DISEÑO DE PLANTAS TRANSMISORAS DE AM

Dónde ubicarla:

Cuando se elige un terreno para la instalación de una planta transmisora deben tenerse en cuenta algunas consideraciones importantes .
El terreno a elegir no debe estar en suelo demasiado seco ni pedregoso de baja conductividad. Preferentemente húmedos.
Terrenos montañosos tienen generalmente una muy baja conductividad.
Trate que no esté excesivamente rodeado de grandes arboledas.
Debe estar alejado de elementos como cableados de líneas eléctricas y/o telefónicas. En general las líneas producen atenuaciones o reflexiones del campo radiado, lo que hace que los radios de alcance resulten un poco impredecibles.
Las líneas telefónicas actúan a modo de antena receptora de las señales de AM y al intentar hablar por teléfono de línea suele escucharse más fuerte la radio que las conversaciones. Para estos casos hay que colocar una gran cantidad de filtros que requieren costos de materiales y mano de obra con una gran molestia para el vecindario. Conexiones hechas a mano producen oxidaciones y actúan como rectificadores dejando solo el audio modulante que es ya imposible de filtrar.
Nunca sitúe una emisora de AM dentro de una zona poblada. La densidad poblacional debe ser muy baja. En su carpeta técnica le pedirán un juego de fotografías en todas las direcciones como comprobación y está normado en varios países. Recomendable que el campo radiado sobre la parte más cercana poblada no supere de 1 V/m.
Las dimensiones del terreno deben permitir insertar un círculo con un radio de 1/4 de longitud de onda. = 300000/frec.[KHz]= long. de onda en metros. Longitud de onda
Antenas clásicas:

Las antenas clásicas son las tipo Marconi de base aislada con alturas de 1/4 y hasta 5/8 de longitud de onda .

La primera es tomada como referencia de ganancia respecto a otros modelos. La mayor tiene una ganancia respecto de la primera de 2,77 dB, pero tiene un lóbulo de radiación celeste sobre un ángulo de elevación de 60º respecto al suelo. Es el causante del efecto conocido como “fading” (desvanecimiento de la señal) que es el efecto provocado por la recepción simultánea de la señal de la emisora por 2 caminos diferentes”

Porqué no usar la más grande?, sencillamente por razones de costo. Duplicar altura significa cuadruplicar costos.

La más usada, de mayor ganancia a nivel de suelo, sin lóbulos de radiación secundarios es la de h= 0,53 ó 190º grados eléctricos con una ganancia de 2,21 dB respecto a la primera. Si hablamos de qué potencia necesitaríamos colocar sobre una antena de ¼ de onda para poder equipararla en alcance, esta deberá ser de un 66,34% más.

Los alcances en distancia para lograr la misma intensidad de campo se incrementan entre un 10 y un 15%. Con esta información se puede hacer un estudio de la relación costos/prestación y se tomarán las decisiones a seguir según las posibilidades económicas de recuperación de la inversión.

El ancho de banda es función inversa de la relación h/a (altura/ancho). Originalmente se hacían torres muy anchas, pero su costo era muy elevado. Hoy se les hace el ensanchamiento con 9 o más cables colgantes exteriores para el ancho de banda deseado y ayudan a mejorar además la conductividad de la torre disminuyendo las posibles pérdidas.

Luego veremos también las cualidades de la antena monopolo plegado de excelente rendimiento y menor costo que las de base aislada.

Longitud de Onda Parte constructiva de una antena:

¿A qué distancia se colocan los soportes o anclajes de riendas en el suelo conocidos también como los “muertos”?: generalmente se establecen a un 70% de la altura. Ésto es interesante conocer para tener una idea de la ubicación de ellos en el terreno. Generalmente si la torre es de sección triángular, habrá 3 planos de riendas.

Si la torre tiene 4 caras habrá 4 planos de riendas. Los conocidos antirrotores se usan solo cuando las antenas que soportan son directivas de alta ganancia.

Estas antenas de base aislada requieren de un plano de tierra de 120 radiales, tema que se comentará más abajo ¿Dónde colocar el edificio que contendrá al transmisor?

Deberá estar preferentemente situado a no menos de 1/4 de onda de la antena. Debe tenerse en cuenta que la mayor intensidad de campo emitida por la antena está en la mayoría de los casos a nivel del suelo.

