Telecomunicaciones 52

Telecomunicaciones

Introduccin a las telecomunicacionesFundamentos de las telecomunicacionesIntroduccinConocimientos generales de electrnicaCaractersticas de las ondas electromagnticas

Tipos de sistemas de telecomunicacionesClasificacin de los sistemasSistemas analgicos Modulacin en amplitud Modulacin en banda lateral Modulaciones angularesSistemas digitales Modulaciones digitales Digitalizacin de la voz

Comunicaciones por radioIntroduccin e historiaEl espectro radioelctricoElementos de un sistema de radiocomunicaciones Transceptores Antenas Lneas de transmisin Sistemas de adaptacin de antenas Conectores Suministro elctricoFundamentos de propagacin La Ionosfera Ecuacin de transmisin y factores de atenuacin Propagacin en las bandas de HF Propagacin en las bandas de VHF y UHFConsejos para la utilizacin de transceptoresSistemas de comunicaciones por radio Redes privadas mviles (PMR)

Abreviaturas

Introduccin a las telecomunicaciones

Las telecomunicaciones constituyen un elemento esencial para asegurar la coordinacin preventiva y operativa de los recursos movilizables en los casos de grave riesgo colectivo, catstrofe extraordinaria o calamidad pblica. Resulta obvio que existe una necesidad de transmitir mensajes de diversa ndole entre todos los servicios que intervienen en una situacin de emergencia, con la incorporacin de las ltimas tecnologas, de cara a que los rganos coordinadores puedan desarrollar su funcin de la forma ms eficaz posible y con informacin de primera mano acerca de la evolucin de la situacin de la emergencia.El conocimiento y comprensin del funcionamiento los nuevos sistemas de telecomunicaciones resulta prcticamente imprescindible, no slo en el mbito de la Proteccin Civil, sino en toda la globalidad de nuestra actual sociedad de la informacin.Todo miembro de Proteccin Civil necesita tener un conocimiento mnimo de la infraestructura de sistemas de telecomunicacin que pueden emplearse, as como la forma de complementarlos entre s para suplir los inconvenientes de sus puntos dbiles. Por ejemplo, los sistemas tradicionales de telecomunicacin por hilos pueden verse afectados por una catstrofe y Proteccin Civil debe ser capaz de restaurarlos o sustituirlos por otros que puedan ofrecer funcionalidades semejantes, como los sistemas radio.Las telecomunicaciones no solamente tienen importancia en el desarrollo de una intervencin en situacin de emergencia. Tambin son de gran utilidad para la realizacin de labores preventivas, de formacin y de comunicacin de masas.El avance tecnolgico en el campo de las telecomunicaciones ha sido espectacular en la segunda mitad del siglo XX, hasta el punto de que a da de hoy podemos hablar de nuestra sociedad como la "sociedad de la informacin".Por otro lado, las tecnologas ms punteras que ofrece actualmente este sector estn fuera del alcance o el conocimiento de gran parte de la sociedad. Como ya se ha dicho, las telecomunicaciones son un elemento fundamental para asegurar la coordinacin y la operatividad de Proteccin Civil, por lo que resulta vital que cualquiera de nosotros tenga al menos los conocimientos mnimos sobre los sistemas que actualmente estn en servicio.

Fundamentos de las telecomunicaciones

Introduccin

Telecomunicacin significa comunicacin a distancia: el envo de la informacin contenida en un mensaje desde un origen hasta un destino que se encuentra en un punto geogrficamente alejado, a travs de un canal de comunicacin.Nuestro primer objetivo ser definir una base de clasificacin de los diferentes sistemas de telecomunicacin, de tal forma que podamos encuadrar facilmente cualquier sistema para tener una primera idea de sus caractersticas.Cualquiersistema de telecomunicacinsirve para transmitir un mensaje a travs de un canal, utilizando los medios necesarios para adaptar la informacin al canal.

Lainformacina transmitir puede ser de naturaleza diversa: nuestra propia voz, un texto, una imagen. En ocasiones podremos transmitir la informacin sin modificarla, por ejemplo, al hablar por una radio convencional. Otras veces ser necesario adaptarla para ser transmitida: nuestro fax trata el documento que queremos enviar para transmitirlo por una lnea telefnica. El proceso de adaptacin normalmente implica ladigitalizacinde la informacin, de la que hablaremos mas adelante. En el momento en que la informacin entra al sistema de comunicacin, nos referiremos a ella comoseal.Elcanal de comunicacinse utiliza para transmitir la informacin a larga distancia. Puede tratarse de un medio almbrico (un cable coaxial, una fibra ptica) o inalmbrico (la atmsfera). Normalmente, para que la informacin alcance su destino, deber pasar por diversos canales de comunicacin: las ondas de radio pasan por el cable coaxial que conecta un emisor con su antena, para pasar despus a la atmsfera.Losmediospara adaptar la informacin son un conjunto de sistemas electrnicos sobre los que normalmente tenemos la capacidad de actuar para modificar parmetros de la comunicacin: un micrfono, una equipo de radio, un teclado, un mdem. En este captulo solamente vamos a tratar medios de comunicacin electrnicos, que utilizan ondas electromagnticas para cumplir con su funcin.En la siguiente figura se muestra un diagrama de bloques con los elementos bsicos de un sistema de comunicacin:

Diagrama de bloques bsico de un sistema de telecomunicacin. Eltransductores el elemento encargado de transformar la informacin en una seal elctrica, y viceversa. Por ejemplo, un micrfono transforma nuestra voz en una onda elctrica y un altavoz realiza el proceso contrario. La seal elctrica a que nos referimos se conoce comoseal en banda base. Eltransmisor (Tx)adapta la seal en banda base para su transmisin ptima a travs del canal de comunicacin. Este proceso se denominamodulacin. A travs del canal viaja unaseal modulada. Elreceptor (Rx)realiza la funcin inversa al transmisor,demodulandola seal captada del canal para transformarla en una seal elctrica en banda base, que despus ser convertida nuevamente al formato original del mensaje mediante otro transductor. La prctica totalidad de los sistemas actuales incluye una parte deprocesadotanto en transmisin como en recepcin. La finalidad del procesado es adaptar la seal de forma que sufra la menor degradacin posible cuando viaje a travs del canal. Dentro de este bloque podemos incluir elementos como amplificadores, digitalizadores, codificadores y filtros. El procesado tambin incluye otras funcionalidades, como el cifrado de la informacin para garantizar la confidencialidad.Como ya se ha indicado, los sistemas de telecomunicacin electrnicos se basan en la utilizacin de ondas electromagnticas. La seal en banda base que proporcionan los transductores ha de ser adaptada para ser transmitida por el canal, normalmente combinndola con otra seal electromagntica en un proceso denominado modulacin.En el proceso demodulacinintervienen varias ondas, como se muestra en la figura 1.2. La informacin en forma de seal banda base acta como seal moduladora, actuando sobre otra onda de frecuencia fija generada por el propio sistema que se conoce comoonda portadora, nombre que recibe por el hecho de portar la informacin mientras viaja por el canal. La combinacin de seal moduladora y onda portadora da lugar a unaonda modulada.El mensaje que nuestro sistema convierte en una seal elctrica en banda base, modula a una onda portadora para ser transmitida. La onda portadoranos sirve como soporte para transmitir la seal que lleva la informacin, que se conoce comoseal moduladora.

Normalmente una onda portadora es una onda sinusoidal que solamente ocupa una frecuencia. Por el propio proceso de modulacin, la seal modulada presentar la caracterstica de ocupar un rango de frecuencias superior al original. A este rango se le denominaancho de banda.

Proceso de modulacinEl ancho de banda definir lacapacidadde nuestro sistema para transmitir informacin. A mayor ancho de banda, mayor capacidad. Por ejemplo, una emisin de radio de FM comercial tiene mayor calidad que una emisin de FM de un "walkie-talkie", porque la primera ocupa un ancho de banda mucho mayor. De la misma forma, un acceso a Internet con un mdem estndar es mucho ms lento que un acceso con ADSL, porque el primero utiliza un ancho de banda mucho menor.Las seales utilizadas en los sistemas modernos de telecomunicacin son ondas electromagnticas. En el siguiente apartado veremos alguna de sus caractersticas. Conocimientos generales de electrnica

