Necesaria visita a los IMD3

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NOTA DEL EDITOR_WEB: Atendiendo a la extensión de este interesante artículo escrito por nuestro colega Hugo, (CO6HZ), debimos haber puesto una introducción del mismo en la primera página y alojar el trabajo completo en el FTP, lo cual no ha sido posible debido a problemas técnicos en dicho “almacén”. Es entonces que considerando la importancia del presente trabajo, decidimos publicarlo completamente en nuestro sitio web.

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Por: Ms.C. Hugo Batista Vázquez, CO6HZ
Actualizado: 22-06-2024

Se ha preguntado usted, ¿Qué es IMD3? Es obvio, que si usted es un profesional de las comunicaciones o ha estado durante años vinculados a transmisores de radio (profesionales o aficionados), le queda claro estas siglas. En caso contrario, la pregunta sigue teniendo una dosis de curiosidad.

Wikipedia establece que IMD3 “es una figura de mérito específica asociada con la distorsión de intermodulación de tercer orden (IMD3), que es una medida para sistemas y dispositivos no lineales, por ejemplo receptores, amplificadores lineales y mezcladores. Se basa en la idea de que la no linealidad del dispositivo se puede modelar utilizando un polinomio de bajo orden, derivado mediante el desarrollo de la serie de Taylor. El punto de intersección de tercer orden relaciona productos no lineales causados por el término no lineal de tercer orden con la señal amplificada linealmente, en contraste con el punto de intersección de segundo orden que utiliza términos de segundo orden.”

Este juego de palabras que para algunos lectores les resulta familiar y para otros resulta un concepto poco digerible en sus neuronas son motivos de interés para mí y deseo compartir en este material. Ahora, ¿qué comportamiento tiene el IMD3 al transmitir una señal de radiofrecuencia?

¿Qué comportamiento tiene el IMD3 al transmitir una señal de
Radiofrecuencia?

Aquellos que nos gusta construir nuestros radios con sus pasos de amplificación o amplificadores lineales que superen los 100 watts de potencias debemos tener presente y actuar en consecuencia para transmitir una señal limpia.

Me queda claro que el término “Potencia”, es demasiado genérico, existen los conceptos de potencia promedio o AVG, potencia pico o PEP, etc. Mi intención no es incursionar en los detalles de los tipos de potencia aunque pueden ser referenciados en el transcurso del material algunos de ellos.

Surge una interrogante: ¿Qué se entiende por señal limpia? Una idea muy elemental puede resultar aquella que considera una señal cuyos IMD3 se encuentran en los parámetros establecido. ¿Cuáles son esos parámetros?, son los IMD3 que se encuentran atenuados a no menos de -30dB de la potencia transmitida.

La FCC (Federal Communications Commision, Comisión Federal de
Comunicaciones) y la CEE (Comunidad Económica Europea), establecieron que la posible importación y comercialización de un transceptor de comunicaciones están condicionadas al cumplimiento de -30dB de atenuación como mínimo de los IMD3.

No puedo dejar de confesar que estos conceptos me han obligados a profundizar, limitando mucho mis dos pasiones como radioaficionado (Experimentación y Programación). Mi nivel cognoscitivo y profesional de estos conceptos y muchos otros son demasiados pobres y escasos.

Hoy me encuentro en mejores condiciones tecnológica que me permite incursionar en los anteriores conceptos y lograr una transmisión limpia cuyos IMD3 sean los adecuados.

En el mundo de las comunicaciones actuales ha tenido un gran peso la implementación de los SDR (Software Defined Radio, Radios Definidos por Software).

La radio afición no ha estado disociada de ella. Los grandes productores de transceptores como: Icom, Yaesu, Kenwood y muchos otros, han comprometidos su futuro en la utilización de los SDR.

El desarrollo tecnológico ha traído recursos importantes que mejora considerablemente las posibilidades de operación de los radios con la llegada de las generaciones de FPGA (Field Programmabled Gate Arrays, matriz de puertas programables en campo)

El uso de ambas tecnologías (SDR y FPGA) viene a resolver algunas deficiencias de los equipos análogos, pero también a introducir otros aspectos de interés actual. Resulta muy interesante y a la vez preocupante, que las grandes compañías como Icom, Yaesu, Kenwood y otras, están ignorando aspectos medulares provocados por la inclusión de la tecnología digital en sus transceptores.