Cualquier elemento o cable cercano se convertirá en una antena. Es por ésto que, una cercanía excesiva a la antena podría llegar a producir una alta contaminación indeseable de RF. Deberán colocarse blindajes por todos lados y al final por ahorrarse unos metros de coaxil hay que aplicar remedios que son más costosos. ¿Dónde colocar la antena del enlace de programas?

Esta podría estar sobre la misma torre de AM o en el edificio del transmisor de AM con una torre de una altura acorde a la distancia que haya hasta los estudios. Esta torre deberá ubicarse de tal forma que no se interpongan en el camino ni la torre de AM ni sus riendas. Esta consideración es para evitar que el día de mañana si hubiese fugas en los aisladores de las riendas de la torre, éstas generen frecuencias que interfieran con la normal recepción de la señal.Antena monopolo plegado: Las alturas de esta antena varían entre 1/6 y 1/3 de longitud de onda. Alturas menores requieren de la colocación de un copete capacitivo.

El lóbulo de radiación es similar al de base aislada en condiciones ideales con un plano de tierra de 120 radiales. Ha sido estudiado y comprobado por el método de los momentos.

En la práctica ha demostrado excelente rendimiento y no es tan dependiente del plano de tierra como lo es la base aislada.

Se ha probado con muy buen rendimiento usarla solo con una buena tierra al pie del mástil, cosa que no sucede con la de base aislada.

Para ésto se monta un sistema de tierra de baja impedancia consistente en 8 radiales de fleje de cobre de 75 a 100 mm de ancho por 0,7 a 1 mm de espesor. Estos radiales llevan distribuídas jabalinas de 2 mts tipo copperweld soldadas con aleación autodetersiva, con separaciones entre 4 y 6 mts., todo enterrado a 30 cm de profundidad. Los 8 radiales se unen en el pilar soporte de la torre. Este punto de tierra recibe los cables torsales y la conexión de tierra de la caja de sintonía que va adosada a la torre.

La altura de esta antena para máximo rendimiento es de 0,3 donde la impedancia da valores resistivos relativamente altos y una reactancia casi nula. Si esto es así, el adaptador de impedancia convendría hacerlo en 2 o 3 etapas para tener un Q bajo y un mejor ancho de banda.

Si la R es alta, las pérdidas por I2R serán bajas. Es todo precalculable con la ayuda de un programa de simulación de antenas. Debe tenerse en cuenta que en potencias altas, una impedancia alta implicará tensiones altas con las consecuencias posibles del famoso efecto corona que se incrementa con la RF. Cables torsales o dorsales:

Éstos son cables que nacen en el pararrayos y bajan cada uno por cada una de las aristas verticales de la torre adosados por dentro o por fuera con precintos de inoxidable cada 2 mts. Terminan en la parte inferior soldadas al sistema de tierra para el caso del monopolo plegado o en el chispero descargador en las de base aislada.

Para qué sirven los cables torsales? Tienen la finalidad de mejorar la conductividad de la torre como antena. Se usan cables desnudos de 35 o 50 mm2 de sección, de cobre o aluminio. Si se debieran realizar conexiones de cobre con aluminio, se usará la morcetería bimetálica apropiada que corresponda. Unidad de sintonía de antena:

La unidad de sintonía de antena es una caja que contiene la circuitería para convertir la impedancia de antena en la impedancia de la línea de transmisión que la alimentará.

Las usadas para torres de base aisladas además de la circuitería de adaptación de impedancias, deben tener un choque descargador de estáticas. Suele ser un “choque” de alta impedancia para la RF.

Además para el balizamiento debe colocarse un transformador de alta aislación o más económicos: choques de RF para alimentación de 220 Vca. Deben llevar chisperos descargadores de entrada y salida (espinterómetros o en inglés: sparkgap). La distancia entre la torre y la caja es de 1 metro aproximadamente.

Para el caso del monopolo plegado, la caja va adosada a la torre y no requiere de descargador ni de transformador especial de balizamiento.

La unidad de sintonía de antena recibe la RF desde el transmisor a través de un cable coaxil o línea abierta.

El coaxil deberá ir enterrado en todo su recorrido. Nunca lo lleve aéreo porque trabaja como antena receptora y contaminará con RF al edificio del transmisor.