La corriente elcricaBsicamente la corriente elctrica es el movimiento de electrones en un medio conductor, resistivo o semiconductor.La corriente continuaLa corriente continua (C.C.) o corriente directa (D.C.) como su nombre lo indica es un flujo continuo de electrones es decir se mantiene constante durante todo el tiempo que este aplicado, ejemplo de elementos que proporcionen corriente directa estn las pilas o las bateras.Las pilas y las bateras mantienen en sus bornes un diferencia de potencial (voltaje) continuo.La corriente alternaLa corriente alterna (A.C.) como su nombre lo indica es un flujo de electrones "alterno", es decir vara a travs del tiempo pasando de un mnimo a un mximo varias veces dentro de un tiempo determinado (frecuencia).Este paso de la corriente de un mnimo a un mximo se denomina ciclo, y la cantidad de ciclos en un tiempo determinado se denomina frecuencia, la frecuencia se la mide en "Hertzios".Por ejemplo la corriente alterna en el hogar de 220 o 125 voltios vara de un mnimo a un mximo 60 50 veces en un segundo, es decir tiene una "frecuencia" de 60 50 ciclos por segundo (hertzios).El voltajePara que circule una corriente (flujo de electrones) por un circuito es necesario proporcionar al mismo una fuerza electromotriz, tensin o voltaje a sus bornes.Esta fuerza electromotriz o voltaje es el que obliga a los electrones a moverse por el circuito y su unidad de medida es el voltio (V).Hay voltajes directos (los que proporciona una pila), y voltajes alternos (como los que proporciona la toma de A.C. de la casa); un voltaje alterno producir una corriente alterna, un voltaje directo producir una corriente directa.A ms voltaje (mayor tensin) habr un mayor flujo de electrones y por lo tanto una mayor corriente (A), esta relacin viene definida en la ley del Ohm.La corrienteComo ya mencionamos anteriormente la corriente no es mas que el movimiento de los electrones, a mayor cantidad de electrones movindose habr una mayor corriente. La unidad bsica de medida de la corriente es el Amperio (A).La resistenciaLa resistencia es la oposicin que pone un medio al movimiento de los electrones (o corriente), a mayor resistencia en un circuito circular una menor corriente en el mismo.La unidad de medida del la resistencia es el Ohm.La corriente fluye por un circuito elctrico siguiendo varias leyes definidas. La ley bsica del flujo de la corriente es la ley de Ohm, as llamada en honor a su descubridor, el fsico alemn George Ohm. Segn la ley de Ohm, la cantidad de corriente que fluye por un circuito formado por resistencias puras es directamente proporcional a la fuerza electromotriz aplicada al circuito, e inversamente proporcional a la resistencia total del circuito.Esta ley suele expresarse mediante la frmula:I = V / RSiendo:Ila intensidad de corriente en amperios,Vla fuerza electromotriz en voltios yRla resistencia en ohmios.La ley de Ohm se aplica a todos los circuitos elctricos, tanto a los de corriente continua (CC) como a los de corriente alterna (CA), aunque para el anlisis de circuitos complejos y circuitos de CA deben emplearse principios adicionales que incluyen inductancias y capacitancias.Circuitos serie-paraleloUn circuito en serie es aqul en que los dispositivos o elementos del circuito estn dispuestos de tal manera que la totalidad de la corriente pasa a travs de cada elemento sin divisin ni derivacin en circuitos paralelos.Cuando en un circuito hay dos o ms resistencias en serie, la resistencia total se calcula sumando los valores de dichas resistencias. Si las resistencias estn en paralelo, el valor total de la resistencia del circuito se obtiene mediante la frmula.En un circuito en paralelo los dispositivos elctricos, por ejemplo las lmparas incandescentes o las celdas de una batera, estn dispuestos de manera que todos los polos, electrodos y terminales positivos (+) se unen en un nico conductor, y todos los negativos (-) en otro, de forma que cada unidad se encuentra, en realidad, en una derivacin paralela. El valor de dos resistencias iguales en paralelo es igual a la mitad del valor de las resistencias componentes y, en cada caso, el valor de las resistencias en paralelo es menor que el valor de la ms pequea de cada una de las resistencias implicadas. En los circuitos de CA, o circuitos de corrientes variables, deben considerarse otros componentes del circuito adems de la resistencia como son las reactancias capacitivas e inductivas.Circuitos derivadosHasta este momento se ha visto que la corriente procedente de uno de los polos de un generador circulaba por un conductor en el que estaban intercalados elementos de consumo: resistencias, lamparitas, motores, etc., para regresar al otro polo del generador cerrndose as lo que se conoce como circuito serie. Ocasionalmente se ha explicado la existencia de diferentes caminos para la corriente a partir de un mismo generador, tal es el caso de los shunts o resistencias puestas en paralelo con los ampermetros. Estos circuitos que admiten varios caminos para la corriente elctrica son los circuitos derivados.La aparicin de los circuitos derivados ha supuesto introducir los conceptos de red, rama, nudo y malla, trminos relacionados con las explicaciones y estudio de este tipo de circuitos.El significado de estos conceptos, es el siguiente:Red: Recibe esta denominacin cualquier circuito elctrico o electrnico puesto que es la combinacin de generadores y de elementos elctricos o electrnicos interconectados entre s mediante conductores de hilo o de circuito impreso.Rama: Tambin se la conoce como brazo de la red y est formada por un nmero determinado de elementos en serie.Nudo: Constituye cualquiera de los puntos de unin en una red, aquellos en los que convergen dos o ms ramas.Malla: Es la ramificacin o ramificaciones que dan lugar a un paso continuo en la red.Con respecto a este ltimo concepto hay que prestar atencin a la figura anterior, ya que en ella se observa claramente la existencia de tres mallas o posibles recorridos para la corriente procedente del generador E. Estos tres caminos son, partir del polo positivo, llegar al punto A atravesando R1 y, desde all, pasar por R2 y R3 hasta llegar al punto B y cerrar el circuito llegando al polo negativo, o efectuar el recorrido entre A y B por R4, que es la segunda posibilidad y, finalmente, la tercera sera pasar por R5 y R6.Es fcil observar que la diferencia entre las tres mallas estriba solamente en la triple posibilidad marcada por las tres ramas que conectan los dos nudos.Leyes de KirchhoffEn el clculo de circuitos de corriente continua, junto a la ley de Ohm es imprescindible conocer las leyes de Kirchhoff, leyes que hacen referencia a los nudos y a las mallas puesto que nos permiten relacionar entre s las dos magnitudes variables que intervienen en la prctica, la intensidad y la tensin, teniendo como magnitud constante la o las resistencias dispuestas en diferentes puntos del circuito.Primera ley de KirchhoffDe acuerdo con la convencin adoptada universalmente, considerando que la corriente elctrica arranca del polo positivo y despus de distribuirse por todo el circuito regresa ntegra al polo negativo, basta seguir el recorrido de la misma para observar que toda la corriente que llega a un nudo debe salir del mismo.Fijemos nuestra atencin en el detalle de los dos nudos A y B de la red vista anteriormente. Si se asigna el signo positivo a las corrientes que "entran" y el signo negativo a las corrientes que "salen" de un nudo se dispondr de una referencia al camino seguido por las diferentes corrientes.La corriente que sale del polo positivo y que es referenciada como I, llega al nudo A y se reparte entre las tres ramas dando lugar a tres intensidades, I1, I2 e I3, de tal manera que stas se agrupan seguidamente en el nudo B dando como resultado la intensidad I que retorna al generador.Con arreglo a estas explicaciones, en el nudo A la corriente I ser positiva, mientras que les correspondera signo negativo a las corrientes I1, I2 e I3. Sin embargo, en el nudo B sucedera todo lo contrario, I1, I2 e I3 son de signo positivo porque entran en l, mientras que la nica corriente que sale es precisamente I a la que correspondera un valor negativo. Esto que podra parecer un contrasentido a simple vista no es as sino que mantiene las condiciones generales de que la corriente va de positivo a negativo.A partir de todas estas premisas es fcil comprender el enunciado de la primera ley de Kirchhoff:"La suma de las corrientes que llegan a un nudo es igual a la de las corrientes que parten del mismo".Si adems se tiene en cuenta la convencin de los signos puede escribirse esta ley diciendo que:En todo nudo la suma algebraica de las intensidades es nula. La expresin algebraica sera: I = 0(El signo "sigma mayscula" se lee sumatorio o suma de ...)La suma algebraica de las intensidades, es decir, el resultado de sumar todas ellas de acuerdo con el signo que les acompaa, es igual a cero, lo que se interpreta como que en un nudo no puede almacenarse corriente y toda la que entra sale del mismo.Segunda ley de KirchhoffTambin se la conoce como la ley de las mallas que dice lo siguiente:"La suma algebraica de las fuerzas electromotrices es igual a la suma algebraica de los productos de la resistencia de cada parte en que se puede descomponer el circuito por la corriente que circula por la malla".Esta ley viene a contemplar el reparto de tensiones en un circuito, descomponindolo en las diferentes cadas parciales.Al estudiar las cadas de tensin en un circuito serie se comprob que la suma de las tensiones en bornes de cada elemento de consumo deba ser igual a la proporcionada por el generador.V = Vl + V2 + V3Cada una de las tensiones V1, V2 Y V3 es el resultado de multiplicar la intensidad general por cada una de las resistencias.La segunda ley de Kirchhoff generaliza estas explicaciones para aquellos circuitos serie o en las mallas de un circuito paralelo o en derivacin en el que pueden existir uno o ms generadores y diferentes elementos de consumo.Todo circuito puede reducirse a un circuito elemental con un solo generador y un elemento de consumo, de manera que el comportamiento de ambos sea igual al comportamiento de todo el circuito completo.El trabajo, mecnico o elctrico, se mide en julios. Si se considera el trabajo realizado en la unidad de tiempo aparece la magnitud potencia.En electricidad y electrnica la potencia se mide en vatios (W)Un vatio es la potencia que realiza un trabajo de un julio en el tiempo de un segundo.P = W / tLas tres expresiones de la potencia vendran determinadas segn que la midamos utilizando respectivamente las unidades tensin y corriente, resistencia y corriente o bien tensin y resistencia. El origen de las mismas sera el que sigue:P = V x IP = R x I2P = V2 / RDe las tres frmulas, las ms utilizadas son las dos primeras puesto que en las operaciones es ms fcil realizar un producto que un cociente, adems puede pasarse de una frmula a otra con slo efectuar las transformaciones de acuerdo con la ley de Ohm.En los circuitos electrnicos la potencia de los mismos se expresa en vatios. As, la potencia elctrica de los generadores de corriente continua emplean el vatio como unidad aunque en el caso de las pilas o pequeos acumuladores la potencia vendra dada en un submltiplo de esta unidad, el milivatio, como unidad ms adecuada a las potencias que se manejan. Sin embargo, los grandes generadores, como pueden ser las grandes dinamos o la corriente continua despus de grandes rectificaciones a partir de la corriente alterna emplean una unidad mayor, el kilovatio (kW).1 mW = 0,00l W1 kW = 1.000 WLa potencia elctrica se la mide con un "Vatmetro" y los hay para diferentes aplicaciones, tanto para circuitos elctricos de potencia como para medir la potencia de salida de un radiotransmisor, en este caso miden la potencia de salida de radiofrecuencia.Potencia de disipacinComo uno de los datos especficos de las resistencias se haba fijado la potencia de disipacin, es decir, la facultad de que una determinada resistencia admita el paso de corriente a su travs y sufra un calentamiento debido al roce entre electrones y tomos.Ahora conocemos todas las magnitudes que intervienen para fijar la potencia de disipacin, a saber, resistencia, intensidad y tensin, y adems, se han visto las diferentes frmulas que las relacionan entre s.Cuando se coloca una resistencia en un circuito no se la utiliza prcticamente como elemento calefactor sino que su misin es la de crear una diferencia de potencial en sus bornes, que contribuya al adecuado reparto de la tensin entre los diferentes componentes que integran los circuitos.El resultado de multiplicar el valor hmico de la resistencia (medido en ohmios) por el cuadrado de la intensidad (medida en amperios) o bien el producto de la tensin (en voltios), existente en bornes de la resistencia, por la intensidad (en amperios) que pasa por ella, da como resultado la potencia en vatios que se transforma en calor.Por ejemplo, una resistencia de 10 kQ por la que circula una intensidad de 20 mA tendra que disipar los siguientes vatios:P = R x I2La resistencia debe venir dada en ohmios y la intensidad en amperios.10 kQ = 10.000 ohmios20 mA = 0,02 AEstamos en condiciones de obtener la potencia:P = 10.000 x (0,02) 2P = 4 WTeniendo en cuenta que 1 W proporciona 0,24 caloras por segundo en esta resistencia tendra lugar una produccin de calor igual a:0,24 x 4 W =0,96 caloras por segundoEl paso de la corriente por la resistencia origina un aumento progresivo de la temperatura y parte del calor es absorbido por la propia resistencia, mientras que el aumento de la temperatura es paulatino y provoca el paso del calor hacia las proximidades de la misma.Es muy importante dotar a las resistencias del tamao adecuado para el calor que disipan, por lo cual las encontramos de formas y dimensiones diferentes.A partir de la potencia de disipacin en vatios y del valor de la resistencia es posible averiguar la mxima intensidad que sta admite.Precisamente es frecuente encontrar resistencias quemadas cuando se trata de reparar algn equipo. En la mayora de los casos esta avera se debe al mal estado de algn componente o al cruce entre diferentes secciones del circuito, lo que provoca un cortocircuito que da lugar a una excesiva corriente y con ella la destruccin de las resistencias.Cdigo de colores en resistencias