Los métodos digitales introducen productos de distorsión muy diferentes y también producen sonidos extraños. En algunos casos, estas compañías utilizan recursos técnicos para mitigar el problema, en cambio, otras pasan por desapercibido los mismos e invaden el mercado con radios que tienen serios compromisos con la pureza espectral.

Es notorio encontrar en internet disimiles trabajo de chequeo de la funcionalidad a muchos de estos transceptores destinados a la Radioafición.

Radios que han llamado poderosamente la atención a los radioaficionados son los FTDX101D, FTDX101MP y el FT710 (éste último considerado el competidor más cercano al Icom IC-7300).

Muchos de los criterios que deseo compartir con ustedes están soportados en las revisiones y consultas realizadas en internet por profundos y serios conocedores de esta técnica. Entre ellos podemos mencionar a W8JI, AB2RA, ZL3DW, los laboratorios de Sherwood y muchos otros materiales que no coinciden con mi técnica actual, pero si me han permitido profundizar sobre estos temas viendo la posibilidad de interpolar o aplicar para el mejor rendimiento de mi estación.

Consultar la lista que publica los laboratorios de Sherwood sobre las
pruebas de los receptores disponibles en el mercado, es una oportunidad para decidir qué comprar o sencillamente profundizar en el conocimiento técnico de los algoritmos y funciones que disponen para obtener una buena recepción, pero no intento; como hemos planteado anteriormente en varias preguntas; analizar y discutir temas vinculados a la recepción, todo lo contrario, mi pregunta es: ¿Qué problemas están presentando los amplificadores de potencia en los radios modernos?.

Cuando decido ajustar los niveles de micrófono y activar el compresor de mi radio, ¿Qué comportamiento tiene los IMD3 en mi transmisión?, ¿Tendré una pureza espectral correcta?, ¿Cuáles son los niveles adecuados para este objetivo?

AB2RA (https://www.qrz.com/db/AB2RA), en uno de sus trabajos publicados en este link https://www.wirelessgirl.net/Projects/FTDX101D_AudioSetup.html, expresa en pruebas realizadas al FTDX101D, “La conclusión ineludible es que los circuitos ALC (Automatic Level Control) y AMC (Automatic Mic Gain Control) del FTDX101D son incapaces de garantizar una señal limpia en SSB”.

Este criterio me obligó a revisar las causas y los problemas inherentes a este radio, considerado un radio de referencia mundial. Localicé trabajos en internet sobre dicho radio y dediqué horas a leer y traducir publicaciones.

Mi conclusión final sobre este aspecto; avalado por consultas con otros radioaficionados con más de 40 años activos y experimentados técnicos; es que la compañía Icom utiliza la constante de tiempo (ALC) más rápido que Yaesu, lo cual mejora la pureza espectral de los Icom, es decir, los productos de intermodulación del 3er harmónico estarían suprimidos en el orden de los -30 dB y no aparecerían los splatters en la transmisión.

Yaesu no ha considerado este detalle y Janis (AB2RA) analizando el FTDX101D destaca que: “Un sistema de audio con un tiempo de ataque rápido podría haber controlado mejor la presencia de los splatters”. “Un tiempo de ataque lento permitirá que esos transitorios se recorten en el amplificador y provoquen splatters.”

Como este aspecto parece no estar claro en muchos operadores de radio y diseñadores de Yaesu, sucedió que un buen día; como tantos otros que comparto la radio con colegas, se promueve la pregunta de cuáles son los parámetros correctos del compresor y del micrófono para obtener una buena transmisión en el Icom IC-7300.

Cada uno de los presentes que compartíamos la frecuencia, expusieron sus criterios. Algunos afirmaron tener la compresión en 7 y el nivel de ganancia de micrófono en 60 aludiendo que los más que saben del tema afirman que esos son los valores correctos. Otros expusieron sus valores diferentes a los mencionados, pero en cada caso, me quedó la duda si ellos están conscientes de los valores asumidos.

