Transmisor

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En electrónica y telecomunicaciones , un transmisor de radio o simplemente transmisor (a menudo abreviado como XMTR o TX en documentos técnicos) es un dispositivo electrónico que produce ondas de radio con una antena con el fin de transmitir señales hasta un receptor de radio . El propio transmisor genera una corriente alterna de radiofrecuencia , que se aplica a la antena . Cuando se excita con esta corriente alterna, la antena irradia ondas de radio.

Los transmisores son componentes necesarios de todos los dispositivos electrónicos que se comunican por radio , como estaciones de transmisión de radio (audio) y televisión, teléfonos celulares , walkie-talkies , redes informáticas inalámbricas , dispositivos habilitados para Bluetooth , abridores de puertas de garaje , radios bidireccionales en aeronaves, barcos, naves espaciales, equipos de radar y balizas de navegación. El término transmisor generalmente se limita a equipos que generan ondas de radio para fines de comunicación ; o radiolocalización , como radares y transmisores de navegación. Los generadores de ondas de radio para calefacción o fines industriales, como hornos microondas o equipos de diatermia , generalmente no se denominan transmisores, aunque a menudo tienen circuitos similares.

El término se utiliza popularmente de manera más específica para referirse a un transmisor de radiodifusión , un transmisor utilizado en radiodifusión , como un transmisor de radio FM o un transmisor de televisión . Este uso generalmente incluye tanto el transmisor propiamente dicho, la antena y, a menudo, el edificio en el que se encuentra.

Un transmisor puede ser una pieza separada de equipo electrónico o un circuito eléctrico dentro de otro dispositivo electrónico. Un transmisor y un receptor combinados en una unidad se denomina transceptor . El propósito de la mayoría de los transmisores es la comunicación de información por radio a distancia. La información se proporciona al transmisor en forma de una señal electrónica llamada señal de modulación, como una señal de audio (sonido) de un micrófono, una señal de video (TV) de una cámara de video o, en dispositivos de redes inalámbricas , una señal digital de una computadora. El transmisor genera una señal de radiofrecuencia que, cuando se aplica a la antena, produce las ondas de radio, llamadas señal portadora . Combina la portadora con la señal de modulación, un proceso llamado modulación . La información se puede agregar a la portadora de varias formas diferentes, en diferentes tipos de transmisores. En un transmisor de modulación de amplitud (AM), la información se agrega a la señal de radio variando su amplitud . En un transmisor de modulación de frecuencia (FM), se agrega variando ligeramente la frecuencia de la señal de radio . También se utilizan muchos otros tipos de modulación.

La señal de radio del transmisor se aplica a la antena , que irradia la energía en forma de ondas de radio. La antena puede estar encerrada dentro de la caja o adherida al exterior del transmisor, como en los dispositivos portátiles como teléfonos celulares, walkie-talkies y abridores de puertas de garaje . En transmisores más potentes, la antena puede estar ubicada en la parte superior de un edificio o en una torre separada, y conectada al transmisor mediante una línea de alimentación , es decir, una línea de transmisión .

Las ondas electromagnéticas son radiadas por cargas eléctricas cuando se aceleran . ^{[1] [2]} Las ondas de radio , ondas electromagnéticas de radiofrecuencia , son generadas por corrientes eléctricas variables en el tiempo , que consisten en electrones que fluyen a través de un conductor metálico llamado antena que cambian su velocidad y, por lo tanto, se aceleran. ^{[3] [2]} Una corriente alterna que fluye de ida y vuelta en una antena creará un campo magnético oscilante alrededor del conductor. El voltaje alterno también cargará los extremos del conductor de forma positiva y negativa alternativamente, creando un campo eléctrico oscilante alrededor del conductor. Si la frecuencia de las oscilaciones es lo suficientemente alta, en el rango de radiofrecuencia por encima de aproximadamente 20 kHz, los campos eléctricos y magnéticos acoplados oscilantes se irradiarán desde la antena hacia el espacio como una onda electromagnética, una onda de radio.