Clculos con resistencias

Clculos con resistencia interna del generadorSea Rc = 3 ; Ri = 1 por ley de Ohm :

la potencia generada en calor por la resistencia Rc ser:Wc = I2x Rc = 32x 3 = 9 x 3 = 27 Wattsdebe siempre tenerse presente que la resistencia interna de cualquier generador debe considerarse como una resistencia en serie con la carga aplicada a dicho generador.

Clculo de resistencias en serievalor de R1 = 320 ; R2 = 300 por ley de ohm

W = I2x RT= 0,01932x 620 = 0,232 WW = E x I = 12 x 0,0193 = 0,232 WComo se aprecia la potencia se puede obtener conociendo la tensin y la intensidad o bien conociendo la intensidad y la resistencia.

Clculo de resistencias en paraleloValor R1 = 10 ; R2 = 20 ; R3 = 10 primero debemos calcular la red serieR2+ R3= 20 + 10 = 30 y luego la red paralelo resultante RT

Como se ve la resistencia total resultante es menor que la menor de las resistencias individuales del circuito.Relacin de potencia o tensinEl odo humano recibe impulsos de aire que denominamos sonidos y cuya frecuencia va desde 20 ciclos (sonidos graves) a 15.000 ciclos (sonidos agudos) pero los percibe en forma logartmica o sea que a menor ciclaje se necesita mayor potencia para ser escuchado. Es por esta razn que la potencia sonora no se mide en vatios sino en DECIBELES. De la misma manera las seales de radio se miden en decibeles y como es una relacin logartmica, aumentando diez (10) veces la potencia generamos un aumento de solo diez (10) decibeles. Su abreviatura es - dB - y debemos dejar claro que en radio como se trata de una relacin debemos establecer un valor de referencia para 0 dB y este por convencin es 100 microvolt.A continuacin se proporciona una tabla de ganancia en dB. para tensiones y potencias:dBGanancia de potenciaGanancia de tensin

011

321.4

642

12164

2010010

30100031.6

4010000100

50100000316

6010000001000

El decibelio se define por las siguientes frmulas:N (dB) = 10 x log (Ps / Pe) (las potencias en watt).N (dB) = 20 x log (Es / Ee) (las tensiones en Volt).N (dB) = 20 x log (Is / Ie) (las intensidades en amperes), los subndices (s) es salida y (e) entrada.Medidas en decibelesSe ha establecido una convencin muy cmoda para la comparacin de niveles de potencia elctrica, o de niveles de seal en un circuito, o niveles de tensin, haciendo uso de los logaritmos vulgares o sea los de base 10. Este criterio de comparacin es el decibelio (dB) y un circuito que tenga amplificacin o que tenga atenuacin se dice que tiene ganancia de q decibelios, siendo:

y as por ejemplo si un amplificador tiene una salida de potencia de 100 Watt como resultado de una entrada de 1 Watt se dice que este amplificador gana 20 dB, puesto que : q = 10 log100/1 = 10 x 2 = 20 dB. Debemos aclarar que el logaritmo es sencillamente el exponente al que hay que elevar la base para obtener el nmero y en el caso descrito anteriormente el logaritmo de l00 es 2 (existen tablas) de ah que los logaritmos de 1, 10, 100, 1000, etc. sean respectivamente 0, 1, 2, 3, etc. El Decibelio (dB) es una unidad de medida que expresa una relacin ya sea de potencia, voltaje, sensacin sonora, etc., y a menos que se conozca el valor de las variables (voltios, vatios, etc.) no ser posible convertir un determinado nmero de decibelios en los valores de la otra variable, porque los decibelios indican nicamente el factor de multiplicacin o de divisin de la variable conocida. Cuando dos voltajes o dos potencias sean iguales, su relacin ser de 1:1 y por tanto se expresa como 0 dB. Cuando se habla de potencias y la misma se duplica, la relacin ser 2:1 y la ganancia es de + 3,01 dB y cuando la potencia se reduzca a la mitad, la relacin ser 1:2 o sea 0,5 y habr una prdida de -3,01 dB. Si la potencia se vuelve a duplicar, la relacin ser 4:1 y la ganancia de + 6,02 dB. Por lo expuesto debe tenerse siempre presente que los nmeros en decibelios NO son directamente proporcionales a las relaciones ya que la correspondencia es logartmica. Cuando se expresen relaciones de voltajes en lugar de potencia, el nmero de dB ser doble del expresado para potencias y as por ejemplo la duplicacin de voltaje (relacin 2:1) significa una ganancia de + 6,02 dB. Debe tenerse presente que cuando se trata de comparar ganancias de voltajes los mismos deben medirse a impedancias iguales en cambio cuando se comparan potencias no se tiene en cuenta las diferencias de impedancia.bBi: El dBi es el valor en decibeles de una antena con relacin a un radiador isotrpico.dBw: El dBw es el valor en decibeles de una potencia radiada aparente con relacin a un (1) watt.dBm: Convencionalmente se ha establecido el nivel dBm como relacin entre dos magnitudes definidas para mediciones absolutas y es el valor en Decibelios referido a la potencia de un (1) milivatio. O sea que en stas condiciones cero (0) decibelios equivale a un milivatio tomado sobre una carga de 600 y en funcin de la tensin se tendra que 1 dB = 0,775 Volt.Introduccin a la electrnicaLos circuitos electrnicos constan de componentes electrnicos interconectados. Estos componentes se clasifican en dos categoras: activos o pasivos. Entre los pasivos se incluyen las resistencias, los restatos, los condensadores, los transformadores, y los inductores. Los considerados activos incluyen las bateras (o pilas), los generadores, los tubos de vaco y los transistores. Hay una cantidad y diversidad enorme de estos componentes, as que solo mencionaremos los ms utilizados e importantes para nosotros.ResistenciasSon elementos construidos de materiales que se oponen al paso de la corriente elctrica. Los hay de diversos tamaos y formas que dependen en que circuito se los va ha utilizar. Existen dos tipos fundamentales de resistores los fijos y los variables. Los resistores fijos son comnmente de una composicin de carbn, hilo bobinado o de pelcula. Una corriente puede circular por un conductor solamente si hay una causa que empuje los electrones a moverse y sta causa es la fuerza electromotriz. Pero la intensidad de la corriente que circula por el conductor est limitada por varios factores. Podemos comparar la intensidad de la corriente que fluye de una fuente de energa con el agua que sale de un tanque. La cantidad de agua depende de la altura del tanque (comparable a la tensin de la fuente) y al dimetro del cao y esto lo podemos comparar con la electricidad ya que un conductor muy fino opondr una gran resistencia al paso de la corriente en cambio un conductor grueso casi no ofrecer resistencia. De esto se desprende que la resistencia esla oposicin al paso de una corriente. La unidad de resistencia es el OHM () y sus mltiplos el Kilohms y el Megohms y puede definirse como si conectando un conductor a una fuente de energa de 1 Volt por l circula una corriente de 1 Amper la resistencia de dicho conductor ser de 1 . Toda resistencia genera calor y por tanto al dimensionar un circuito debemos tener en cuenta ese calor y determinar el tamao fsico de la resistencia que est en relacin con los watt de disipacin de calor.TransformadoresComponente basado en la disposicin de dos bobinados acoplados magnticamente. El uno es el primario y el otro el secundario. Para mejorar el acoplamiento, el espacio vaco entre los dos bobinados es reemplazado por un ncleo ferromagntico de chapas o ferrita segn la frecuencia de funcionamiento.Estamos acostumbrados a citar los transformadores como integrantes de los circuitos de alimentacin de equipos electrnicos y tambin al hablar de la produccin de energa elctrica.En las centrales se emplean los transformadores para elevar la tensin y mejorar las condiciones de transporte de energa, para despus reducir esta alta tensin a niveles adecuados para el consumo domstico o comercial.Otra de sus mltiples aplicaciones es como transformadores de antena, de frecuencia intermedia, de osciladores, etc.Es una forma idnea para acoplar impedancias de los circuitos amplificadores de radiofrecuencia o audiofrecuencia.DiodosSon elementos semiconductores que permiten la conduccin de corriente en un sentido, y lo impiden en el opuesto. Son utilizados para la rectificacin de la corriente, para detectores, etc.Diodo ZenerEl diodo genricamente denominado Zener puede trabajar en base a dos principios totalmente diferentes como lo son el efecto tnel y el efecto avalancha pero que para nuestro uso tanto las curvas de tensin e intensidad no difieren. El diodo Zener tiene diversas aplicaciones, pero fundamentalmente se lo utiliza para estabilizar tensiones. El circuito esquematizado en la figura estabiliza una tensin igual a VZ ya que la tensin V del generador puede variar dentro de ciertos lmites, mientras que la tensin de salida VZ permanece constante. La corriente IR ha de variar provocando una cada de tensin sobre R que compensa las variaciones de V.

