Master de Software de Sistemas · Introducción LA RADIO DEPORTIVA: MUCHO MÁS QUE UN HOBBY CIENTÍFICO •LA RADIO DEPORTIVA ES UNA ACTIVIDAD COMPETITIVA DONDE PARTICIPAN RADIOAFICIONADOS

DISEÑO, PLANIFICACIÓN Y DESARROLLO DE UNA ESTACIÓN DE RADIO

EN HF DE ALTA COMPETITIVIDAD PARA RADIO DEPORTIVA

ETS Ingenieros de Telecomunicación

Universidad Politécnica de Madrid

Esta presentación es incompleta sin las

explicaciones orales que la acompañan Salvador Doménech Fernández, EA5DY

13 julio 2012

INDICE

¿QUÉ ES LA RADIO DEPORTIVA?

OBJETIVOS DEL PFC

DESARROLLO DEL PROYECTO

CONCLUSIONES

Introducción

LA RADIO DEPORTIVA: MUCHO MÁS QUE UN HOBBY CIENTÍFICO

•LA RADIO DEPORTIVA ES UNA ACTIVIDAD COMPETITIVA DONDE PARTICIPAN

RADIOAFICIONADOS COMPITIENDO A NIVEL MUNDIAL

•Duración de 24/48 horas

•Con el objetivo de realizar el máximo número de comunicados internacionales,

con el máximo posible de países o zonas del mundo,

•Utilizando seis bandas diferentes del espectro de onda corta

•COMBINACIÓN DE DESTREZA OPERATIVA E INNOVACIÓN TÉCNICA EN

RADIOCOMUNICACIONES DE HF

•CQWW DX CONTEST: EL EVENTO DEPORTIVO, DE CUALQUIER TIPO, CON MAYOR

NÚMERO DE PARTICIPANTES DE TODO EL MUNDO

•Más contendientes que en las Maratones de Londres o Nueva York

•Participantes de más de 150 naciones de todos los continentes

•La clasificación definitiva lleva meses de trabajo de análisis computerizado

•LAS ESTACIONES PUNTERAS REUNEN OPERADORES QUE RECORREN MILES DE KM

PARA ESTAR EN LAS MEJORES UBICACIONES DEL MUNDO

Objetivos

DISEÑAR Y CONSTRUIR UNA ESTACIÓN DE ALTA COMPETITIVIDAD,…

– …ES DECIR, UNA ESTACIÓN DE RADIO DE ALTAS PRESTACIONES, OPTIMIZADA PARA

COMPETICIONES Y CON CAPACIDAD DE OBTENER PUESTOS DE CABEZA

– LAS MEJORES ESTACIONES A NIVEL MUNDIAL COMBINAN:

– Extensos campos de antenas

– Ubicaciones geográficas privilegiadas

– Elevadas inversiones en equipamiento

– Experimentados equipos de operadores internacionales

Ejemplo: CR2X, Is. Azores

Ejemplo: CN2R, Marruecos

Desarrollo del proyecto

UNA ESTACIÓN HF DE ALTAS PRESTACIONES REQUIERE DESARROLLAR

CUIDADOSAMENTE CINCO COMPLEJAS ÁREAS CLAVE

• ELEVADA GANANCIA

• DIVERSIDAD AZIMUTAL

• DIVERSIDAD DE ELEVACIÓN

SISTEMAS

DE ANTENAS

HF

SISTEMAS

DE FILTROS

SELECCIÓN

UBICACIÓN

ÓPTIMA

TRANSMISORES

RECEPTORES

INTEGRACIÓN

OPERATIVA

• ELIMINACIÓN DE ARMÓNICOS

MÚLTIPLOS

• RX Y TX SIMULTÁNEOS

• ERGONOMÍA

• FUNCIONALIDAD

• INTELIGENCIA COMPETITIVA

• ALTA PUREZA ESPECTRAL

• ALTO MÁRGEN DINÁMICO

• ROBUSTEZ ANTE IMD

• ANÁLISIS PROPAGACIÓN HF

• CONDX GEOGRÁFICAS

Desarrollo: Selección de la ubicación

SE ANALIZARON CUATRO ZONAS DEL MUNDO

– ANÁLISIS DE LA PROPAGACIÓN HF HACIA

ZONAS CLAVE DEL MUNDO

– Horas de apertura

– Intensidad de señal esperable

– ESTRUCTURA DE PUNTUACIÓN DE LOS

PRINCIPALES CAMPEONATOS

– CONDICIONES DE RECEPCIÓN Y RUIDO LOCAL

– “ATRACTIVIDAD” DEL PAIS PARA LAS

ESTACIONES CORRESPONSALES

– PARA LA TOMA DE DECISIÓN, SE DESARROLLO UN ALGORITMO DE EVALUACIÓN QUE

ANALIZA LA PUNTUACIÓN MÁXIMA ESPERABLE DESDE CADA UBICACIÓN

CRITERIOS DE VALORACIÓN

EA peninsular

Canarias

Caribe sur

Brasil

Desarrollo: Selección de la ubicación

ALGORITMO DE SELECCIÓN DE LA UBICACIÓN

S S PTOS totales = (rate) x (S/N) x (band) Banda 24 h

•CANARIAS 100

•CARIBE SUR 98

•BRASIL 86

•ESPAÑA PENIN. 65

Desarrollo: Sistema de Antenas

CRITERIOS DE DISEÑO DEL SISTEMA DE ANTENAS

– ANTENAS DIRECTIVAS CON

DIVERSIDAD AZIMUTAL

– Lóbulos de radiación azimutales

amplios

– TX-RX HACIA DOS RUMBOS EN

SIMULTÁNEO

– LÓBULOS DE RADIACIÓN

ORIENTABLES EN ELEVACIÓN

– ANTENAS DE RECEPCIÓN INMUNES

AL RUIDO

– CAMPO DE ANTENAS < 1 Ha

INPUTS RESULTADOS

S/N objetivo en cada zona del mundo

Predicción horaria de propagación

por zona del mundo

Ángulos ionosféricos de llegada por

zona del mundo LÓBULO EN ELEVACIÓN

LÓBULO EN AZIMUT

Ejemplo de la banda de 28 MHz

CRITERIOS DE DISEÑO


CAMPO DE ANTENAS: CINCO TORRES DE 45 METROS DE

ALTURA CON 32 ANTENAS DIRECTIVAS

80m: 1 x 2 el

yagi

15m: 4 x 5 el

yagi

40m: 2 x 4 el yagi

10m: 4 x 5 el yagi

160m:1 x 2 el delta

(NA)

80m: 1 x 2 el

yagi

20m: 3 x 5 el

yagi

20m: 3 x 5 el

yagi

15m: 3 x 5 el

yagi

40m: 2 x 4 el yagi

10m: 3 x 5 el yagi

160m:1 x 2 el delta

(EU)

TORRE 1 TORRE 2 TORRE 3

TORRE 4 TORRE 5

SALA DE

RADIOS

(“Shack”)

130 m

77

m

45 m 45 m

45 m

• 10 METROS:

– 7 antenas Yagi de 6 elementos

• 15 METROS:


• 20 METROS:


• 40 METROS:


• 80 METROS:


• 160 METROS;

– 2 antenas delta-loop de 2 elementos

• RECEPCIÓN (80m y 160m)

– 4 antenas Beverage

ANTENAS DESARROLLADAS


ANTENAS PARA 160 METROS (1.850 kHz)

– 2 ANTENAS DE BUCLE EN DELTA DE 2 ELEMENTOS CON UN REFLECTOR PASIVO

– POLARIDAD VERTICAL

– 4 DIRECCIONES CONMUTABLES REMOTAMENTE

30m

16m

VENTAJAS:

• EXCELENTE RELACIÓN FRENTE/ESPALDA: REDUCCIÓN DE RUIDO

• CONMUTACIÓN INMEDIATA DE RUMBO

• BAJO ÁNGULO DE RADIACIÓN SIN REQUERIR ALTURAS ELEVADAS

• POLARIZACIÓN OPUESTA A LA SIGUIENTE BANDA (reducción interacción

destructiva)


ANTENAS PARA 80 METROS (3.500 kHz - 3.800 kHz)