Un transmisor de radio es un circuito electrónico que transforma la energía eléctrica de una fuente de energía, una batería o la red eléctrica, en una corriente alterna de radiofrecuencia para aplicarla a la antena, y la antena irradia la energía de esta corriente en forma de ondas de radio. ^[4] El transmisor también codifica información, como una señal de audio o video , en la corriente de radiofrecuencia que se transportará por las ondas de radio. Cuando inciden en la antena de un receptor de radio , las ondas excitan corrientes de radiofrecuencia similares (pero menos potentes) en ella. El receptor de radio extrae la información de las ondas recibidas.

Un transmisor de radio práctico consta principalmente de las siguientes partes:

• En transmisores de alta potencia, un circuito de suministro de energía para transformar la energía eléctrica de entrada a los voltajes más altos necesarios para producir la potencia de salida requerida.
• Un circuito oscilador electrónico para generar la señal de radiofrecuencia . Esto suele generar una onda sinusoidal de amplitud constante , llamada onda portadora porque produce las ondas de radio que "transportan" la información a través del espacio. En la mayoría de los transmisores modernos, se trata de un oscilador de cristal en el que la frecuencia se controla con precisión mediante las vibraciones de un cristal de cuarzo . La frecuencia de la onda portadora se considera la frecuencia del transmisor.
• Un circuito modulador añade la información que se va a transmitir a la onda portadora producida por el oscilador . Esto se hace variando algún aspecto de la onda portadora. La información se proporciona al transmisor como una señal electrónica llamada señal de modulación . La señal de modulación puede ser una señal de audio , que representa sonido , una señal de vídeo que representa imágenes en movimiento o, en el caso de los datos, una señal digital binaria que representa una secuencia de bits , un flujo de bits . Los distintos tipos de transmisores utilizan distintos métodos de modulación para transmitir información:
  • En un transmisor AM ( modulación de amplitud ), la amplitud (intensidad) de la onda portadora varía en proporción a la señal de modulación.
  • En un transmisor FM ( modulación de frecuencia ) la frecuencia de la portadora varía según la señal de modulación.
  • En un transmisor FSK ( modulación por desplazamiento de frecuencia ), que transmite datos digitales, la frecuencia de la portadora se desplaza entre dos frecuencias que representan los dos dígitos binarios , 0 y 1.
  • OFDM ( multiplexación por división de frecuencia ortogonal ) es una familia de métodos de modulación digital complejos muy utilizados en sistemas de gran ancho de banda, como redes Wi-Fi , teléfonos móviles , radiodifusión de televisión digital y radiodifusión de audio digital (DAB), para transmitir datos digitales utilizando un mínimo de ancho de banda del espectro de radio . OFDM tiene una mayor eficiencia espectral y más resistencia al desvanecimiento que AM o FM. En OFDM, se transmiten múltiples ondas portadoras de radio con un espaciado cercano en frecuencia dentro del canal de radio, y cada portadora se modula con bits del flujo de bits entrante , de modo que se envían múltiples bits simultáneamente, en paralelo. En el receptor, las portadoras se demodulan y los bits se combinan en el orden adecuado en un flujo de bits.

También se utilizan muchos otros tipos de modulación . En los grandes transmisores, el oscilador y el modulador juntos suelen denominarse excitador .

• Un amplificador de radiofrecuencia (RF) para aumentar la potencia de la señal, para aumentar el alcance de las ondas de radio.
• Un circuito de adaptación de impedancia ( sintonizador de antena ) que transforma la impedancia de salida del transmisor para que coincida con la impedancia de la antena (o la línea de transmisión hacia la antena), para transferir energía de manera eficiente a la antena. Si estas impedancias no son iguales, se produce una condición llamada ondas estacionarias , en la que la energía se refleja de regreso desde la antena hacia el transmisor, desperdiciando energía y, a veces, sobrecalentando el transmisor.

En los transmisores de frecuencias más altas, en el rango de UHF y microondas , los osciladores de funcionamiento libre son inestables en la frecuencia de salida. Los diseños más antiguos utilizaban un oscilador a una frecuencia más baja, que se multiplicaba por multiplicadores de frecuencia para obtener una señal a la frecuencia deseada. Los diseños modernos utilizan más comúnmente un oscilador a la frecuencia de operación que se estabiliza mediante bloqueo de fase a una referencia de frecuencia más baja muy estable, generalmente un oscilador de cristal.