FotodiodosEl fotodiodo es hoy utilizado en numerosos equipos de comunicaciones con el fin de variar la intensidad de luz del display de acuerdo a la luz ambiente. El sistema consiste en que en el fotodiodo se aprovecha el efecto por el cual una juntura N-P polarizada en sentido inverso permite una circulacin de corriente cuya magnitud depende del flujo luminoso incidente y su construccin se realiza encapsulando el fotodiodo en un recipiente con una nica cara transparente y sus dimensiones son de apenas algunos milmetros. Existen adems fotodiodo conversores de energa solar comnmente llamados "celdas solares" o "clulas fotovoltaicas" y con cada una de ellas pueden obtenerse potencias del orden de los 100 milivatios, cuando estn iluminadas con luz solar plena ya que generan 0,6 voltios en circuito abierto.Diodos Varactores o VaricapEs en la prctica un condensador variable con la tensin y est constituido generalmente por una unin de silicio que tiene una concentracin de impureza especial para aumentar la variacin de capacidad y minimizar la resistencia serie. Se los utiliza para sintonizar elctricamente los circuitos resonantes y proporcionan una capacidad de alto Q en funcin de la tensin de radiofrecuencia.Tambin se los utiliza como multiplicadores de frecuencia (llamados en ste caso multiplicador paramtrico) ya que no requieren potencia de C.C. de entrada.Vlvulas o Tubos de vacoUna vlvula o tubo de vaco consiste en una cpsula de vidrio de la que se ha extrado el aire, y que lleva en su interior varios electrodos metlicos. Un tubo sencillo de dos elementos (diodo) est formado por un ctodo y un nodo, este ltimo conectado al terminal positivo de una fuente de alimentacin. El ctodo (un pequeo tubo metlico que se calienta mediante un filamento) libera electrones que migran hacia l (un cilindro metlico en torno al ctodo, tambin llamado placa). Si se aplica una tensin alterna al nodo, los electrones slo fluirn hacia el nodo durante el semiciclo positivo; durante el ciclo negativo de la tensin alterna, el nodo repele los electrones, impidiendo que cualquier corriente pase a travs del tubo. Los diodos conectados de tal manera que slo permiten los semiciclos positivos de una corriente alterna (c.a.) se denominan tubos rectificadores y se emplean en la conversin de corriente alterna a corriente continua (c.c.).Al insertar una rejilla, formada por un hilo metlico en espiral, entre el ctodo y el nodo, y aplicando una tensin negativa a dicha rejilla, es posible controlar el flujo de electrones. Si la rejilla es negativa, los repele y slo una pequea fraccin de los electrones emitidos por el ctodo puede llegar al nodo. Este tipo de tubo, denominado triodo, se puede utilizar como amplificador. Las pequeas variaciones de la tensin que se producen en la rejilla, como las generadas por una seal de radio o de sonido, pueden provocar grandes variaciones en el flujo de electrones desde el ctodo hacia el nodo y, en consecuencia, en el sistema de circuitos conectado al nodo.TransistoresLos transistores se componen de semiconductores. Se trata de materiales, como el silicio o el germanio, dopados (es decir, se les han incrustado pequeas cantidades de materias extraas), de manera que se produce un exceso o una carencia de electrones libres. En el primer caso, se dice que el semiconductor es del tipo n, y en el segundo, que es del tipo p. Combinando materiales del tipo n y del tipo p se puede producir un diodo. Cuando ste se conecta a una batera de manera tal que el material tipo p es positivo y el material tipo n es negativo, los electrones son repelidos desde el terminal negativo de la batera y pasan, sin ningn obstculo, a la regin p, que carece de electrones. Con la batera invertida, los electrones que llegan al material p pueden pasar slo con muchas dificultades hacia el material n, que ya est lleno de electrones libres, en cuyo caso la corriente es prcticamente cero.El transistor bipolar fue inventado en 1948 para sustituir al tubo de vaco triodo. Est formado por tres capas de material dopado, que forman dos uniones pn (bipolares) con configuraciones pnp o npn. Una unin est conectada a la batera para permitir el flujo de corriente (polarizacin negativa frontal, o polarizacin directa), y la otra est conectada a una batera en sentido contrario (polarizacin inversa). Si se vara la corriente en la unin de polarizacin directa mediante la adicin de una seal, la corriente de la unin de polarizacin inversa del transistor variar en consecuencia. El principio se puede utilizar para construir amplificadores en los que una pequea seal aplicada a la unin de polarizacin directa provocar un gran cambio en la corriente de la unin de polarizacin inversa.El smbolo usual para representar cualquier tipo de transistor es que la base es una lnea recta y el emisor y el colector por lneas que hacen ngulo con relacin a aquella. La lnea inclinada correspondiente al emisor tiene adems una cabeza de flecha que mira hacia adentro si el transistor es tipo PNP y mira hacia afuera cuando es NPN.A continuacin se da un resumen de los tres montajes fundamentales en transistores.DenominacinResistencia de entradaResistencia de salidaAmplificacin de corrienteAmplificacin de tensinGanancia de potenciaInversin de fase

Base comnMuy bajaElevadaNoElevadaMediaNo

Emisor comnMediaMediaElevadaElevadaMediaSi

Colector comnElevadaPequeaElevadaNoPequeaNo

Desde el punto de vista terico es conveniente agrupar los circuitos con transistores en una de las tres disposiciones bsicas como: Emisor a tierra; Base a tierra; Colector a tierra. Desde el punto de vista prctico se utiliza el tipo de seales que manejan y as tenemos: amplificadores con acoplamiento directo de continua; amplificadores con acoplamiento directo de alterna; amplificadores de audio; estabilizadores de continua; de acoplamiento entre pasos; controladores de ganancia; controladores de frecuencia; amplificadores de radiofrecuencia; inversores de fase; etc.De acuerdo a su construccin se los agrupa en familias cuyos nombres son: de punto de contacto, de unin por crecimiento, de unin difusa, epitaxiales, etc.Medida de alfa (): Para hacer la medicin usando el mtodo esttico se debe primero ajustar todos los voltajes y corrientes de continua a los valores sugeridos por el fabricante del transistor. Tmese nota de los valores de corriente de emisor y de colector. A continuacin varese la corriente del emisor en pequeo grado (0,05 a 0,2 miliamperios) y antese la variacin que se produce en la corriente de colector. Alfa ser entonces la razn entre la diferencia en los valores de corriente de colector y la diferencia entre los valores correspondientes en la corriente de emisor.Medida de beta (): Beta es el factor de amplificacin de corriente de un transistor en la disposicin con emisor a tierra y puede definirse como la razn entre la variacin de corriente del colector y la variacin incremental de la corriente de base, para un potencial constante de colector.Transistores de Efecto de CampoAdems de los transistores citados existen otros tipos basados en otras tcnicas que los diferencian ya que su conduccin se basa en la movilidad de huecos y de electrones en el interior del monocristal. En este sentido se encuentran los denominados FET, los del tipo MOSFET y los uniunin.Transistores MOSFET: La propia sigla define la configuracin de este tipo de transistor ya que su nombre deriva de las palabras inglesas Metal Oxido Semiconductor Field (campo) Efect Transistor es decir transistor de efecto de campo formado con metal, xido y semiconductor.Transistor FET: La regulacin de la conduccin de estos dispositivos viene controlada por un campo elctrico y de all su nombre ya que las siglas tomadas del ingls significan Field (campo) Efect (efecto), Transistor. Pueden dividirse en tres grupos:JFET: Junction (unin de juntura)IGFET: Insulated Gate (puerta aislada)MOSFET: Metal, Oxido, SemiconductorEstos transistores pueden construirse con canal tipo P, en cuyo caso el cristal semiconductor base deber estar dopado P y la puerta deber ser de tipo N. En la figura se representa un transistor FET con puerta de unin y canal de tipo N y tipo P; G indica la puerta o el graduador (gate); D el drenador (drain) y S el surtidor (source).CondensadoresLos condensadores estn formados por dos placas metlicas separadas por un material aislante. Si se conecta una batera a ambas placas, durante un breve tiempo fluir una corriente elctrica que se acumular en cada una de ellas. Si se desconecta la batera, el condensador conserva la carga y la tensin asociada a la misma.Las tensiones rpidamente cambiantes, como las provocadas por una seal de sonido o de radio, generan mayores flujos de corriente hacia y desde las placas; entonces, el condensador acta como conductor de la corriente alterna.Clculos con capacitoresClculo de capacitancias en serie

valor de C1= 5 F ; C2= 8 F ; C3= 6 F y como en una agrupacin serie la capacidad resultante CTse obtiene dividiendo la unidad por la suma de los inversos de todas las capacidades tenemos:

