Este capítulo explica cómo funcionan receptores y transmisores de radio. La finalidad es comprender qué hace cada bloque, qué limitaciones tiene y cómo se relaciona con filtros, osciladores, amplificadores, ruido, modulación y adaptación. Antes de citar una prestación se explica qué significa y qué problema describe.
Prestaciones de un receptor
Sensibilidad, ruido y figura de ruido
La sensibilidad es el nivel mínimo de señal que permite alcanzar una calidad especificada. No es simplemente “ganancia”. Si se amplifican señal y ruido por igual, la relación señal/ruido no mejora.
La figura de ruido NF mide cuánto empeora el receptor la SNR al añadir su propio ruido. Un receptor ideal tendría NF=0 dB. Las primeras etapas son críticas porque el ruido que añaden será amplificado después.
La definición matemática está en Fórmulas y cálculos.
Selectividad
La selectividad es la capacidad de aceptar la señal deseada y rechazar señales próximas. Depende principalmente de los filtros. Un filtro demasiado ancho deja pasar ruido e interferencia innecesarios; uno demasiado estrecho puede recortar información útil.
Rango dinámico
El rango dinámico describe qué diferencia de niveles puede manejar un receptor entre señales pequeñas y grandes sin perder la capacidad de distinguirlas correctamente. Está condicionado por ruido, compresión, intermodulación y arquitectura.
Un receptor puede ser muy sensible y, sin embargo, comportarse mal ante señales fuertes si su rango dinámico es pequeño.
Bloqueo y desensibilización
El bloqueo aparece cuando una señal fuerte lleva alguna etapa hacia compresión o saturación y reduce la sensibilidad para otras señales. No es lo mismo que insuficiente selectividad: aquí el problema es una sobrecarga interna.
Intermodulación y modulación cruzada
Una no linealidad puede mezclar señales y crear productos nuevos como 2f1−f2. Eso es intermodulación. La modulación cruzada ocurre cuando la modulación de una señal fuerte se transfiere a otra al atravesar una etapa no lineal.
Mezcla recíproca y ruido de fase
El oscilador local real presenta ruido de fase alrededor de su frecuencia. Una señal fuerte próxima puede mezclarse con ese ruido y elevar el suelo dentro del canal deseado. La pureza del oscilador local influye por tanto en la recepción de señales débiles cercanas a señales fuertes.
Estabilidad de frecuencia
La estabilidad indica cuánto cambia la frecuencia de un oscilador con temperatura, alimentación, carga, envejecimiento o vibración. En CW y SSB pequeñas derivas son especialmente perceptibles porque alteran el tono recibido.
Arquitecturas de recepción
Superheterodino
El superheterodino convierte la RF recibida a una frecuencia intermedia fija. Esto permite concentrar gran parte de la selectividad y ganancia en una frecuencia conocida.
Cadena típica: antena → preselector/RF → mezclador + oscilador local → FI → detector → audio.
Conversión directa
En un receptor de conversión directa la señal se mezcla con una referencia muy próxima o igual a la frecuencia recibida para llevarla directamente a audio o banda base. Reduce el número de etapas de FI, pero exige controlar problemas como fuga del oscilador, offset de continua, ruido 1/f y equilibrio entre canales I/Q en determinadas arquitecturas.
Doble conversión
La doble conversión utiliza dos frecuencias intermedias. Una primera FI relativamente alta puede mejorar el rechazo de frecuencia imagen y una segunda FI más baja facilita filtros muy selectivos.
Preselector y amplificador de RF
El preselector limita el espectro que llega al mezclador. El amplificador RF aporta ganancia con el menor ruido posible. Demasiada ganancia antes del mezclador puede empeorar bloqueo e intermodulación.
Mezclador, FI y frecuencia imagen
El mezclador genera suma y diferencia entre RF y oscilador local. Una de ellas se selecciona como frecuencia intermedia (FI).
Ejemplo: RF=145 MHz y OL=155,7 MHz → FI=10,7 MHz.
Una frecuencia imagen es otra RF que produce la misma FI con el mismo OL. Debe rechazarse antes del mezclador porque después ambas señales son indistinguibles en FI.
FI, limitador y detectores
El amplificador de FI aporta selectividad y ganancia. En FM suele existir un limitador para reducir variaciones de amplitud. AM puede utilizar detector de envolvente; CW y SSB detector de producto; FM discriminador, cuadratura o PLL.
AGC, S-meter y squelch
El AGC ajusta automáticamente la ganancia del receptor. El S-meter proporciona una indicación de intensidad relativa y el squelch silencia el audio cuando no se cumple un criterio de recepción.
Recepción por modos
CW
En CW se utiliza un detector de producto y una referencia local o BFO para convertir la RF manipulada en un tono audible. El filtrado puede ser estrecho porque el contenido útil ocupa poco espectro.
AM
En AM la información está en la envolvente de amplitud. Un detector de envolvente puede recuperarla directamente.
SSB
En SSB la portadora ha sido suprimida y debe reinsertarse en recepción. Se utiliza un detector de producto. Un error pequeño de sintonía altera de forma evidente la voz.
FM
En FM la información está en la variación de frecuencia instantánea. Tras filtrado y limitación, el detector FM convierte esa desviación en audio. En determinados sistemas se utiliza deénfasis para complementar el preénfasis aplicado en transmisión.
