AGC, ganancia de RF o como usar el receptor

AGC, Ganancia de RF o como se usa el receptor

Rev. 20110522 Rev. 20121101

Motiva esta breve nota una conversación que he tenido recientemente con algunos colegas.

Parece ser que la mayoría de los operadores consultados, por no decir todos menos uno, usan sus receptores en las bandas bajas de HF con la ganancia de RF al máximo y la de audio (o volumen) variando según las señales. Se ve que, como no hay indicación en los manuales de muchos transceptores y no todo el mundo lee el venerable Handbook en estos tiempos, muchos operadores no saben como usar un receptor.

El asunto es así: prácticamente todo receptor moderno (y moderno significa de la Segunda Guerra para acá) tiene demasiada ganancia de RF + FI en las bandas bajas. La mayoría de los receptores tiene mas ganancia que la necesaria en todas las bandas de HF en condiciones de ruido local urbano o suburbano por debajo de 18 MHz.

18MHz aproximadamente es la frecuencia por debajo de la cual el ruido que predomina es de origen terrestre (producido por el hombre o de origen atmosférico), a diferencia de lo que pasa por encima de esa frecuencia donde predomina el ruido cósmico. El piso de ruido de cualquier receptor práctico debería ser el ruido térmico de la primer etapa de RF por encima de esta frecuencia.

El nivel de ruido en áreas rurales alejadas de centros urbanos o cualquier otra fuente de ruido local (líneas de transmisión de energía eléctrica, etc.) en las bandas bajas de HF es muy inferior al que se experimenta en zonas urbanas y suburbanas. Tom Rauch, W8JI¹ establece que en su estación, en la banda de 160m, para un ancho de banda de 350Hz durante el día, en una antena vertical omnidireccional de 60 metros de altura, el nivel de ruido es -130dBm.

Durante las noches, con la banda abierta, el nivel de ruido aumenta entre 5 y 15dB. Rauch señala que para ubicaciones suburbanas el nivel de ruido esperable es del orden de unos 20dB mas intenso que en ubicaciones rurales silenciosas, y una ubicación urbana tiene otros 15dB de ruido adicional, es decir que en una ubicación urbana para las condiciones expresdas (160m, BW=350Hz, día) el piso de ruido estará alrededor de los -95dBm. En contraste, una ubicación suburbana relativamente “buena” tendrá solo unos -115 dBm.

Esto hace que un receptor en una zona urbana tenga el piso de ruido 35dB a 40dB mas alto que si estuviera ubicado en un lugar silencioso. Recuérdese además que la potencia de ruido es proporcional al ancho de banda; Tom usa un ejemplo sobre un ancho de banda típico para operar CW, pero en SSB el ancho de banda debe ser 5 o 8 veces mayor, por lo tanto la potencia de ruido total también será proporcionalmente mayor.

Muchos de nosotros por nuestra ubicación nos vemos obligados a trabajar con altos niveles de ruido, cuyo origen incluso está muy cerca de nuestras antenas.

AGC

En un receptor superheterodino, el Automatic Gain Control (AGC) o Control Automático de Ganancia (CAG) es un mecanismo de variación de ganancia de los amplificadores de FI y/o RF en función inversamente proporcional a la intensidad de la señal detectada. A trazo grueso, en AM esto significa que a mayor tensión en la salida rectificada del detector de AGC, se actúa reduciendo la ganancia de las etapas de FI y/o RF para mantener la señal de salida relativamente constante².

El AGC es un mecanismo que proporciona comodidad al oyente que experimenta fadding (particularmente en receptores de broadcasting) manteniendo el nivel de salida relativamente constante cuando la intensidad de la señal deseada es suficientemente fuerte para mantener el sistema AGC dentro de sus parámetros de funcionamiento, y no hay señales interferentes importantes en la banda de paso del receptor. Es claro que estas condiciones son comunes en las bandas de radiodifusión, pero no en las de aficionados.

En las bandas de aficionados el AGC es un accesorio útil cuando se está trabajando con señales fuertes y bien espaciadas o cuando se está haciendo una escucha casual con solo una señal importante en la banda de paso del receptor, y no hay interés en trabajar señales débiles. El resto del tiempo el AGC es un impedimento y no una ayuda; todas las tecnologías de AGC que existen introducen distorsión, reduciendo la inteligibilidad de las señales débiles y provocando mayor cansancio en el operador que así trabaja durante períodos prolongados.

Existen varios transceptores de las conocidas marcas japonesas que no disponen de la posibilidad de trabajar sin AGC. Casi todos pertenecen al período que va desde finales de los '70 hasta mediados de los '90. Estos transceptores pueden no ser apropiados para trabajar señales débiles dependiendo de como esté diseñado el lazo de AGC. A veces se los puede modificar pero algunos que he podido ver están mal diseñados, y es imposible operarlos sin AGC porque las etapas de FI tienen tanta ganancia que al cortar la acción del AGC comienzan a distorsionar inmediatamente en presencia de señales moderadamente fuertes en la FI.