Dos transmisores de radio en la misma zona que intentan transmitir en la misma frecuencia se interferirán entre sí, lo que provocará una recepción distorsionada, por lo que ninguna de las transmisiones se recibirá con claridad. La interferencia con las transmisiones de radio no solo puede tener un gran costo económico, sino que puede poner en peligro la vida (por ejemplo, en el caso de interferencias con las comunicaciones de emergencia o el control del tráfico aéreo ).

Por esta razón, en la mayoría de los países, el uso de transmisores está estrictamente controlado por la ley. Los transmisores deben tener licencia de los gobiernos, bajo una variedad de clases de licencia según el uso, como transmisión , radio marina , banda aérea , amateur y están restringidos a ciertas frecuencias y niveles de potencia. Un organismo llamado Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT) asigna las bandas de frecuencia en el espectro radioeléctrico a varias clases de usuarios. En algunas clases, a cada transmisor se le asigna un indicativo de llamada único que consiste en una cadena de letras y números que debe usarse como identificador en las transmisiones. El operador del transmisor generalmente debe tener una licencia gubernamental, como una licencia general de operador de radiotelefonía , que se obtiene al aprobar una prueba que demuestra un conocimiento técnico y legal adecuado de la operación segura de la radio.

Las excepciones a las normas anteriores permiten el uso sin licencia de transmisores de corto alcance y baja potencia en productos de consumo como teléfonos móviles , teléfonos inalámbricos , micrófonos inalámbricos , walkie-talkies , dispositivos Wi-Fi y Bluetooth , abridores de puertas de garaje y monitores para bebés . En los EE. UU., estos dispositivos se rigen por la Parte 15 de las normas de la Comisión Federal de Comunicaciones (FCC). Aunque se pueden utilizar sin licencia, estos dispositivos generalmente deben estar homologados antes de su venta.

Los primeros transmisores de radio primitivos (llamados transmisores de chispa ) fueron construidos por el físico alemán Heinrich Hertz en 1887 durante sus investigaciones pioneras de las ondas de radio. Estos generaban ondas de radio mediante una chispa de alto voltaje entre dos conductores. A principios de 1895, Guglielmo Marconi desarrolló los primeros sistemas prácticos de comunicación por radio utilizando estos transmisores, y la radio comenzó a usarse comercialmente alrededor de 1900. Los transmisores de chispa no podían transmitir audio (sonido) y, en su lugar, transmitían información por radiotelegrafía : el operador presionaba una tecla de telégrafo que encendía y apagaba el transmisor para producir pulsos de ondas de radio que deletreaban mensajes de texto en código telegráfico, generalmente código Morse . En el receptor, estos pulsos a veces se grababan directamente en cintas de papel, pero lo más común era la recepción audible. Los pulsos eran audibles como pitidos en los auriculares del receptor, que eran traducidos a texto por un operador que conocía el código Morse. Estos transmisores de chispa se utilizaron durante las tres primeras décadas de la radio (1887-1917), llamadas la era de la telegrafía inalámbrica o de la "chispa". Debido a que generaban ondas amortiguadas , los transmisores de chispa eran eléctricamente "ruidosos". Su energía se distribuía en una amplia banda de frecuencias , lo que creaba ruido de radio que interfería con otros transmisores. Las emisiones de ondas amortiguadas fueron prohibidas por la ley internacional en 1934.

Después del cambio de siglo, empezaron a utilizarse dos tecnologías de transmisión competidoras de corta duración: los primeros transmisores de onda continua : el convertidor de arco ( arco Poulsen ) en 1904 y el alternador Alexanderson alrededor de 1910, que se utilizaron hasta la década de 1920.

Todas estas tecnologías tempranas fueron reemplazadas por transmisores de tubo de vacío en la década de 1920, que usaban el oscilador de retroalimentación inventado por Edwin Armstrong y Alexander Meissner alrededor de 1912, basado en el tubo de vacío Audion ( tríodo ) inventado por Lee De Forest en 1906. Los transmisores de tubo de vacío eran económicos y producían ondas continuas , y podían modularse fácilmente para transmitir audio (sonido) usando modulación de amplitud (AM). Esto hizo posible la transmisión de radio AM , que comenzó alrededor de 1920. La transmisión práctica de modulación de frecuencia (FM) fue inventada por Edwin Armstrong en 1933, quien demostró que era menos vulnerable al ruido y la estática que la AM. La primera estación de radio FM fue autorizada en 1937. La transmisión de televisión experimental había sido realizada por estaciones de radio desde fines de la década de 1920, pero la transmisión de televisión práctica no comenzó hasta fines de la década de 1930. El desarrollo del radar durante la Segunda Guerra Mundial motivó la evolución de transmisores de alta frecuencia en los rangos UHF y microondas , utilizando nuevos dispositivos activos como el magnetrón , el klistrón y el tubo de ondas viajeras .