– 2 ANT YAGI DE 2 ELEMENTOS ACORTADOS AL 60% MEDIANTE BOBINAS DE ALTO Q

– EXCELENTE F/B > 25 dB

– COBERTURA DE TODA LA BANDA MEDIANTE UNA RED ADAPTADORA

Lóbulo azimutal 3,7 MHz


ANTENAS PARA 40 METROS (7.000 kHz – 7.200 kHz)

– 4 ANT YAGI DE 4 ELEMENTOS DE TAMAÑO COMPLETO (21 m)

– EXCELENTE F/B = 25 dB

– COBERTURA DE TODA LA BANDA MEDIANTE DOBLE EXCITADO



ANTENAS PARA 20 METROS (14,0 MHz – 14,35 MHz)

– 6 ANT YAGI DE 5 ELEMENTOS DE TAMAÑO COMPLETO (10,5 m)

– EXCELENTE F/B > 27 dB, G = 9,6 dBi. SWR <1,3:1 EN TODA LA BANDA

– ANCHURA DE LÓBULO (-3dB) = 54º

Lóbulo elevación14,2 MHz

(antena a 42m de altura)



– 7 ANT YAGI DE 5 ELEMENTOS







– 7 ANT YAGI DE 6 ELEMENTOS DE ESPACIADO LARGO




APILAMIENTO VERTICAL DE LAS ANTENAS YAGI PARA CUBRIR

TODOS LOS ÁNGULOS IONOSFÉRICOS (ejemplo de 28 MHz)

TORRE 2

ANT 10-4: 38 metros s.n.s.




ENFASADO

SELECTIVO

Ganancia / ángulo vertical

Ant 1

Ant 2

Ant 1 + Ant 2

Ant 1+ Ant 2 + Ant 3

Desarrollo: Sistema de filtrado

EL RETO ES OBTENER ATENUACIONES ENTRE PUESTOS TX/RX

CONTIGUOS DE AL MENOS 147 dB

CONDICIONANTES

– TRANSMISORES CON 1500 W DE SALIDA Y POTENCIA

RADIADA DE MÁS DE 30 KW pire

– ANTENAS SITUADAS EN UN RECINTO INFERIOR A 500

METROS DE RADIO

– LAS BANDAS SON TODAS MÚLTIPLOS CONSECUTIVOS

DE FRECUENCIA

– EL ARMÓNICO INTERFERENTE NO DEBE BLOQUEAR

FRECUENCIAS EN LA BANDA SIGUIENTE (máx 1 ch)

– LA AUSENCIA DE INTERFERENCIAS ES UNA GRAN FUENTE DE VENTAJA COMPETITIVA

-150

-140

-130

-120

-110

-100

-90

-80

-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10

- 0

+10

+20

+30

+40

+50

+60

+70

+80

1500 W (potencia máxima del transmisor)

Daño en el receptor

Nivel de bloqueo a 50 khz en el receptor

Señal de S9+60dB

Señal de S9+40dB

Señal de S9+20dB

Señal de S9

Nivel de interferencia moderada

Umbral de ruido del receptor (típico RX K3)

Umbral de ruido del receptor (mejor banda)

10 kW

IMD en el RX a nivel de ruido

Nivel ruido externo en 20 m (típico)

Señal (dBm)


ESQUEMA GENERAL DEL SISTEMA DE FILTRADO

• SINTONIA AUTOMÁTICA

• PASO EN ALTA DE ALTO Q Y ALTA

IMPEDANCIA (lámparas de vacío)

• ELEVADA ATENUACIÓN DE ARMÓNICOS

• ATENUACIÓN SELECTIVA DE LAS BANDAS

DAÑINAS

• ELABORADO CON LINEAS DE TRANSMISIÓN • ACTIVO EN TX Y RX

• ATENUACIÓN DE 70 dB EN SIGUIENTE BANDA

• BAJAS PÉRDIDAS DE INSERCIÓN

• ELEVADA PUREZA ESPECTRAL

• MUY BAJO RUIDO DE FASE

TRANSMISOR

(Icom 7800)