Yo, conociendo las anteriores conclusiones y todos los trabajos revisados en internet, también expresé mi criterio y expuse que: “Yo modifico la ganancia de micrófono y el compresor del radio de tal manera que los niveles del ALC se encuentre en los valores definidos por Icom”. No tengo predefinidos valores fijos para el compresor y la ganancia de micrófono; ambos son considerados variables cuyos valores condicionan la correcta función del ALC.

En mis experimentos y pruebas he tenido la curiosidad de mover uno y otro a mi antojo, respetando que el ALC se encuentre en los valores correctos y en todas las pruebas espectrales que he solicitado, no existe presencia de IMD3.

AB2RA (Janis) precisa que: “Los ajustes del ecualizador también pueden provocar sobrecargas y splatters si no se ajustan correctamente”, este criterio me puso en total tranquilidad, pues los comentarios anteriormente dados a mis estimados colegas, estaban soportados por esta conclusión de AB2RA.

Estos productos de distorsión son una de las principales causas del ancho de banda excesivo que escuchamos en las frecuencias.

A mayor potencia de transmisión deseada, más probabilidad de ocurrencia de aparición de splatters existe. El aumento indiscriminado del audio de micrófono es el caldo de cultivo para modificar los valores de la constante de tiempo (ALC) y a su vez, éste compromete la pureza espectral de su señal.

Si este criterio predominara en la mente de cada operador de radio en HF y actuara en consecuencia, la actividad en las bandas estaría libre de splatters que terminan provocando molestias indeseadas.

A muchos nos interesa emitir señales fuertes para obtener mejor comunicado, pero no conocer los ajustes adecuados del radio que estoy operando, es un fracaso y deterioro de su conducta para con los demás.

Apoyo la idea que si usted desea comprender los productos de distorsión del FTDX101D y cómo minimizarlos, es necesario una visita y lectura obligatoria a: https://www.w8ji.com/transmitter_splatter.htm.

Recordemos que W8JI (https://www.qrz.com/db/W8JI) fue el radioaficionado que diseño los amplificadores más populares que conocemos hoy, además de haber sido el diseñador de los analizadores de antenas que poseemos muchos de nosotros.

El link anterior puede mostrarle criterios que le ayudaría mejor la comprensión de estos aspectos que hemos desarrollado. Aparecen afirmaciones y pruebas muy sólidas y seguro estoy que le resultará de agrado.

No obstante, no puedo dejar de mencionar algunas reglas a tener en cuenta que expresa W8JI.

      ***El espaciado máximo de frecuencia de los nuevos productos de intermodulación es la diferencia entre los tonos más bajos y más altos que modulan el transmisor.

      ***El ancho de banda total ocupado por una señal SSB, cuando incluimos los productos IM3, es  aproximadamente tres veces el ancho de banda de audio del sistema.

El problema de los IMD3 en los radios modernos tiene un punto de convergencia y es justamente la constante de tiempo del ALC, en la mayoría de los casos se debe a una incorrecta configuración de sus valores y que no siempre resulta bien explicados y argumentado en el manual de operación del radio.

Esto presupone que todos los fabricantes deberán reevaluar su proceso de diseño a la función ALC para evitar fallas de control. AB2RA en su trabajo consultado, propone que la solución definitiva de los IMD3 en los radios modernos sea valorado y resuelto usando los algoritmos dentro del DSP y no fuera de este.

Las investigaciones más profundas sobre la obtención de una pureza espectral están realizados en los sistemas digitales inalámbricos. Este aspecto ha sido tomado muy en serio por las compañías productoras de radio comunicación en HF mostrando resultados sólidos en los ANAN y los FLEX.

El 31 de enero del 2024, Icom liberó un firmware para el radio Ic-7610 en el cual activan la opción del DPD (Del inglés: Digital Pre-Distortions, Pre-distorsión digital) Esta tecnología corrige la distorsión no lineal en la etapa final del amplificador, aplicando de antemano distorsión inversa en la sección de pre-distorsión de la unidad FPGA. De esta manera el IC-7610 (radio de gama media) queda en niveles muy competitivos con los actuales radios de gama alta cuyos precios duplican el precio del IC-7610.