La invención del transistor permitió el desarrollo en la década de 1960 de pequeños transmisores portátiles como micrófonos inalámbricos , abridores de puertas de garaje y walkie-talkies . El desarrollo del circuito integrado (CI) en la década de 1970 hizo posible la proliferación actual de dispositivos inalámbricos , como teléfonos celulares y redes Wi-Fi , en los que transmisores y receptores digitales integrados ( módems inalámbricos ) en dispositivos portátiles funcionan automáticamente, en segundo plano, para intercambiar datos con redes inalámbricas .

La necesidad de conservar el ancho de banda en el espectro radioeléctrico cada vez más congestionado está impulsando el desarrollo de nuevos tipos de transmisores, como el espectro ensanchado , los sistemas de radio troncalizados y la radio cognitiva . Una tendencia relacionada ha sido la transición en curso de los métodos de transmisión de radio analógicos a digitales . La modulación digital puede tener una mayor eficiencia espectral que la modulación analógica ; es decir, a menudo puede transmitir más información ( velocidad de datos ) en un ancho de banda determinado que la analógica, utilizando algoritmos de compresión de datos . Otras ventajas de la transmisión digital son una mayor inmunidad al ruido y una mayor flexibilidad y potencia de procesamiento de los circuitos integrados de procesamiento de señales digitales .

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  Transmisor de chispa de Guglielmo Marconi , con el que realizó los primeros experimentos de comunicación práctica por radiotelegrafía en código Morse entre 1895 y 1897
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  Transmisor de radiotelegrafía de alta potencia por chispa en Australia alrededor de 1910.
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  Transmisor de arco Poulsen de 1 MW de la Marina de los EE. UU. que generaba ondas continuas utilizando un arco eléctrico en un campo magnético, una tecnología utilizada durante un breve período desde 1903 hasta que los tubos de vacío tomaron el control en los años 20.
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  Un alternador Alexanderson , una enorme máquina giratoria utilizada como transmisor de radio a muy baja frecuencia desde aproximadamente 1910 hasta la Segunda Guerra Mundial.
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  Uno de los primeros transmisores de radio AM con tubo de vacío , construido por Lee De Forest en 1914. El primer tubo Audion ( triodo ) es visible a la derecha.
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  Uno de los primeros transmisores de radiodifusión de la BBC, a principios de los años 1920, en Londres. Los 4 tubos triodo, conectados en paralelo para formar un oscilador, producían cada uno unos 4 kilovatios con 12 mil voltios en sus ánodos.
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  El primer transmisor de radiodifusión FM experimental de Armstrong, el W2XDG, se encontraba en el Empire State Building de Nueva York y se utilizó para realizar pruebas secretas entre 1934 y 1935. Transmitía en 41 MHz a una potencia de 2 kW.
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  Conjunto transmisor de un radar de control de tráfico aéreo de 20 kW y 9,375 GHz , 1947. El tubo magnetrón montado entre dos imanes (derecha) produce microondas que pasan desde la apertura (izquierda) a una guía de ondas que las conduce a la antena parabólica.

• Lista de sitios de transmisión
• Lista de radios  – Lista de modelos específicos de radios
• Diseño de transmisor de radio
• Reloj de repetición
• Estación transmisora
• Transpositor
• Transmisor de televisión

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• Unión Internacional de Telecomunicaciones
• Página de tecnología de radio y transmisión de Jim Hawkins
• Sitio web técnico del transmisor de WCOV-TV
• Principales transmisores de televisión del Reino Unido, incluida información sobre cambios de grupo; consulte la sección Planificación del transmisor.
• Detalles de los transmisores de televisión digital del Reino Unido