Transmisores
Para entregar 10 W medios con una señal de 10 dB de relación pico a media, un amplificador clase B consume 40 W de la fuente. Las tres cuartas partes se vuelven calor.
01Arquitecturas de transmisor
Un transmisor genera la señal modulada, la lleva a la frecuencia del canal y le da potencia. Las arquitecturas difieren en dónde se hace cada paso:
| Arquitectura | Cómo funciona | Ventaja y límite |
|---|---|---|
| Heterodina | Modula en una frecuencia intermedia fija y después mezcla al canal | Filtrado fácil en FI; más componentes |
| Conversión directa | El modulador I/Q trabaja directamente en la frecuencia del canal | Simple e integrable; sensible a desbalances y a que el amplificador "tire" del oscilador |
| Polar | Separa amplitud y fase: modula la fase del oscilador y la amplitud por la fuente del amplificador | Permite amplificadores no lineales eficientes |
| Digital directa | Un conversor rápido genera la señal en la banda final | Máxima flexibilidad; exige conversores de GHz |
Los bloques ya se estudiaron: el modulador I/Q, el sintetizador y el amplificador de potencia. El transmisor es el sistema que los combina cumpliendo una norma.
02Lo que exige la norma
La autoridad del espectro fija qué puede emitir un transmisor. En la Argentina, el ENACOM homologa los equipos; en todo el mundo, las recomendaciones de la UIT y las normas de cada servicio definen:
- La potencia, expresada como potencia radiada aparente o isotrópica equivalente: \( PIRE = P_t - L_{cable} + G_{antena} \), en dBm o dBW.
- La máscara espectral: cuánto puede emitir fuera del canal, a distintas distancias de la portadora.
- La relación de fuga al canal adyacente (ACLR): la potencia que cae en el canal vecino respecto de la del propio.
- Las emisiones espurias y armónicas, lejos del canal.
- La calidad de modulación, medida como EVM.
La fuga al canal adyacente la produce sobre todo la alinealidad del amplificador de potencia: la intermodulación de tercer orden entre los componentes de la propia señal ensancha su espectro.
03La relación entre pico y media y el rendimiento
Una señal FM tiene envolvente constante; una QAM filtrada o una OFDM, con muchas subportadoras, tienen picos varios dB por encima de su potencia media. Para no recortarlos, el amplificador se dimensiona para el pico y trabaja la mayor parte del tiempo muy por debajo, donde su rendimiento es bajo. Con un amplificador clase B ideal cuya salida pico llega a la saturación, en la aproximación de que la señal está casi siempre cerca de su nivel medio:
Un transmisor que tiene que entregar 10 W medios. Según la relación entre pico y media de la señal, las barras muestran la potencia que consume de la fuente un amplificador clase B y uno clase A, y cuánto de esa potencia es calor.
04En el laboratorio
Medir con el analizador de espectro la salida de un transmisor de baja potencia y compararla con la máscara de su norma.
Subir la potencia de un amplificador excitado con una señal QPSK y medir cómo crece la fuga al canal adyacente al acercarse a la compresión.
Calcular la PIRE de un enlace Wi-Fi con la potencia del equipo, las pérdidas del cable y la ganancia de la antena, y compararla con el límite reglamentario de la banda.
05Errores frecuentes
- Dimensionar el amplificador para la potencia media. Los picos se recortan y el espectro se ensancha.
- Olvidar las pérdidas del cable en la PIRE. A frecuencias altas pueden ser varios dB.
- Confundir potencia de pico con potencia de pico de la envolvente. La segunda es la media en un ciclo de RF en el pico.
- Medir la máscara con un RBW inadecuado. Las normas fijan el ancho de banda de medición.
06Autoevaluación
¿Qué PIRE tiene un transmisor de 30 dBm con 2 dB de pérdida de cable y una antena de 6 dBi?
34 dBm, unos 2,5 W.
¿Qué rendimiento estima la fórmula para clase B con 10 dB de PAPR?
\( 78{,}5 \% \cdot 10^{-0{,}5} \approx 25 \% \).
¿Qué produce la fuga al canal adyacente?
La intermodulación del amplificador de potencia, que ensancha el espectro de la señal.
¿Qué ventaja tiene la arquitectura polar?
Permite usar amplificadores no lineales, más eficientes, porque la amplitud se aplica por la alimentación.
07Para ampliar
- Qizheng Gu. RF System Design of Transceivers for Wireless Communications. Springer, 2005. El diseño de transmisores con sus presupuestos de potencia, linealidad y espurias.
- Steve C. Cripps. RF Power Amplifiers for Wireless Communications. 2.ª ed., Artech House, 2006. El rendimiento con señales de envolvente variable, el Doherty y el seguimiento de envolvente.
- Behzad Razavi. RF Microelectronics. 2.ª ed., Prentice Hall, 2011. Las arquitecturas de transmisor integradas y sus problemas.