Resultando CTmenor que la menor de las capacidades del circuito.Clculo de capacitancias en paralelo

valor de C1= 5 F ; C2= 8 F como las capacidades en paralelo se suman tenemos:CT= C1+ C2= 5 + 8 = 13InductoresLos inductores o bobinas consisten en un hilo conductor enrollado en forma de bobina. Al pasar una corriente a travs de la bobina, alrededor de la misma se crea un campo magntico que tiende a oponerse a los cambios bruscos de la intensidad de la corriente.Al igual que un condensador, un inductor se puede usar para diferenciar entre seales rpida y lentamente cambiantes. Al utilizar un inductor conjuntamente con un condensador, la tensin del inductor alcanza un valor mximo a una frecuencia especfica que depende de la capacitancia y de la inductancia. Este principio se emplea en los receptores de radio al seleccionar una frecuencia especfica mediante un condensador variable (son circuitos sintonizados).Clculos con inductanciasClculo de inductancias en serie

Valor de L1= 8 H ; L2= 5 H ; L3= 6 H como las inductancias en serie se suman tenemos:LT= L1+ L2+ L3= 8 + 5 + 6 = 19 HenriosClculo de inductancias en paralelo

Valor de L1= 8 H ; L2= 5 H ; entonces tenemos:

Como se ve la inductancia resultante es menor que la menor de las inductancias ubicadas en el circuito.ReactanciaUna corriente alterna est siempre aumentando o disminuyendo por lo que la fuerza electromotriz de autoinduccin se opone continuamente a dichas variaciones y por tanto reducen el valor de la corriente alterna y se suman a la oposicin de la resistencia hmica pura.A la oposicin de las F.E.M. de autoinduccin se le llama reactancia inductiva o inductancia.La reactancia se mide en ohm al igual que la resistencia pura ya que produce el mismo efecto de limitar el paso de la corriente alterna y el nmero de ohm de reactancia es igual (para la limitacin citada) al que produce una resistencia hmica pura de igual valor. La reactancia inductiva aumenta directamente con la frecuencia y la frmula para calcularla es:XL= 2FLF: Frecuencia en HertzL: Inductancia en HenriosEn el caso de la reactancia capacitiva o capacitancia una corriente alterna fluye por un circuito que tenga capacitores ya que cada vez que la F.E.M. de la fuente se invierte hay un paso de electrones de una placa del condensador hacia la opuesta a travs de la fuente y tenemos una corriente alterna aunque los electrones no atraviesen el dielctrico del condensador ya que dicha corriente solo carga y descarga el condensador. Cuando mayor sea la capacidad del condensador mayor ser la F.E.M. de autoinduccin y por tanto a mayor capacidad menor reactancia capacitiva porque fluir ms corriente. La reactancia capacitiva se reduce cuando aumenta la frecuencia y la frmula para calcularla es:XC= 1 / (2FC)F: Frecuencia en HertzC: Capacitancia en FaradiosCalculo de resonancia en circuitos L-C

resonancia en serieEn un circuito resonante serie la impedancia entre los terminales (ver figura) es:

en la que Z = impedancia en ; r = resistencia en ; XC= reactancia capacitiva en y XL= reactancia inductiva en . De la frmula anterior deducimos que si a la frecuencia de resonancia XL= XCla diferencia entre ellas es 0 (cero) y por tanto la impedancia es igual a la resistencia hmica del circuito y siendo la resistencia en los circuitos de radiofrecuencia muy reducida, la impedancia tambin lo ser.

resonancia en paraleloEn un circuito resonante paralelo la reactancia capacitiva (Xc) es igual a la reactancia inductiva (Xi), pero la impedancia es mxima y la corriente es mnima siempre que la resistencia hmica de la bobina sea despreciable y la frmula para el clculo de la frecuencia de resonancia es:

donde F es frecuencia de resonancia, L la inductancia en henrio, C la capacitancia en Faradio y 2 una constante. En el caso de un circuito resonante serie en la frecuencia en que Xces igual a Xila impedancia del circuito es mnima y la corriente circulante mxima y la frmula para el clculo de la frecuencia de resonancia es la citada anteriormente.Frecuencia de resonanciaUn circuito resonante en serie, sometido a frecuencias inferiores a la de resonancia, acta como una reactancia capacitiva, o como una capacidad en serie con una resistencia. A frecuencias superiores a la de resonancia actuar como una reactancia inductiva, o como una inductividad en serie con la resistencia. Cuando la frecuencia sea la de resonancia, la diferencia de potencial alterno en la bobina o en el condensador, segn el caso, puede ser muchas veces mayor que el aplicado a los elementos que forman el circuito serie. Un circuito resonante paralelo, sometido a frecuencias inferiores a la de resonancia, acta como una reactancia inductiva mientras que a las frecuencias superiores a la de resonancia acta como una reactancia capacitiva. Existe la misma diferencia de potencial entre la capacidad y la inductividad y no es mayor que el voltaje aplicado al circuito.

Las frmulas que anteceden expresan las frecuencias de resonancia en Megahertz y en kilohertz, los valores de inductividades en microhenrios y de las capacidades en microfaradios que combinadas, producen resonancia.Filtros de ondaLos filtros de onda estn formados por combinaciones de inductancia y capacitancias y se utilizan para separar entre s diferentes frecuencias y se emplean en general para conseguir uno de los cuatro tipos siguientes de separacin de frecuencias.1. - Para permitir, con baja atenuacin, el paso de todas las frecuencias inferiores a una determinada llamada frecuencia de corte. Se denominafiltro de paso de bajo.2. - Para producir una atenuacin grande a todas las frecuencias inferiores a la de corte y casi no atenuar las superiores. Se denomina filtro de paso alto.3. - Para proporcionar gran atenuacin a todas las frecuencias por debajo y por encima de dos frecuencias llamadas de corte. Se denominafiltro paso de banda.4. - Para proporcionar gran atenuacin a todas las frecuencias comprendidas dentro de dos frecuencias llamadas de corte. Se denomina filtro de corte de banda o filtro de exclusin.Hay muchos casos en que es necesario dejar pasar ciertas frecuencias y otras no y para tal fin se utilizan distintos tipos de filtros. El principio bsico de funcionamiento de un filtro es su propiedad de ofrecer muy alta impedancia a las frecuencias que no deben atravesarlo o cuando existen superpuestas corrientes alternas y continuas ya que esta puede considerarse para el caso del filtro como una alterna de frecuencia cero. Los filtros bsicos se dividen en cuatro clases segn la banda o bandas de frecuencia que deben dejar pasar; as los hay de paso alto, de paso bajo, de paso de banda y de banda eliminada. Los filtros estn constituidos por circuitos donde intervienen bobina, capacitores, resistencias y sus combinaciones formando reactancias e impedancias. Definimos la reactancia capacitiva como la oposicin presentada por un capacitor al pasaje de una corriente alternada. Esta reactancia depende de la capacitancia y de la frecuencia de la corriente por lo que Xc= 1/ (2 x x f x C) en donde Xc= reactancia en ohm, = 3,14, constante f = frecuencia en hertz y C = capacidad en faradios. Definimos la reactancia inductiva como la oposicin presenta da por una bobina o inductor al pasaje de una corriente alterna y sta depende de la inductancia y la frecuencia de la corriente por lo que Xl=(2 x x f x L) en donde XI= reactancia en ohm = 3,14 constante f = frecuencia en hertz L= inductancia en henrio. En la frecuencia de resonancia la impedancia del circuito es mnima, la corriente circulante mxima y esta frecuencia se determina por 1 / f = 2 L x C donde f = frecuencia resonancia en hertz L = inductancia en henrio 2 = 6,28 constante C = capacidad en Faradio. Caractersticas de las ondas electromagnticas

Una onda es una perturbacin que se propaga en un medio material o en el vaco con una determinada dependencia espacio-temporal. Por ejemplo, si arrojamos una piedra a un estanque, en la superficie del mismo se genera una perturbacin del agua que se propaga en forma de olas (dependencia temporal), formando crculos concntricos cada vez ms amplios (dependencia espacial).Unaonda electromagnticaes la forma de propagarse a travs del espacio los campos elctricos y magnticos producidos por cargas elctricas en movimiento.En telecomunicaciones, distinguiremos entreondas confinadasen una lnea de transmisin (cable coaxial, gua de ondas), que se describen mediante voltajes y corrientes, yondas radiadasen el espacio libre, que se describen mediante un campo elctrico y un campo magntico.Los campos se describen matemticamente mediantevectores, que nos dan informacin de su magnitud y de la direccin y sentido que toman en un momento dado.Las ondas empleadas en radiocomunicaciones son del tipo transversal electromagntico (TEM), cuya caracterstica principal es que los campos elctrico y magntico son perpendiculares entre s, y a su vez perpendiculares a la direccin de propagacin de la onda. En la figura 1.3 se muestra una representacin de una onda TEM que se propaga hacia la esquina superior derecha. Los vectores azules representan el campo magntico y los vectores amarillos el campo elctrico.

Onda transversal electromagnticaLas ondas se propagarn confinadas en un medio o lnea de transmisin (un cable telefnico, un cable coaxial) o bien en el espacio libre (la atmsfera).Una onda TEM presenta varias magnitudes de inters. Para apoyarnos en las definiciones, usaremos la figura siguiente:

Caracterizacin de ondas Velocidad de propagacin (v). En el vaco, la velocidad de propagacin es igual a la de la luz (c = 300000 km/s). Para la propagacin en la atmsfera la velocidad es prcticamente igual a la del vaco. La propagacin en otros materiales depende de su propia naturaleza y puede determinarse a travs de un parmetro conocido como constante dielctrica. Su unidad de medida es el metro por segundo (m/s). Longitud de onda (). Si representamos la onda portadora tomando como eje la direccin de propagacin, observaremos que su forma se repite peridicamente. La longitud de onda es la distancia que la onda emplea en describir un periodo completo. Su unidad de medida es el metro (m). Frecuencia (f). Es la relacin entre la velocidad de propagacin y la longitud de la onda. Su unidad de medida es el Herzio (Hz).

