (o se separan entre sí), el acoplamiento mutuo entre ellas disminuye progresivamente y la inductancia mutua disminuirá de igual modo (teoricamente cero cuando ambas bobinas tienen sus ejes en ángulo recto, o están muy separadas). Si se continua girando a partir de los 90º una bobina respecto de la otra, la inductancia mutua volverá a aumentar, pero su signo será contrario (ya que los campos magnéticos generados por ambas bobinas ahora son de sentido contrario y tienden a oponerse mutamente). La inductancia total del variómetro será:
Ltotal = L1 + L2 ± ( 2 × Lmutua)
El típico variómetro empleado como bobina de carga variable en LowFER (y también en MedFER) es del tipo de dos arrollamientos concéntricos, de los cuales el arrollamiento interior, de menor tamaño, es móvil y puede ser girado en el interior del arrollamiento exterior, de mayor diámetro, normalmente operado por un mando que atraviesa el arrollamiento exterior. Esquemáticamente sería lo siguiente:
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| Estructura de un variómetro de aficionado. En rojo se muestran las conexiones entre arrollamientos, con la antena, con la toma de tierra y la toma intermedia para el transmisor de radio. En gris, el mando que acciona el giro del arrollamiento interior L2 dentro del arrollamiento principal L1. |
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| Bobina de carga tipo variómetro de la estación LowFER JH de Joe Dexter W4DEX, de Carolina del Norte. La imagen de la derecha muestra el arrollamiento interior móvil de la bobina de carga que permite el ajuste de la inductancia total de ésta, y que es accionado desde fuera con un mando aislante que atraviesa la forma (soporte) del arrollamiento principal.(Fuente). (Clic en la imagen para ampliarla). |
Ejemplo de antena MedFER
Para antenas MedFER se usan esquemas similares a las antenas LowFER, pero de menor tamaño (el límite del sistema de antena es de 3 metros de longitud total), con bobinas de carga más pequeñas y de menos espiras (también de tipo variómetro, con o sin tomas medias para conectar a la salida del miniemisor). Normalmente no es necesario arriostrar el elemento radiante, dado su pequeño tamaño, bastando fijarlo bien en su extremo inferior a un soporte aislante.
Anteriormente se han mostrado algunas antenas MidFER, entre ellas la de la estación CT de KA7OEI. Como ejemplo de sistema de antena MedFER, se dan los datos constructivos de la versión más actual (que la mostrada) de la antena de esta estación.
Como antena puede usarse un tubo de aluminio de hasta 5 cm (2 pulgadas) de sección y 270 cm (9 pies) de longitud, cuyo extremo inferior puede ser soportado por un trozo de caña de fibra de vidrio (introducido en el extremo del tubo de la antena) fijado al suelo o a un tejado metálico.
El sombrerete capacitativo se puede realizar con varios alambres de cobre de soldadura de calibre 10 AWG (2,6 mm) o algo mayor, a modo de travesaños que se fijarán en el extremo superior del elemento radiante (el tubo), con un diámetro del sombrerete de entre 120 y 140 cm. Tres anillos concéntricos realizados con alambre de cobre de soldadura de calibre 14 AWG (1,6 mm) serán fijados y soldados a estos travesaños, y se añadirán conexiones con alambre de soldar entre los puntos medios de los anillos (entre travesaño y travesaño), lo que permite estabilizar mecánicamente el sombrerete y aumentar su capacitancia.
La bobina de carga, colocada bajo el extremo inferior del tubo radiante, se puede realizar con tubo de cobre blando de fontanería, de 1/4 de pulgada (6,3 mm) de sección. Como se comentó anteriormente, este tubo tiene menos pérdidas a estas frecuencias (1,7 MHz) debidas a la resistencia por efecto piel que empleando hilo Litz (que por otro lado es mejor que emplear hilo de cobre de una sola hebra de grosor similar) si éste no es muy grueso. Pero el uso de la tubería de cobre tiene la desventaja de que la bobina de carga es de bastante mayor tamaño y más pesada.
La forma de la bobina se realizará con una base circular de madera contrachapada o de plexiglas grueso (1/4 pulgada). En esta base de perforarán distribuidos en círculo 8 agujeros para insertar varillas de madera o de fibra de vidrio de 1/4-1/2 pulgadas (6-12,5 mm) de diámetro cuyos extremos se insertan y pegan (con cola) en dichos agujeros. El diámetro externo de la forma resultante ha de ser de unos 25 cm.
Se emplearán unos 20 metros (65 pìes) del tubo de cobre blando que se enrollará cuidadosamente alrededor de esta forma realizada con las varillas de madera o fibra, con un total de unas 25 espiras algo separadas (y 25 cm de diámetro interno). Para mantener la separación entre las espiras (y evitar posibles cortocircuitos entre ellas), las espiras se aseguran realizando algunas ataduras de éstas a las varillas de la forma con alambre fino (de calibre 12-14 AWG, 1,6-2 mm).