Esta cable generalmente se entierra a 40 cm de profundidad. Primero se hace una cama de arena de 5 cm, se coloca el cable que podrá acomodarse fácilmente y luego se lo tapa hasta 5 cms por arriba. Para evitar que por un accidente le diesen un puntazo con una pala u objeto punzante, se colocarán cerámicas mediacañas o se le volcarán 10 cm de hormigón pobre. Luego se tapará todo con tierra.

No olvide que ambos extremos del coaxil deberán llevar chisperos calibrados. Evite que de manera alguna le entre agua por sus extremos. Sea previsor y recuerde que aquí siempre estará sometido a las leyes de Murphy. Piense en todas las posibles fallas que podrían llegar a ocurrir y prevéngalas antes de que ocurran. La previsión nunca está demás aunque por el momento lleve a mayores costos. Plano de tíerra clásico Sistema de tierra de baja impedancia Protecciones a tener en cuenta: Desde el momento que uno tiene una torre en un terreno plano, sabe que puede tener algunos problemas por caídas de descargas directas o indirectas producidas por la acumulación de cargas eléctricas en algunos puntos de la torre. Si frente a una tormenta se produce en el extremo más alto una excesiva densidad de cargas eléctricas, se formará el “efecto corona” que es ayudado por la RF, con una tenue luz azul violácea, conocido también como el “Fuego de San Telmo”. Esas cargas tornan al aire un conductor eléctrico que acompañado de una alta temperatura, se eleva rápidamente produciendo en muy poco tiempo un camino para una descarga eléctrica. Es un rayo que en promedio entrega uno o varios pulsos de muy breve duración de unos 20000 amperes de promedio cada uno. Estos fenómenos son poco frecuentes pero cuando en ese lugar son seguidos, habrá que frenarlos especialmente para el caso de una torre de AM por sus consecuencias destructivas.

Esto requiere de la colocación de disipadores de estáticas convenientemente distribuidos en la parte más alta de la torre que tienen forma de racimo abierto de alambres de acero. Estos racimos de agujas similares a agujas de tejer permiten que las cargas estáticas allí acumuladas escapen al aire sin llegar a producirse el efecto corona, con lo cual se bajan la posibilidad de que se realice la caída de un rayo. A veces no son suficientes y es conveniente agregar más de éstos.

Lo que más comúnmente afecta a las antenas de AM son las descargas de riendas.

Las riendas de las emisoras de AM tienen aisladores convenientemente distribuídos en todo su largo. Los tramos de rienda entre aisladores se cargan con estáticas. Si el clima es demasiado seco, estas cargas allí acumuladas superan la tensión de aislación de los aisladores y se descargan con un pequeño arco eléctrico.

Igualmente ante la presencia de una tormenta eléctrica el pulso electromagnético emitido por un relámpago o rayo a la distancia producen el mismo efecto y las cargas acumuladas superan la aislación y las riendas se descargan en todo su largo, produciendo un pulso de corriente que recorre la rienda, la torre y el suelo. Ese pulso induce hacia el transmisor un pulso de energía que es más importante cuando todas las riendas se descargan simultáneamente. Ese efecto observado en la oscuridad se ve como un árbol de navidad seguido de unos chasquidos y es lo que debe evitarse, en especial cuando el transmisor es de los modernos transistorizados. Este problema se soluciona recurriendo a la colocación de choques descargadores de riendas explicado en nota aparte.

Estos elementos son necesarios tanto para una torre de base aislada como para el monopolo plegado que tiene su base a tierra.

uando la torre supera los 50 mts de altura, mayores serán los problemas por esta causa.

El 95% de las voladuras de transistores se deben a este efecto por lo que es muy importante colocarles esta protección y recomendamos no esquivarla. Los transistores ven una carga no apropiada y se destruyen antes de que actúe la protección. Aún cuando el transmisor estuviese apagado esta destrucción puede ocurrir por lo que es importante quitarlos de antena o cortocircuitarla.

El acoplador de antena algo ayuda y es deseable que actúe además de adaptador como filtro pasabajos. Puestas a tierra del edificio de la planta transmisora:

La planta transmisora (edificio) debe ser protegida de la RF proveniente de la antena para evitar realimentaciones indeseadas. Vimos que para ello era conveniente situarla a no menos de 1/4 de onda.