FILTRO PASOBANDA

AMPLIFICADOR

LINEAL

FILTROS GRIETA CIERRA-BANDA

LÍNEA l/4 en

1er armónico


FILTRO PASOBANDA PARA CADA UNA DE LAS SEIS BANDAS

FILTROS PASO BANDA PARA 160, 40, 15

Y 10 METROS

C1 C3

C2 L2-A L2-B

L3 L1

FUENTE CARGA


FILTRO DE GRIETA PARA 80 METROS: PASA 3,7 MHz Y

ATENÚA 7 MHz, 14 MHz, 21 MHz y 28 MHz

– FILTRO PASO BANDA DE 3,65 MHz MÁS RESONADORES MONOBANDA PARA LOS

MÚLTIPLOS DE LA FRECUENCIA DE PASO

– LA CALIDAD DEL FILTRO ES MUY DEPENDIENTE DE LA CALIDAD DE LOS

COMPONENTES DISCRETOS

Abierto Abierto

9,08 m de coax LMR600 AMPLIFICADOR

LINEAL

ANTENAS

20m

9,08 m

de LMR600

9,08 m

de LMR600

Corto

4,54 m

de LMR600

Corto

4,54 m

de LMR600


FILTRO DE GRIETA PARA 20 METROS: PASA 14 MHz Y

ATENÚA 7 MHz, 21 MHz y 28 MHz

– REALIZADOS CON LÍNEA COAXIAL

DE TX DE BAJAS PÉRDIDAS.

– SOPORTA POTENCIAS > 2kW

– ATENUACIÓN > 45 dB en f1

– PÉRDIDAS DE INSERCIÓN DE 0,2 dB

EN f0

– CADA BANDA Y PUESTO DE OPERACIÓN DISPONE DE SU PROPIO CONJUNTO DE

FILTROS DE GRIETA (12 filtros de grieta en total)

Desarrollo: Transmisores-Receptores

SELECCIÓN DE LOS EQUIPOS EN BASE A CINCO CRITERIOS

– MSD: Mínima señal discernible

– MDB: Margen dinámico de bloqueo

– IMDDR: Margen dinámico de

distorsión por intermodulación

– IP3: Punto de intercepción de

tercer orden

– ERGONOMÍA

FlexRadio SDR-5000 132 123 99 47 media

Icom IC-7800 II 141 144 108 51 excelente

Elecraft K3/100 138 142 106 51 buena

Yaesu FT-Dx 5000 136 133 98 41 excelente

Yaesu FT-Dx 9000 D 134 138 100 46 buena

Ten-Tec Orion II 137 136 92 31 excelente

MSD MDB IMDDR IP3 ERGON.

Análisis: Laboratorios ARRL

RADIO A

(IC-7800)

AMPLIFICADOR

LINEAL

Antenas A

TX-RX

INTER-

LOCK

FILTRO

PASO-BANDA

Interfaz

MK2R

FILTROS

GRIETA

MATRIZ

CONMUTACIÓN

ANTENAS

Antena RX

U. CONTROL

RUMBOS

RED DE ÁREA LOCAL

RADIO A

(IC-7800)

AMPLIFICADOR

LINEAL

Antenas B

TX-RX

FILTRO

PASO-BANDA

Interfaz

MK2R

FILTROS

GRIETA

MATRIZ

CONMUTACIÓN

ANTENAS

Antena RX

PC puesto 2 PC puesto 1

Auricul. Microf. Llave CW Auricul. Microf. Llave CW

Mandos de

ROTORES

A los rotores de antena

Torre A

A los rotores de antena

Torre B

Desarrollo: Integración operativa

INTEGRACIÓN DE SISTEMAS DE UNA BANDA DE FRECUENCIAS

CON DOS PUESTOS DE OPERACIÓN

– ESTA CONFIGURACIÓN SE REPITE SEIS VECES, UNA POR CADA BANDA DE FRECUENCIAS

Desarrollo: Integración operativa

ERGONOMÍA Y FUNCIONALIDAD EN LOS PUESTOS DE OPERACIÓN

– TODAS LAS FUNCIONES DE CONTROL Y OPERACIÓN SE MANEJAN DESDE EL ORDENADOR

DEL OPERADOR (Log, equipos, antenas, análisis propagación, citas, rumbos, etc…)

– EJEMPLOS ILUSTRATIVOS DEL LAYOUT DE LOS PUESTOS DE OPERACIÓN

Estación NR5M, (TX, USA) Estación EB8AH*, (Gran Canaria)

(*) Estación record mundial en 2012 del CQWPX Contest SSB

Implantación

CALENDARIO DE IMPLANTACIÓN

– JALON 0: ADQUISICIÓN DE TERRENO, PERMISOS Y LICENCIAS DE OBRA...