Para el ajuste de la inductancia de la bobina de carga, se necesita un variómetro. Para ello se realiza un segundo arrollamiento que se introducirá en el interior de la bobina descrita, y se realizará arrollando 10 vueltas adicionales del tubo de cobre en un trozo de cartón grueso utilizado como forma, y se utilizará un trozo de varilla de madera para manejar el arrollamiento de ajuste. El cartón seco es bastante adecuado para realizar esta forma, ya que no provoca muchas pérdidas a 1,7 MHz.
Si la bobina de carga no proporcionara la inductancia suficiente para llevar a resonancia la antena, puede probar añadir y fijar un trozo de barra de ferrita en el interior de la bobina del variómetro. Aunque este trozo de barra de ferrita puede introducir algunas pérdidas de RF, el poder llevar a resonancia la antena mejora mucho el rendimiento de la antena.
Esta bobina de carga no tiene tomas intermedias, por lo que su extremo inferior se conecta directamente a la salida del transmisor. La antena presentará entonces una impedancia bastante baja al ser físicamente muy corta (del orden de 15-20 ohmios en este ejemplo), por lo que se ha de adaptar en impedancia al paso de salida del transmisor. Éste empleará entonces un inductor en la etapa de salida con varias tomas (como se ha explicado anteriormente), tomas que proporcionan varias impedancias de salida. Alguna de ellas se aproximará bastante a la impedancia de la antena.
Una vez realizada la bobina de carga y ajustada la antena a resonancia, la bobina se alojará en un contenedor cilíndrico de plástico resistente a la intemperie, que será colocado en la base del elemento radiante (junto con la caja que aloja el circuito transmisor). Recuerde que la longitud total del elemento radiante, mas la conexión a tierra (al suelo o tejado metálico) desde el transmisor, no ha de superar los 3 metros.
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| La bobina de carga MedFer descrita. En su interior se puede ver (con alguna dificultad) el segundo arrollamiento, utilizado como variómetro para ajuste de la inductancia de la bobina. (Fuente). (Clic en la imagen para ampliarla). |
Caso de las antenas para HiFER
Para la actividad HiFER en la banda de 22 metros, en 13,560 MHz, se usan antenas convencionales típicas para transmisión en ondas cortas, como puede ser una dipolo de media onda, o una antena vertical de cuarto de onda con uno o varios radiales de cuarto de onda, con una impedancia de 50 o 75 ohmios (según el diseño del miniemisor utilizado). En esta banda para una antena la media onda es de 10,5 metros, y el cuarto de onda de 5,25 metros. En el caso de una antena vertical el elemento vertical puede ser un largo tubo de aluminio de la longitud requerida (5,25 metros) soportado en lo alto de un mástil, mientras que los radiales o contraantenas pueden ser uno o varios hilos largos de la misma longitud (5,25 metros) tendidos entre el punto de alimentación de la antena y puntos de sujección próximos (con un único radial tendríamos una antena dipolo de media onda en L).
La antena se conectará a la salida del transmisor mediante un tramo de cable coaxial de impedancia adecuada (52 o 75 ohmios) y de la longitud necesaria. La reglamentación de la FCC estadounidense no establece límites de potencia para el minitransmisor ni tamaños para el sistema de antena (antena + línea de alimentación), como sí establece para LowFER y MedFER, sólo establece el límite máximo de campo radiado, que está establecido en 15.848 microvoltios/metro a una distancia de 30 metros. Esto equivale, para el caso de una antena dipolo de media onda, a una potencia de entrada en la antena de aproximadamente 4,6 milivatios, lo que da una idea de la muy escasa potencia que han de tener los miniemisores HiFER empleados en esta banda (y a pesar de lo cual, se consiguen alcances de cientos e incluso miles de kilómetros).
Los aficionados que quieran sintonizar las señales transmitidas por las estaciones LowFER y MedFER suelen usar equipos receptores de radio de buena calidad, de tipo receptor de comunicaciones, o más modernamente, sencillos receptores de tipo SDR (Radios Definidas por Software) conectados a un ordenador personal (PC o similar). Como antenas de recepción, lo normal es que se emplee una antena aparte a la empleada en la estación experimental (si el usuario además opera una estación de este tipo), típicamente una antena de hilo largo. Las reglamentaciones sobre las estaciones de radio experimentales no dicen nada sobre antenas de recepción, sólo se refieren a la transmisiones de radio.
Las antenas de hilo largo pueden proporcional suficiente ganancia como para poder recibir las muy débiles señales de las estaciones experimentales distantes, pero suelen perder mucha efectividad en entornos ruidosos, y actualmente las bandas de onda larga y onda media son muy ruidosas, al menos en entornos urbanos (por ruidos de origen artificial).