Otro punto importante es evitar que haya circulación de RF entre distintos puntos dentro de la planta y para ello debemos transformarla algo así como una balsa flotante sobre tierra. Debe tenerse en cuenta que las tierras ideales no existen pero en esta balsa todo subirá o bajará manteniendo su horizontalidad, dicho en símiles para entender el concepto.

Para que ésto suceda, se debe colocar un fleje de cobre (100x1mm) rodeando al edificio a nivel de suelo con jabalinas soldadas a estos flejes ubicadas a 2 largos de ellas. Si tienen 2 mts habrá que situarlas separadas a 4 mts.

Sobre ese aro se conectará todo cable de tierra empezando por los radiales si es que hasta allí llegan.

El cable coaxil de alimentación de antena entra al edificio pero antes de hacerlo, su malla se conectará a este aro de tierra.

El coaxil del enlace de programas también lo mismo. La alimentación de línea pasará por un filtro de línea del tipo modo común y entrará conectado a ese aro de tierra incluidos los varistores limitadores de tensión.

Es muy importante respetar este tipo de conexión, de otro modo podrían aparecer problemas incomprensibles a simple vista.

El transmisor también puede considerarse como una balsa. Hay que evitar que toda descarga inesperada circule por dentro del transmisor para evitar incongruencias en el control. Para ello conecte a tierra justo en la salida del coaxil y desconecte otra.

Todo cable que entre o salga del transmisor debe enrollarse en modo común a un anillo de ferrite para independizar las masas internas de las externas.

El enlace de programas y el procesador de audio se conectarán a tierra justo al punto de masa del transmisor, ésto vimos que es la salida del coaxil de potencia. Sus cables de alimentación irán con sus respectivos anillos de ferrite. Refrigeración:

Primero debemos ver cómo se enfría el transmisor para luego seguir con los demás elementos.

Normalmente el aire les entra a los transmisores por alguna abertura inferior y sale caliente por el techo.

El aire frio debe entrar a la habitación del TX casi a nivel de suelo y del lado en que vienen los vientos normalmente. La salida de aire caliente se hará por el lado contrario y de la parte más alta del edificio y hacia el lado que corre el viento la mayor parte del tiempo.

La entrada de aire deberá llevar filtros para evitar la entrada de tierra o polvo. Suelen usarse en 2 etapas donde la primera filtra lo grueso, tipo aceitosos lavables y la segunda filtra el polvo final. Observe que no haya excesiva resistencia al paso del aire.

La temperatura de entrada de aire no debe superar los 45ºC.

La salida de aire deberá tener aletas para permitir el paso de aire solo hacia afuera. Si hubiese 2 transmisores con sus salidas de aire independientes, las aletas de solo salida de aire son muy importantes.

Dependiendo de la potencia del transmisor, más de 5 KW deberá colocársele una campana justo en la salida de aire del transmisor y mediante un ducto llevarlo a la salida de aire del edificio donde se colocará un extractor apropiado de bajas revoluciones con ejes montados sobre rodamientos blindados. No olvide las aletas de paso unidireccional del aire.

En otros lugares donde el aire no es muy limpio, suelen colocarse equipos de aire acondicionado que recirculan el aire interior y lo enfrían. Para la elección de estos equipos deberá tenerse en cuenta la potencia perdida en calor del transmisor para la elección adecuada del equipo de aire acondicionado. Éstos deben estar duplicados de modo que ante la falla de uno de ellos pueda usarse el otro a modo de emergencia.

Solicite en fábrica el esquema del ducto, el que será construido en el lugar por un cinguero. Use chapas cincadas en caliente nro. 22/23. Las cañerías tendrán el diámetro del extractor. Para una mayor precisión habrá que conocer las dimensiones del edificio y dónde se colocarán los equipos. Prepare todo para un fácil mantenimiento.

Energía:

La energía eléctrica que ingresa desde la calle debe ser llevada al edificio de la planta con un cable bajo tierra.

Recuerde que cables aéreos actúan como antena y contaminarán todo con RF.

Para determinar la sección de cable a usar, sume todos los consumos y de allí tendrá la información de la corriente de los cables. La sección debe elegirse para una densidad de corriente por cable de 2 a 3 amperes por mm2.