Pongamos como ejemplo una onda de frecuencia 150 MHz que viaja por la atmsfera. Su longitud de onda ser entonces de= (300000000 / 150000000) = 2 metros. Intensidad / Amplitud.Normalmente la intensidad de la onda se refiere a su campo elctrico, y se mide en voltios por metro (V/m). Tambin puede referirse a su campo magntico, midindose en amperios por metro (A/m). Nos da una idea de la potencia de la seal en un punto dado. Tal y como veremos en el apartado de propagacin, la intensidad de la onda ir disminuyendo en su propagacin por el canal debido a mltiples factores. Fase. Si representamos una onda peridica en un sistema de coordenadas polares, el ngulo formado por la posicin de la onda en un momento dado con la referencia de partida se conoce como fase. En un periodo completo la onda habr recorrido 360 grados. Polarizacin.La polarizacin de una onda se define como la direccin que toma su vector de campo elctrico. Si tomamos como referencia la superficie plana de la Tierra, hablaremos depolarizacin horizontalsi es paralelo a la superficie (como es el caso de la onda de la figura 1.3), y depolarizacin verticalsi es perpendicular. Tambin podemos tener otros esquemas, como el de polarizacin circular en el que el vector de campo elctrico va describiendo una circunferencia a medida que la onda avanza. Como veremos, esta particularidad es de suma importancia en el diseo y utilizacin de las antenas.Tipos de sistemas de telecomunicaciones

En este apartado vamos a realizar una clasificacin por grupos de los sistemas de telecomunicacin, atendiendo a sus especiales caractersticas. Nuestro objetivo es diferenciar a grandes rasgos las funcionalidades globales que nos puede ofrecer cada sistema. Clasificacin de los sistemas

En primer lugar diferenciaremos los sistemas por eltipo de seal transmitida. Podemos diferenciar entre: Sistemas analgicos. La informacin se convierte en una seal elctrica en banda base, y sta modula directamente a la portadora para ser transmitida. Son los sistemas ms tradicionales, cuya gran ventaja es la robustez y el bajo coste: la radio comercial, las redes de radio privadas (PMR,Private Mobile Radio) como las empleadas por los distintos servicios de Proteccin Civil o la propia Red Telefnica Bsica que tenemos en nuestra casa. Sistemas digitales. La informacin se digitaliza, se transforma en seal banda base, y a continuacin se realiza el proceso de modulacin. El proceso de digitalizacin puede ofrecernos grandes ventajas, como el cifrado de las comunicaciones o la ecualizacin para mejorar la recepcin. Los sistemas de radio ms modernos son digitales, as como todos los de transmisin de datos (fax, Internet, etc).Si nos centramos en el grupo de usuarios entre los que se establece la comunicacin, podemos diferenciar: Sistemas punto a punto (unicast).La comunicacin se establece solamente entre dos usuarios. Por ejemplo, una conversacin telefnica o un correo electrnico entre dos personas. Sistemas punto a multipunto (multicast). La comunicacin se origina en un punto y va dirigida a un conjunto cerrado de usuarios. Por ejemplo, una audio conferencia entre varias personas, una transmisin radio a travs de un repetidor en una malla privada o un correo electrnico enviado con copia a varias personas. Sistemasbroadcast.La comunicacin se origina en un punto y va dirigida a todo el mundo, sin restricciones. Es el caso de la radio y la televisin comercial.Tambin podemos distinguir los sistemas por el nmero de canales de comunicacin que utilizan, es decir, por sumodo de explotacin: Sistemassimplex.Se utiliza un nico canal de comunicacin, que slo puede ser usado en transmisin por un usuario en un momento dado. Por ejemplo, cuando usamos una sola frecuencia de radio para hablar se dice que estamos usando un canal simplex. Sistemassemiduplex. Utilizan dos canales, que solamente pueden ser usados en transmisin por un usuario en un momento dado. La ventaja sobre los anteriores es que permiten la utilizacin dereemisores. Sistemasfull-duplex. Utilizan igualmente dos canales, que pueden ser utilizados simultneamente en ambos sentidos de la comunicacin, de la misma forma que se produce una conversacin entre dos personas. Es el caso de la telefona mvil y fija, y de algunos sistemastrunking.Finalmente, diferenciaremos los sistemas en funcin de la cantidad de informacin que pueden transportar en un momento dado, es decir, en funcin de su capacidad: Sistemas de banda estrecha (narrowband).Utilizan esquemas de modulacin simples, de forma que se garantice la comunicacin aunque esta no tenga una calidad elevada. Por ejemplo, en el telfono tradicional la voz es inteligible aunque "suena" distinta a como es en la realidad, porque se transmite solamente una parte del ancho de banda que ocupa la voz realmente. Sistemas de banda ancha (broadband).Suelen utilizar esquemas de modulacin ms complejos, de forma que se pueda transmitir mayor cantidad de informacin en un momento dado.Nuestro sistema de telecomunicacin deber usar un determinado tipo de ondas electromagnticas en funcin de un doble requerimiento: por un lado necesitaremos un determinado ancho de banda para transmitir la cantidad de informacin deseada, y por otro una longitud de onda adecuada para transmitir esa informacin por un determinado tipo de canal.En el caso de la transmisin por radio, el tamao de las antenas ha de ser del orden de la longitud de onda de la portadora para que la radiacin se produzca correctamente. Sistemas analgicos

En unsistema analgico, la seal moduladora va modulando de forma continua a la onda portadora durante todo el proceso de transmisin. De qu formas podemos realizar la modulacin para transportar la informacin? La respuesta es variando alguna de sus tres caractersticas fundamentales: amplitud, frecuencia o fase.Modulacin en amplitud (AM).Al modular en amplitud, la seal moduladora va variando la amplitud de la seal portadora. La utilizacin de la modulacin AM hoy da se reduce prcticamente a parte de los sistemas de radiodifusin comercial, a radiocomunicaciones aeronaticas avin-tierra y a radioaficionados.La mayor desventaja de estos sistemas es su sensibilidad a las variaciones bruscas de amplitud de la seal en su transmisin por el canal, que pueden provocar desvanecimientos que hagan a la seal prcticamente ininteligible en recepcin.Modulacin en banda lateral (SSB)La modulacin en banda lateral (SSB,Single Side Band) consiste en optimizar las prestaciones en potencia de la modulacin AM, transmitiendo toda la potencia solamente en una parte del ancho de banda de la seal. La mejora de rendimiento en potencia de transmisin es sustancial, y por eso este modo se utiliza profusamente en las comunicaciones en la banda de HF, en las que la seal transmitida sufre una elevada atenuacin cuando viaja por el canal.En funcin de la parte del ancho de banda en la que se concentra la poterncia tomando como referencia una seal equivalente en AM, podemos distinguir las transmisiones en Banda Lateral Superior (USB,Upper Side Band) y en Banda Lateral Inferior (LSB,Lower Side Band).Modulaciones angularesEn este grupo se encuadran las modulaciones que varan la frecuencia (FM,Frequency Modulation) y la fase (PM,Phase Modulation) de la seal portadora. A efectos prcticos solamente se usa la FM, que presenta como caracterstica fundamental su gran robustez frente al ruido y los desvanecimientos en el canal.En la modulacin de frecuencia o FM, la seal moduladora hace variar la frecuencia de la portadora.En funcin del ancho de banda utilizado en la modulacin, distinguimos entre FM de banda ancha (WBFM,Wide Band FM), utilizada en los sistemas de radiodifusin comercial, y FM de banda estrecha (NBFM,Narrow Band FM), utilizada muy profusamente en las redes privadas mviles que emplean multitud de servicios: polica, ambulancias, bomberos, radio-taxis, etc. Sistemasdigitales

En los sistemas digitales, la seal que transporta la informacin se digitaliza previamente a ser transmitida.Los sistemas digitales utilizan una lgica binaria, representando la informacin por medio debits. Elbit(Binary digiT) es la unidad bsica en el sistema binario, y puede tomar dos valores discretos: 0 y 1. Utilizando un nmero determinado de bits podremos representar una cantidad de informacin.El proceso de transformacin de una seal analgica (por ejemplo, la voz) en una seal digital se denominadigitalizacin, y a su vez consiste en otros dos procesos, como puede observarse en la figura 2.1: Muestreo.Conforme la seal analgica progresa en el tiempo, se toman muestras de la misma a intervalos repetitivos equiespaciados, es decir, a una frecuencia de muestreo fija. Obviamente, cuantas ms muestras se tomen por unidad de tiempo, con mayor fidelidad la seal digital representar a la seal analgica original. Cuantificacin. Cada valor que se toma de la seal analgica original en el proceso de muestreo, ha de representarse en un conjunto discreto de valores que puedan ser identificados con bits. Del mismo modo, cuantos ms niveles de cuantificacin tengamos, mayor fidelidad tendr la representacin de la seal analgica en el plano digital y mayor nmero de bits sern necesarios.

Proceso de digitalizacinComo resultado de ladigitalizacin, nuestra seal analgica ser transformada en una seal digital cuyos valores podemos representar con un conjunto de bits, que utilizaremos para realizar una modulacin digital.

Modulaciones digitalesUna vez que disponemos de la seal digitalizada, la utilizaremos para modular una portadora y de esta forma ser transmitida a travs del canal. Los esquemas de modulacin digital pueden llegar a ser bastante complejos, aunque bsicamente se agrupan en: ASK(Amplitude Shift Keying). La portadora se modula en valores discretos de amplitud. Al igual que en el caso de la AM analgica, este tipo de modulacin es muy sensible a los desvanecimientos originados en el canal. FSK(Frequency Shift Keying). Existen varias portadoras con valores discretos de frecuencia. Esta modulacin es ms robusta frente al ruido que la ASK, y se usa por ejemplo en la transmisin de datos por radiopaquete. En el caso de que existan dos posibles frecuencias para transmitir la seal, hablamos de BFSK (Binary Frequency Shift Keying), como se muestra en la siguiente figura.