La imagen siguiente publicada por Icom, muestra la implementación del DPD en el IC-7610. https://www.icomjapan.com/lineup/products/IC-7610/

Introducido con el IC-7300, el sistema de muestreo directo de RF de Icom ha hecho que el rendimiento SDR sea asequible. Para entender bien lo peculiar del IC-7300 hay que mirarse bien el esquema de su arquitectura de “sampling directo” (ojo…. no todos los SDR son de “sampling directo”, que es la tendencia del futuro). La clave de las nuevas arquitecturas de los DSR de “sampling directos” es hacer DESAPARECER (“forever”) el mezclador superheterodino (¡Brindemos por el difunto superheterodino!) y hacer desaparecer las frecuencias intermedias, los filtros a cristales, etc.. y todos sus muchos problemas inherentes. De todo eso se encargan ahora las MATEMÁTICAS del software SDR gestionado por un super-chip “FPGA” y los chips “DSP”. Lo demás “caput”. Espero que esto aclare las dudas de quienes se preguntan como el IC-7300 puede ser a la vez tan bueno como tan barato: “es la FPGA”, es la respuesta.

Aquí radica la clave por la cual el IC-7300 se convirtió en el radio más vendido y de mayores unidades producidas en un año, cuyas cifras no ha sido superada en la actualidad por ningunas de las compañías que producen radios de HF.

El problema de la distorsión en la transmisión data desde la década de 1960; cerca de 64 años; y Janis en su trabajo expone: Apache Labs ha traído al menos dos modelos SDR que ofrecen una función de retroalimentación de software para reducir los productos IMD de tercer orden en transmisión a niveles muy bajos. Los amplificadores deberían tener una opción de retroalimentación de 'señal pura' para traer señales súper limpias a nuestras bandas... pero no la tienen. Le pregunté a Rob Sherwood sobre el terrible estado de algunas señales transmitidas y por qué los grandes fabricantes no tienen opciones de software para una señal pura. Indicó que puede deberse a la potencia de cálculo o al diseño del firmware en la arquitectura del transceptor".

Todo apunta que obtener una señal pura en la transmisión resulta de interés para las principales compañías que producen equipos de comunicaciones. No me queda duda que los modelos de radios futuros deberán estar más equipados y con soluciones a los problemas actuales detectados.

Icom ha presentado en los Estados Unidos un nuevo proyecto llamado X60, un nuevo transceptor dada la celebración de los 60 años de creación y desarrollo de la compañía. Las muestras presentadas de sus posibles tarjetas, obligó a innumerables especulaciones sobre las ventajas o superioridad de este proyecto y su posible modelo. Muchas suposiciones aparecen, pero la verdad final está por llegar. Lo confirmado por Icom es que tendrán un ejemplar listo para presentarlo en la feria del mes de agosto de este 2024 en Tokio.

Me resulta claro entender que: con la aplicación del Firmware al IC-7610 del DPD, el Pure Signal (Incluidos en los ANAN y Flex) y la sintonía variable del Tx, sean conceptos y funciones que podrían estar presente en el nuevo proyecto X60. Hasta el momento tenemos muchas especulaciones pues Icom no ha dado ninguna pista sólida de la nueva nave en producción.

Los criterios vertidos y las recomendaciones de los consultados, deja abierta la pregunta: ¿Quién optimiza mejor la arquitectura SDR, Icom o Yaesu?. Dejo a usted su reservada respuesta, la mía ya está definida.

He intentado reflejar en esta apretada síntesis algunas ideas que deseaba compartir con algunos amigos. En ocasiones, algo complejo en debatir por radio cuando los oyentes no tienen claridad de estos conceptos.

Agradecido por haber tenido la paciencia de leer cada párrafo y el perdón de haberle ocupado algunos minutos de su apreciado tiempo.

No ha sido intensión de profundizar con ejemplos y detalles superiores en aras de no generar incomodidad en la lectura. La publicación de AB2RA, por el cual me he apoyado, está muy detallada y recomiendo un estudio profundo y preciso para comprender mejor cada aspecto tratado en este material.

Perdonen mis escasas cualidades como escritor en una rama del cual no soy profesional. Gracias por su atención y espero que lo hayan disfrutado tanto como yo.

Escribir otros temas es de interés para mí, espero no extenderme tanto como en esta ocasión, pero me resulta algo casi imposible cuando intento llegar hasta lo más profundo en el debate.

73’DX, Hugo, CO6HZ.