Si tiene 20 amp por fase, la sección de cable será de 20 amp/(2amp/mm2)= 10 mm2. Recuerde que el consumo del transmisor es variable con la modulación de audio, por lo que no conviene una línea de mala regulación.

La energía entra a la planta y es llevada al tablero de energía donde se colocará una llave termomagnética para cada equipo específico con su corriente máxima admisible.

Desde el tablero de fuerza se manejarán los sistemas de enfriamiento e iluminación.

En el pilar de entrada de energía se colocará una llave seccionadora fusible normalizada o un interruptor termomagnético exigido por la empresa de electricidad.

Dentro de la planta siempre lleve estas alimentaciones por debajo del piso con canaletas a cada equipo. Tenga un plano eléctrico de todo lo que se hace para quienes deban realizar su mantenimiento o agregar nuevos equipos. Cables aéreos dentro de la planta suelen comportarse como antenas y hay que tratar de evitarlos en especial en plantas de alta potencia.

Para evitar circulaciones de corriente de RF entre equipos, use los anillos de ferrite. Cuando se ponen en marcha los equipos, verifique la temperatura de los ferrites.

Si calientan, los retornos de tierra no están trabajando adecuadamente y habrá que revisar el cableado. Algo no está bien conectado y los retornos de tierra no lo hacen por la conexión deseada.

Hay consultas de lugares donde se continúa trabajando con líneas monofásicas y muchas veces demasiado largas y con muy mala regulación. En el camino se van insertando cargas que manejan compresores de refrigeradores o equipos de aire que producen bajones de energía permanentemente.

Para transmisores de más de 2,5 KW de potencia de AM éstos pueden ser salvados con estabilizadores de tensión. Cuando esta potencia es excedida ya los transmisores vienen para alimentación trifásica. En estos casos suele colocárseles un generador sincrónico para generar la tercer fase, pero después hay que colocarles un regulador para estabilizar las 3 fases entre si. Esto dará una salida regulada de 3x220 Vca.. Hay también en disponibilidad otros equipos totalmente electrónicos que convierten la tensión monofásica en trifásica y regulada. El costo de estos elementos suele ser alto y en esos casos habrá que ver la posibilidad de conseguir una línea de alta tensión trifásica y en la planta transmisora con un transformador bajarla a 3x220 ó 3x 380 Vca en 50/60 Hz.

Esas líneas de alta tensión deberán llevar por encima de ellas un “hilo de guardia” que es un cable que en cada poste es derivado a tierra para que actúe como pararrayos en todo su recorrido. En lugares estratégicos se suelen colocar varistores limitadores de tensión de fases para ocasionales caídas de rayos. Qué elementos conforman un Planta Transmisora de AM:

En principio, 2 transmisores (principal y emergencia), enlaces de programa (principal y emergencia), un procesador de audio para AM con 2 salidas balanceadas para alimentar a los 2 transmisores independientemente y un monitor de modulación.

Para pruebas de mantenimiento, hará falta una carga artificial (fantasma) y una llave conmutadora de antena que permite conectar el TX1 con antena y TX2 con fantasma o a la inversa.

El tablero de fuerza puede operar con la tensión de calle o con un grupo electrógeno de emergencia. Este deberá de ser de arranque y parada automática.

Luces de balizas de torre, tendrán una caja con protecciones adosada a la torre para el manejo de las mismas con fotocélulas.

Nuevas normas para balizamiento han sido impuestas y se caracterizan por una luz tipo flash en su parte más alta y a media altura. Otros sistemas de iluminación de muy bajo mantenimiento se están usando ahora con el uso de LEDs de alto brillo.

El procesador de audio es un elemento que normaliza los niveles para mantener un buen nivel de modulación y permite elevar los valores promedios de modulación. Le da también a cada emisora su colorido o personalidad propios. Los programas suelen adaptarse a cada tipo de programación.

En AM, el procesador se sitúa al lado del transmisor debido a su modulación asimétrica y si se desea cambiarle la programación desde otro lugar deberá hacerse en forma remota. En un conector tipo Canon, 1 es “tierra”, 2 es “+” y 3 es “-”, que es un dato para recordar la polaridad de las conexiones.