– JALÓN 18: ENTREGA AL CLIENTE

Conclusiones

LÍNEAS DE INVESTIGACIÓN A FUTURO

•DESARROLLO DE FILTROS A CRISTAL MUY ESTRECHOS DE PASO VARIABLE PARA

OPERAR DOS ESTACIONES DE RUNNING EN LA MISMA BANDA.

•MODULAR EL ÁNGULO DE DESPEGUE DE LAS ANTENAS VARIANDO LAS FASES DE

ALIMENTACIÓN DE LAS YAGIS APILADAS MEDIANTE REDES DESPLAZADORAS DE

FASE

•OPERACIÓN AGRESIVA DE RUNNING Y S&P EN LA MISMA BANDA DECODIFICANDO EN

SIMULTÁNEO TODO EL ESPECTRO DE LA BANDA (SOLO VIABLE EN CW Y RTTY)

•ESTUDIO COMPARATIVO DEL DESEMPEÑO DE LAS SOLUCIONES DE ESTA ESTACIÓN

MEDIANTE ANÁLISIS ESTADÍSTICO DE LAS SEÑALES EN RECEPTORES REMOTOS

(REVERSE BEACON)

Conclusiones

SÍNTESIS DE LAS CONCLUSIONES (I)

•EL ANÁLISIS DE LA PROPAGACIÓN ESPERABLE Y LA SELECCIÓN DE LA UBICACIÓN ES

UN FACTOR DETERMINANTE PARA MAXIMIZAR LA PUNTUACIÓN

•LAS YAGIS OPTIMIZADAS POR ORDENADOR Y APILADAS SON UNA EXCELENTE

ALTERNATIVA PARA MODULAR LOS ÁNGULOS DE ELEVACIÓN ADAPTÁNDOLOS A LAS

CONDICIONES IONOSFÉRICAS

•ES VIABLE CONSTRUIR ANTENAS DIRECTIVAS DE HILO PARA 1,8 MHz CON ALTURAS

MODERADAS Y MUY ALTA EFICACIA MEDIANTE BUCLES EN DELTA

•LAS YAGIS ACORTADAS MEDIANTE BOBINAS DE MUY ALTO Q (Q>1500) PUEDEN

MANTENER UNA ELEVADA GANANCIA Y ALTO F/B

- A costa del ancho de banda que debe ser resuelto mediante redes de ajuste

•LOS FILTROS DE GRIETA CON LÍNEAS DE TX SON UNA EXCELENTE OPCIÓN PARA

ELIMINAR ARMÓNICOS SUCESIVOS CUANDO SE COMBINAN CON FILTROS PASOBANDA

•LA INTEGRACIÓN DE LA ESTACIÓN PARA PERMITIR TÉCNICAS AGRESIVAS DE

OPERACIÓN ES UNA CLARA FUENTE DE VENTAJA COMPETITIVA EN LOS CONCURSOS

Conclusiones

SÍNTESIS DE LAS CONCLUSIONES (II)

•ESTA ESTACIÓN PUEDE USARSE, DE MANERA INMEDIATA Y SIN MODIFICACIONES,

COMO ESTACIÓN DE COMUNICACIONES DE EMERGENCIA EN CASO DE CATÁSTROFE

•Cobertura mundial

•Capacidad para voz y datos por HF

•Autonomía energética plena

•Acceso a las bandas del Servicio de Aficionados y de las redes de emergencia

adyacentes

•E-mail mediante red Winlink2000

FIN

EF8HQ, Campeón Mundial IARU HF CHAMPIONSHIP 2009

AO8A, Campeón Mundial M/2 CQWW DX 2009

EF8R, Campeón Mundial M/M CQWW DX 2010

EB8AH, Campeón Mundial M/M CQWPX 2010

EB8AH, Campeón Mundial M/2 CQWPX 2011

EF8HQ, Campeón Mundial IARU HF CHAMPIONSHIP 2011

EF9A, Campeón África SO10m CQWW DX 2011

EB8AH, Campeón Mundial M/M CQWPX 2012

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