Generación y transmisión de señales
Cadena general de transmisión
Un transmisor toma audio o datos, genera una RF modulada, la sitúa en la frecuencia deseada, la amplifica y la entrega a la antena con el menor contenido no deseado posible.
Cadena típica: audio/datos → procesado → modulador/excitador → conversión/síntesis → buffer → driver → PA → adaptación → filtro de salida → línea → antena.
Excitador, buffer y driver
El excitador genera la RF modulada. El buffer aísla al oscilador de cambios de carga y el driver aporta la potencia necesaria para excitar al amplificador final.
Mezcla y multiplicación de frecuencia
Un mezclador traslada una señal modulada a otra frecuencia generando productos de suma y diferencia. Un multiplicador selecciona un armónico generado por una no linealidad.
Si una señal FM se multiplica por N, también se multiplica por N su desviación de frecuencia.
Generación de SSB
Una forma clásica de generar SSB parte de un modulador balanceado que produce DSB-SC. Después un filtro selecciona USB o LSB. Otro método utiliza redes de fase para cancelar una banda lateral.
Tras generar SSB, las etapas siguientes deben mantener buena linealidad para no producir intermodulación y splatter.
Generación de FM y PM
La FM puede generarse de forma directa variando un VCO o indirectamente a partir de PM y posterior multiplicación. En PM se modifica directamente la fase. En un transmisor FM, la cadena debe preservar la desviación prevista y limitar productos fuera de canal.
CW, key clicks y chirp
En CW la portadora se conecta y desconecta siguiendo Morse. Si los flancos son excesivamente bruscos aparecen key clicks, es decir, energía extendida a frecuencias próximas. El chirp es una variación de frecuencia asociada a cada manipulación, normalmente por inestabilidad o acoplamiento no deseado del oscilador.
Preénfasis y deénfasis en FM
En ciertos sistemas FM de voz se realzan las frecuencias altas de audio antes de modular —preénfasis— y se atenúan de forma complementaria en el receptor —deénfasis— para mejorar la relación señal/ruido percibida en esa parte del espectro.
Etapa final y calidad espectral
PA, adaptación y filtro de salida
El PA entrega la potencia RF final. En SSB debe trabajar linealmente. Una red de adaptación presenta al dispositivo la impedancia adecuada y el filtro de salida reduce armónicos y determinados productos alejados de la señal útil.
Un filtro de salida no corrige el splatter que ya se encuentra dentro o muy cerca del espectro ocupado.
No linealidad, compresión y splatter
Al sobreexcitar una etapa, la salida deja de crecer proporcionalmente. Aparecen compresión, recorte, armónicos e intermodulación. En SSB esto puede ensanchar la señal y molestar canales próximos.
Emisiones espurias y ruido de fase
Osciladores, PLL, DDS, mezcladores y multiplicadores pueden generar componentes no deseadas. El ruido de fase ensancha espectralmente la energía alrededor de una portadora ideal. La pureza espectral depende tanto de diseño como de ajuste.
ALC
El ALC reduce automáticamente la excitación cuando la salida alcanza un nivel previsto. No debe confundirse con el AGC del receptor y no sustituye a un ajuste correcto de niveles.
Transceptores, repetidores y SDR
Conmutación T/R
Un transceptor comparte bloques entre transmisión y recepción. La conmutación T/R conecta la antena al camino correcto y debe aislar/proteger al receptor cuando el transmisor entrega potencia. Puede realizarse con relés, diodos PIN u otros conmutadores de RF.
Repetidor y aislamiento
Un repetidor recibe en una frecuencia y retransmite en otra. Si ambas funciones son simultáneas necesita un aislamiento muy alto entre transmisor y receptor mediante duplexores, cavidades, filtros, separación de antenas o varias técnicas combinadas.
Desense en emplazamientos compartidos
La desensibilización o desense aparece cuando energía de transmisores próximos eleva el ruido, comprime o bloquea el receptor. En emplazamientos compartidos son esenciales filtrado, aislamiento, planificación de frecuencias y control de productos de intermodulación.
SDR
Una radio definida por software implementa digitalmente mezcla, filtrado y demodulación. Aun así, el front-end analógico, ADC, reloj y rango dinámico siguen imponiendo límites físicos.
Si una señal satura antes del ADC, el DSP posterior no puede recuperar la información perdida.
Glosario de equipos
| Término | Significado | Relacionado |
|---|---|---|
| NF | Figura de ruido | Ruido |
| FI | Frecuencia intermedia | Conversión |
| OL | Oscilador local | Conversión |
| AGC | Control automático de ganancia | Receptor |
| ALC | Control automático de nivel | Transmisor |
| PA | Amplificador de potencia | Etapa final |
| BFO | Oscilador de batido | CW |
| T/R | Conmutación transmisión/recepción | Transceptor |
| SDR | Radio definida por software | SDR |
Repaso
- Sensibilidad, selectividad y rango dinámico describen cosas diferentes.
- La frecuencia imagen debe rechazarse antes del mezclador.
- Conversión directa, superheterodino y doble conversión son arquitecturas distintas.
- Key clicks y chirp son defectos diferentes de una señal CW.
- SSB exige linealidad en las etapas posteriores al modulador.
- La conmutación T/R debe proteger al receptor durante transmisión.
Para componentes y osciladores consultad Componentes y circuitos; para SNR, NF, FI y PEP, Fórmulas y cálculos; para adaptación y líneas, Antenas y líneas.
Fuentes y material de contraste
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