Cuando algún colega dice que un receptor es “silencioso” lo que significa es que el AGC no está aplicando suficiente ganancia en ausencia de señales relativamente fuertes en la banda de paso. Esto se traduce en menor potencia de señal en la entrada de la etapa de audio, y se percibe como un bajo nivel de ruido. Dicho de otra forma, la curva de respuesta del AGC es tal que en condiciones de banda normales (normales para el: su antena, ubicación, etc.) y sin señal fuerte, ese receptor ajustado como está tiene poca acción del AGC (poca ganancia de RF/FI). Pasa que el AGC tiene un umbral para empezar a actuar que no es alcanzado por las señales débiles. Cuando se necesita trabajar una señal débil con en este diseño de AGC, hay que subir el audio y RF mucho para poder escuchar lo que está por debajo del umbral de AGC, pero si aparece una señal fuerte en la banda de paso del receptor se puede terminar con un tímpano estropeado :(

Ganancia de RF y ganancia de Audio

El ajuste del receptor, RF y Audio

Por fortuna hoy tenemos receptores mucho mejores en varios aspectos. Sin embargo, es fácil usarlos de forma tal que se pierdan muchas de las ventajas que proporcionan. Veamos como aprovechar al máximo el receptor de la estación.

Incialmente hay que determinar cuanta ganancia se necesita: desconectar la antena, cortar el AGC, reducir la ganancia de RF al mínimo, elevar el volumen (ganancia de audio) al máximo posible justo para empezar a escuchar el ruido interno del receptor. Usualmente, en un receptor no demasiado malo, el volumen se puede poner al máximo. Se está apenas escuchando el ruido interno del receptor. Este paso inicial conviene hacerlo con parlante y con auriculares, y anotar los ajustes en cada caso. No debieran ser muy distintos. Es necesario repetir este procedimiento en cada banda.

Con la antena desconectada y el filtro en el ancho de banda adecuado al modo que se va a usar, pero en general esto se puede hacer con el filtro mas angosto y va a ser suficiente para todos los demás, se ajusta la ganancia de RF hasta que el ruido del receptor comience a oírse por encima del soplido de audio. Este ajuste es el máximo nivel de ganancia que se puede usar. Cualquier incremento de ganancia a partir de ese punto es como mínimo inútil, pero en general, perjudicial (ver nota al final sobre receptores SDR y filtros DSP).

Se conecta la antena, se sintoniza un lugar de la banda donde no haya señales; se tiene que poder escuchar el ruido externo (proveniente de la antena) por encima del nivel de ruido del receptor. Se agrega atenuación (con el atenuador incorporado o con uno externo) paso a paso hasta que no se puede percibir mas el ruido de la antena. En ese punto (demasiada atenuación) se reduce la atenuación hasta que se vuelve a escuchar el ruido de la banda.

Por lo general hará falta retocar el control de ganancia de RF porque los pasos del atenuador suelen ser grandes (6 o 10dB).

En los receptores que cuentan con preamplificador, será necesario establecer el ajuste de piso de ruido del receptor (por encima del soplido de la etapa de audio) con el preamplificador conectado y sin antena. Si al apagar el pre con la antena conectada se deja de oír el ruido de banda, significa que para esa banda y con esa antena es necesario el pre. Si se sigue percibiendo el ruido de banda con el pre apagado en este punto, se procede a aplicar atenuación tal como se explica mas arriba.

Ruido y escucha

Para trabajar señales no demasiado cómodas, es imperativo el uso de auriculares. Cualquier par de auriculares es superior al mejor parlante. En serio.

Si se tiene que trabajar en un lugar ruidoso, los auriculares, o mejor aún, los monitores intracanal que utilizan los músicos en escena o que se venden para los reproductores multimedia portátiles, son insuperables.

Aquellos que pueden elegir dentro de su presupuesto un receptor moderno que disponga de límite de protección de alto volumen, deberían comprar uno de estos receptores y ajustar el nivel de protección para los auriculares que están usando. Esta característica ayuda muchísimo cuando se está trabajando una estación débil y sorpresivamente aparece dentro de la banda de paso del receptor un vecino cargando el lineal.

Conclusión

Para los que tenemos que operar habitualmente desde ubicaciones ruidosas, es de capital importancia conocer el receptor y saber utilizarlo para poder aprovecharlo al máximo, para no vernos limitados a trabajar solamente con las señales que nos llegan fuertes.

La mayoría de los receptores derivan la lectura del medidor de S de la línea del AGC; por esta razón, en estos receptores no se tendrá lectura en el medidor de S cuando el AGC esté cortado o cuando el control de ganancia de RF no esté al máximo. En casi todos los casos es posible observar que el cero del medidor sube al disminuirse la ganancia de RF. En estos casos no se podrá usar el medidor de S para dar el reporte de señal a la estación corresponsal, pero no importa: los medidores de S NUNCA están calibrados, la escala RST no es precisa, y además, con el receptor bien ajustado se podrán establecer contactos con estaciones que de otra manera no podrían ser trabajadas.

Actualización (20121101):

Estuve recibiendo algunos comentarios señalando que no todos los receptores se comportan del mismo modo, etc. Parece que vale la pena alguna aclaración.

Este artículo se refiere a receptores analógicos superheterodinos de simple o doble conversión que tengan control de ganancia de RF y AGC que se pueda desactivar.

En particular, estos comentarios NO son aplicables a ningún receptor que tenga AGC implementado en software (SDR) o bien filtros digitales (DSP) ya que en estos casos no se puede saber como funciona el AGC a menos que se tenga acceso al código.

En un SDR es posible que se necesite mucha señal llegando al ADC para que este pueda tomar muestras en todo su rango. Sin embargo, algunos de los receptores con SDR o con un filtro DSP que usé o uso son notables por el mal desempeño del AGC y los filtros de ruido (NF,NB) cuando la ganancia de RF es muy alta o muy baja: el rango del AGC se comprime (resultando en señales fuertes legibles pero perdiendo por completo señales moderadamente fuertes y débiles) y el NB distorsiona excesivamente o no llega a actuar.

No obstante, yo no tengo ni usé nunca un receptor que empeore al bajar la ganancia de RF por el método descripto acá.