Modulacin digital FSK de dos niveles PSK(Phase Shift Keying). La portadora se modula en valores discretos de fase. Esta modulacin y sus variantes consituyen el esquema de modulacin digital ms robusto frente a desvanecimientos y propagacin multicamino. Se usan en diversos sistemas, entre ellos la telefona mvil digital (GSM).La capacidad de un sistema digital se cuantifica con la cantidad de bits que es capaz de transmitir por unidad de tiempo, midindose por tanto en bits por segundo (bps) o en sus mltiplos ms comunes: kilobits por segundo (1 kbps1000 bps) y megabits por segundo (1 Mbps1000000 bps).Digitalizacin de la voz.Como caso prctico de transmisin digital, vamos a estudiar el proceso de digitalizacin de la voz.Si analizamos el espectro de la voz, comprobaremos que la mayor parte de su energa se concentra en el rango de 0 a 4 kHz.Paramuestrearuna seal de este tipo sin que se produzca prdida de informacin, deberemos utilizar una frecuencia de muestreo de al menos el doble del lmite superior del espectro de la seal. En este caso, usaremos una frecuencia fm= 2 x 4 kHz = 8 kHz, es decir, tomaremos 8000 muestras por segundo de la voz.Ahora tenemos que representar digitalmente cada una de las 8000 muestras por segundo que estamos tomando. Para ello, se utiliza un cuantificadorde 256 niveles: tendremos 256 niveles discretos de amplitud para representar cada muestra. Como tenemos 256 niveles, cada nivel podr ser representado por 8 bits, ya que 28= 256.En resumen, si tomamos 8000 muestras cada segundo y representamos cada una de ellas con 8 bits, tendremos un total de 8000 x 8 = 64000 bits/s = 64 kbps. Necesitamos un canal digital capaz de transmitir 64 kbps para transportar una conversacin de voz.Este es el caso de la RDSI (Red Digital de Servicios Integrados), que proporciona uno o dos canales de 64 kbps para transmitir voz y datos.

Comunicaciones por radio

Introduccin e historia

El desarrollo de los sistemas radio est ntimamente relacionado con los descubrimientos realizados a lo largo del siglo XIX que permitieron la utilizacin de la energa elctrica para usos humanos.En 1801, Alessandro Volta inventa la pila que lleva su nombre, que permite el almacenamiento de energa elctrica para su uso posterior.Ya en 1844, Samuel F. Morse inventa el cdigo que tambin lleva su nombre, y que permite la transmisin de informacin por medio de un sistema digital almbrico simple a larga distancia. Era el nacimiento del telgrafo de hilos.En 1865, James C. Maxwell desarrolla su "Teora dinmica del campo electromagntico, en la que logra relacionar matemticamente los parmetros que caracterizan a los campos elctricos y magnticos creados por cargas elctricas en movimiento.Unos veinte aos ms tarde, en 1888, Hertz logra demostrar la existencia de las ondas electromagnticas, hecho que sera aprovechado en 1895 por Guillermo Marconi para inventar el primer emisor de radio, con el que consigui transmitir una seal morse a milla y media de distancia.Desde aquel hito y hasta la actualidad, la tcnica electrnica ha experimentado un espectacular avance que permite la integracin un mayor nmero de componentes electrnicos en espacios cada vez ms reducidos, gracias a lo cual se pueden desarrollar sistemas de elevadas prestaciones cada vez ms miniaturizados. El espectro radioelctrico

Denominamosespectro radioelctricoal conjunto de frecuencias de radio asignables por las entidades oficiales competentes para su utilizacin en sistemas de telecomunicaciones. El espectro radioelctrico se divide en bandas de frecuencias, dentro de las cuales se realizan asignaciones para cada tipo de servicio.El espectro radioelctrico se sita en el rango de 3 kHz a 3000 GHz. En la tabla 3.1 se muestra una distribucin ms amplia del espectro en la que podemos comparar cuantitativamente el rango de frecuencias de las ondas de radio con las de otras ondas electromagnticas como la propia luz.Rango frecuencial (Hz)Tipo de onda

1021Rayos gamma

1018Rayos X

1016Ultravioleta (UV)

1014Visible

1013Infrarrojo (IR)

1010Microondas

106Ondas de radio cortas

103Ondas de radio largas

El espectro electromagnticoA nivel mundial, las atribuciones de cada banda a cada servicio las realiza la Unin Internacional de Telecomunicaciones, seccin Radio (UIT-R), que es una parte del antiguo CCITT (Comit Consultivo Internacional de Telfonos y Telgrafos).En Espaa, la gestin del espectro radioelctrico corre a cargo de la Secretara de Estado de Telecomunicaciones y para la Sociedad de la Informacin (SETSI), dependiente del Ministerio de Ciencia y Tecnologa.A ttulo orientativo, en la tabla se muestra la divisin en bandas del espectro radioelctrico. La asignacin de segmentos de frecuencias a cada servicio en Espaa se recoge en el Cuadro Nacional de Atribucin de Frecuencias (CNAF).Nmero de BandaDenominacinRango de frecuenciasTipo de ondas

4VLF3 a 30 kHzMiriamtricas

5LF30 a 300 kHzKilomtricas

6MF300 a 3000 kHzHectomtricas

7HF3 a 30 MHzDecamtricas

8VHF30 a 300 MHzMtricas

9UHF300 a 3000 MHzDecimtricas

10SHF3 a 30 GHzCentimtricas

11EHF30 a 300 GHzMilimtricas

12300 a 3000 GHzDecimilimtricas

Divisin en bandas del espectro radioelctrico Elementos de un sistema de radiocomunicaciones

Los elementos de todo sistema de radiocomunicaciones han de cumplir tanto unas caractersticas de diseo como unas limitaciones impuestas por la Administracin competente en materia de telecomunicaciones.En este apartado nos centraremos en las caractersticas de los elementos usados en las redes mviles privadas (PMR,Private Mobile Radio), usadas profusamente por los Servicios de Proteccin Civil, ya que es en este campo donde resultar imprescindible aplicar los conocimientos adquiridos. El resto de sistemas (telefona mvil, etc) normalmente vienen listos para ser puestos en produccin y son pocas las modificaciones que pueden realizarse para optimizar su funcionamiento.TransceptoresCon esta palabra definimos a un equipo que implementa tanto las funciones de transmisin como las de recepcin, lo cual es posible gracias a las modernas tecnologas de integracin y montaje de componentes electrnicos. No obstante, se siguen fabricando transmisores y receptores por separado. Un caso de los primeros lo forman los radioenlaces digitales punto a punto, y de los segundos los receptores multibanda oscanners.Untransmisortiene una estructura bsica que se muestra en la figura.

Transmisor de FMEn la etapa de audio, el micrfono (transductor) se conecta a un amplificador como fase previa para llevar la seal moduladora banda base al modulador, donde ya se genera una seal modulada.En la siguiente etapa, existe un oscilador local que genera la seal portadora sinusoidal, que se mezcla con la seal modulada en banda base para formar una seal de radiofrecuencia (RF) modulada a la frecuencia de transmisin.Finalmente, esta seal se lleva a un multiplicador de frecuencia y a un amplificador de RF (etapa final), en la que la seal es filtrada y nuevamente amplificada antes de ser entregada a la antena.Un transmisor presenta varias caractersticas de inters que tenemos que considerar a la hora de implementarlo en nuestro sistema de radiocomunicacin: Modos de transmisin.Los transmisores modernos pueden llegar a implementar varios tipos de modulaciones (AM, FM, LSB, USB). Cobertura de frecuencias.En funcin del rango o rangos de frecuencias en que el transmisor es capaz de operar, distinguimos entre transmisores monobanda (capaces de operar en una nica banda, como VHF), bibanda (en dos bandas, como VHF/UHF) y de banda contnua (varias bandas). Potencia de transmisin.Se trata de la potencia que es capaz de proporcionar la etapa final de amplificacin de RF del transmisor. Su unidad de medida es el watio (W), aunque tambin suele expresarse en forma logartmica como decibelios por miliwatio (dBm). En los equipos de HF suele ser del orden de las centenas de watios, mientras que en los de VHF/UHF es del orden de decenas de watios. Obviamente, interesa que sea lo ms elevada posible, sin sobrepasar los lmites establecidos por la Administracin competente. La tabla 3.3 es orientativa de las potencias de transmisin tpicas que ofrecen los equipos usados en PMR en las bandas de VHF y UHF.Tipo de equipoPotencia de Tx tpica

Base50 W

Mvil5 W / 10 W / 35 W / 50 W

Portable0.5 W / 1 W / 5 W

Repetidor25 W

Potencia de transmisin tpica en equipos PMR de VHF y UHF Distorsin de modulacin. Todo transmisor, en el proceso de modulacin introduce una distorsin en la seal moduladora. El grado de distorsin define en parte la calidad del transmisor. Radiaciones espurias. El proceso de mezcla de la seal modulada con la onda portadora es no lineal, lo cual implica que aparte de la seal sintonizada a la frecuencia en la que se pretende transmitir, tambin se genera radiacin en frecuencias no deseadas.La estructura bsica de unreceptorse muestra en la figura siguiente.