También se pueden usar las denominadas antenas activas, un tipo de antena receptora consistente en una antena corta de varilla o látigo, o una tira o placa metálica, conectada directamente a un preamplificador de señal adecuado de alta impedancia de entrada, que amplifica y refuerza las débiles señales captadas por la varilla de antena. Las antenas que son cortas comparadas con las longitudes de resonancia a las frecuencias a las cuales han de operar, son antenas fuera de resonancia, y presentan una componente eléctrica principalmente capacitativa, y con una muy baja resistencia de radiación. Las antenas activas son muy cortas comparadas con las longitudes de onda de operación, y se comportan como una pequeña capacidad que se acopla al campo eléctrico de las ondas. El amplificador de la antena está conectada eléctricamente a tierra, cuyo potencial radioeléctrico es muy bajo o cero, y la antena lo que capta es la diferencia de campo eléctrico de la onda entre la ubicación donde está situada la antena (normalmentre izada en un mástil o lugar elevado), y tierra (de potencial cero).
Otra alternativa es el empleo de antenas magnéticas o de aro resonante, son antenas sintonizables de mucha menor ganancia que una antena de hilo largo que funcionan captando el campo magnético (y no el eléctrico) de las ondas de radio, pero presentan directividad (con un nulo de señal bien definido, que puede ser usado para orientarlo hacia las fuentes de ruido más intensas) y normalmente anchos de banda bastante estrechos, por lo que el nivel de ruido que captan es menor y con ello mejoran la relación señal/ruido para las señales recibidas.
la decodificación de las señales recibidas se suele realizar conectando la salida del receptor a una de las entradas de la tarjeta de sonido del ordenador, y usar programas adecuados para la decodificación de las señales, según su modo de transmisión (CW QRSS, PSK31, BPSK...). Normalmente serán programas para decodificar señales de transmisión muy lenta y en condiciones de señal muy débil, o programas que permitan visualizarlas. Los más conocidos y empleados, tanto para radio experimental como por los radioaficionados que trabajan en bandas muy bajas, son los siguientes:
Argo, específico para telegrafía extremadamente lenta (CW QRSS). Desarrollado por los radioaficionados italianos Alberto I2PHD y Vittorio IK2CZL. Argo es un software libre que proporciona un monitor para señales débiles, donde se pueden ver las señales de morse superlento, está disponible aquí.
DigiPan, específico para el modo PSK31.
Spectran, muestra una ventana gráfica de cascada y permite introducir filtros pasabanda de audio. Sólo opera en frecuencias de audio (Baja Frecuencia), por lo que se usa para monitorizar las señales de audio entregadas por un receptor de radio.
Spectrum Lab, gran programa para analizar desde señales de audio (Baja Frecuencia) hasta VLF. Desarrollado por DL4YHF.
Para el caso de las transmisiones de morse muy lento (QRSS), la decodificación es de tipo visual, obervando en la ventana gráfica de espectrograma o la ventana de cascada (“waterfall”) de estos programas las señales recibidas, ya que se pueden apreciar las rayas y puntos transmitidos, el ojo las aprecia incluso aunque sean muy débiles y estén muy mezcladas con el ruido de fondo.
En el caso de emplear receptores SDR, el software con el que funcionan en los ordenadores personales suele incluir una ventana de espectrograma y una de cascada, entre otras cosas, lo que permite al usuario la decodificación visual de las señales recibidas.
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| Captura de una transmisión QRSS, en febrero 2015, de la baliza LowFER JH en la frecuencia de 181,818 kHz, con el programa Argo, recibida desde unas 80 millas (130 km) de distancia. La baliza es operada en Carolina del Norte por Joe Dexter W4DEX. La transmisión de la baliza era en modalidad QRSS30, esto es, en telegrafía muy lenta con puntos de 30 segundos de duración (rayas de 90 segundos de duración). Las marcas de tiempo del lado inferior de la ventana de visualización son cada 10 minutos, por lo que esta captura corresponde a unos 90 minutos de registro. La transmisión completa de cada identificación telegráfica JH en QRSS30 toma casi 15 minutos de tiempo. (Fuente). |
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| Captura de una baliza HiFER en la banda ICM de 22 metros (13,56 MHz), el 25-06-2004, con el software Argo. Tal como se indica en los comentarios añadidos a la captura, fué recibida en Holanda (PA) una baliza que transmitía desde el este de Estados Unidos (WB3) que transmitía sólo con 100 microvatios de potencia (0,1 milivatio), transmitiendo en modo dot3 (QRSS3). Las marcas rojas de tiempo del lado inferior de la ventana de visualización son cada 10 segundos. Tan baja potencia de transmisión y la distancia conseguida (atravesando el océano Atlántico) da una idea del potencial de operar en esta banda gracias a la propagación ionosférica a largas distancias. |
Nota final : Un buen punto de partida para conocer todo lo referente a la radio experimental según la Parte 15 de la FCC estadounidense es la página del The Longwave Club of America (LWCA) que tienen dedidada a ello, en la que hay entre otras cosas listados de estaciones de radio experimental activas.
Redactado por Fernando Fernández de Villegas (EB3EMD)
Actualizado: 20-03-2024