Receptor de FMEn el receptor se realiza el proceso inverso que en el transmisor, de forma que a su salida, en el altavoz, dispongamos de la informacin que queramos transportar.La primera etapa del receptor consiste en un amplificador de RF conectado a la antena receptora, que amplifica la seal debido a que sta ha sufrido procesos de atenuacin en el canal.A continuacin, se lleva a un mezclador al que tambin se conecta un oscilador local, de forma que la seal se baja en frecuencia antes de ser demodulada, es decir, se convierte nuevamente en seal en banda base. Este proceso se puede realizar en varias etapas, bajando la seal a diversas frecuencias intermedias (FI) antes de pasarse al detector, proceso conocido con el nombre de heterodinizacin. Los receptores que disponen de varias estapas de frecuencia intermedia se denominan receptores superheterodinos, y presentan grandes ventajas respecto a los convencionales en lo referente a calidad de la seal demodulada.Finalmente, la seal de frecuencia intermedia se entrega al demodulador, donde se realiza el proceso inverso a la modulacin para obtener una seal demodulada que pasa al altavoz para ser escuchada por el usuario final.Algunos parmetros que caracterizan a un receptor son similares a los de un transmisor, aunque existen otros especficos de la recepcin: Modos de transmisin.Al igual que los transmisores, los receptores modernos pueden llegar a implementar varios tipos de modulaciones (AM, FM, LSB, USB). Cobertura de frecuencias.Igualmente distinguimos entre receptores monobanda (capaces de operar en una nica banda, como VHF), bibanda (en dos bandas, como VHF/UHF) y de banda contnua (varias bandas). Paso de frecuencia o canalizacin.Es la mnima separacin frecuencial entre radiocanales a la que puede operar el receptor. En la tabla 3.4 se muestran las separaciones tpicas usadas en cada banda para redes de radio privadas:Banda de HFBandas de VHF y UHF

Hasta 1 kHz5 kHz10 kHz12,5 kHz25 kHz50 kHz

Separacin de canal tpica en equipos de HF, VHF y UHF Selectividad.Es la capacidad de aislamiento del receptor en un canal dado con respecto a las seales espurias provenientes del canal adyacente. Sensibilidad. Mnima potencia de RF aceptable a la entrada del receptor para que su demodulador pueda funcionar correctamente y se entregue a la salida una seal con calidad suficiente. Suele expresarse en decibelios por miliwatio (dBm). Relacin seal a ruido y distorsin (SINAD). Es un parmetro que mide la calidad de recepcin en considerando por un lado la potencia de la seal recibida y por otro la cantidad de ruido a la entrada del receptor y la distorsin que el mismo introduce en el proceso de demodulacin. Su unidad de medida es el decibelio (dB).Como se ha indicado, un transceptor combina un transmisor y un receptor en un mismo equipo. Deberemos tener en cuenta adems otras caractersticas del transceptor en conjunto, como son: Posibilidad de memorizar canales para agilizar la operatividad. Posibilidad de transmitir/recibir tonos de llamada selectiva.Por la forma en que se utiliza un transceptor, distinguimos entre cuatro tipos: Transceptor base. Est diseado para ser utilizado en un emplazamiento fijo. Normalmente el transceptor tiene una potencia de transmisin y una sensibilidad de recepcin elevadas. No suelen disponer de alimentacin autnoma. Transceptor mvil.Similares a los transceptores base, suelen tener un diseo ms compacto y robusto para ser instalados en un vehculo. Las caractersticas de potencia de transmisin y sensibilidad son algo peores que en el caso de los transceptores base, debido sobre todo a la dificultad de implementar sistemas electrnicos de elevada fiabilidad en una carcasa de reducido tamao. Se disean para tomar la alimentacin de la batera del vehculo, o bien de una fuente de alimentacin externa, lo cual permite adems su utilizacin como equipos de base. Transceptor portable. Se trata de equipos de reducido tamao y peso, diseados para ser transportados y utilizados individualmente. Por ejemplo, los conocidos "walkie-talkies" o los propios telfonos mviles. Cuentan con una batera y la posibilidad de conectar alimentacin externa. Reemisores. Los equipos repetidores o reemisores merecen un anlisis separado. Su funcionamiento ms tpico consiste en recibir una seal por una determinada frecuencia, amplificarla y transmitirla a travs de otra frecuencia. Para ello suelen contar con un transmisor y un receptor separados, y adems con un sistema de filtrado de alta calidad (duplexor o cavidades) que permite realizar todo el proceso de amplificacin y retransmisin sin que se produzcan interferencias. Pueden utilizar una sola antena, mediante el empleo de duplexores, o bien dos antenas separadas (una para recibir y otra para transmitir), mediante el empleo de cavidades. Se emplazan en puntos geogrficamente elevados para ofrecer una cobertura lo ms amplia posible.Resulta necesario insistir en la limitacin legal en cuanto a potencia de transmisin, que viene impuesta por el Ministerio de Ciencia y Tecnologa y que es especfica de cada segmento de frecuencias del espectro radioelctrico. Su objetivo es minimizar las interferencias entre los distintos servicios que comparten una misma banda.AntenasUna antena es la parte de un sistema transmisor o receptor diseada especificamente para radiar o recibir ondas electromagnticas. Toda antena es una regin de transicin entre una zona donde existe una onda electromagntica guiada y una onda en el espacio libre, a la que puede adems asignar un carcter direccional.Podemos caracterizar una antena mediante diversos parmetros: Impedancia (Z). En el esquema ms comn, el transceptor estar conectado a su antena mediante una lnea de transmisin, en la que como sabemos existe una onda electromagntica confinada que podemos describir con un voltaje y una corriente. La relacin entre ambos a la entrada de la antena nos da suimpedancia, que tendr una parte resistiva y otra reactiva que da cuenta de los fenmenos inductivos y capacitivos. En caso de que la impedancia solamente tenga una parte resistiva a una frecuencia dada, decimos que la antena esresonantea esa frecuencia. Las antenas se disean para ser resonantes en una frecuencia o en un conjunto de frecuencias de trabajo. Eficiencia ().Parte de la energa entregada a la antena se radiar, y parte se disipar debido a las prdidas. De la radiacin podemos dar cuenta mediante laresistencia de radiacin(Rr), que es igual al valor de resistencia hmica que disipara la misma potencia que la radiada por la antena. Asimismo, podemos hacer un equivalente hmico para las prdidas definiendo unaresistencia de prdidas(Rp). La eficiencia de la antena se define entonces como:

Diagrama de radiacin.Como ya hemos indicado, una antena es capaz de concentrar la potencia que disipa en una determinada regin del espacio. Tambin vimos que la intensidad de una onda puede referirse a su campo elctrico (V/m) o a su campo magntico (A/m). A partir de los valores eficaces de ambos puede obtenerse la densidad de flujo electromagntico por unidad de superficie (W/m2), que tiene una relacin directa con lo que conocemos comointensidad de radiacin. Si rodeamos a nuestra antena con una esfera imaginaria, podemos medir la cantidad de potencia o intensidad que rada en una determinada superficie de dicha esfera. Si medimos la intensidad radiada por la antena en todos los puntos de la esfera y normalizamos los valores al mximo de radiacin, podremos hacer un diagrama tridimensional que nos indica la cantidad de energa que la antena es capaz de radiar en cada direccin del espacio que le rodea, como se muestra en la figura que se muestra a continuacin. Si la antena radiase la misma energa en toda la esfera que le rodea, tendramos unaantena isotrpica, que utilizaremos como referencia para el anlisis de otras antenas.

Diagrama de radiacin de una antena Directividad (D). Si comparamos la densidad de potencia que rada una antena en una direccin y a una distancia dada, y la comparamos con la que se tendra para el caso de una antena isotrpica estableciendo una relacin entre ambas, obtendremos la directividad de la antena que estamos caracterizando. Al tratarse de una relacin de potencias, podemos medirla en decibelios (dB). Normalmente la directividad se define tomando como referencia la direccin en que la antena emite su mximo de radiacin, que ser la dada por el lbulo de mayor tamao en su diagrama de radiacin.En funcin de su directividad, podemos distinguir entreantenas isotrpicas, que radan la misma cantidad de energa en todas las direcciones del espacio (caso terico que no existe en la prctica),antenas omnidireccionales, que radan la misma cantidad de energa en los 360 de su azimut, yantenas directivas, que radan un mximo de energa en una direccin dada y muy poca o despreciable en el resto. En funcin de las necesidades de nuestro sistema, tendremos que elegir entre utilizar antenas omnidireccionales o antenas directivas.

Ganancia (G). Se relaciona directamente con la directividad a travs de la eficiencia de la antena. Para el caso de altas frecuencias, en las que la eficiencia de la antena suele ser muy elevada, la ganancia y la directividad son parmetros prcticamente equivalentes. As pues, para cada direccin del espacio dada, definimos la ganancia (dB) de una antena como:G =x D Polarizacin. Como vimos, la polarizacin de una onda se define como la direccin que toma su vector de campo elctrico. La polarizacin de una antena en una direccin ser la del campo que rada en esa misma direccin. As pues, como casos prcticos podremos tener polarizacin lineal (vertical u horizontal) y polarizacin elptica, uno de cuyos casos particulares es la polarizacin circular.Resulta imprescindible utilizar las antenas transmisora y receptora con el mismo tipo de polarizacin, para evitar las prdidas por desacoplo de polarizacin.

Ancho de banda. Todas las caractersticas anteriores que hemos visto normalmente tiene n validez solamente para un conjunto de frecuencias en torno a la frecuencia de trabajo para la que se disea una antena. Este conjunto de frecuencias se denomina ancho de banda de la antena. Solamente podremos utilizar la antena en este conjunto de frecuencias. Normalmente, las antenas ms eficientes se disean para trabajar en una nica banda, aunque tambin existen antenas multibanda que permiten trabajar en dos o ms bandas del espectro. Longitud efectiva. Todos los parmetros que hemos visto hasta ahora caracterizan a una antena tanto en transmisin como equivalentemente en recepcin. Existe un parmetro que se define solamente en recepcin y que da cuenta de la relacin entre la densidad de potencia de la onda incidente en la antena receptora y la potencia que sta entrega realmente al receptor al que se encuentra conectada. Si medimos el campo incidente en la antena (E) y la tensin que ste induce en la misma, en circuito abierto (sin conectarla al receptor), la longitud efectiva de la antena es:

Existen diversos mtodos de incrementar la longitud efectiva de una antena para mejora la recepcin. El ms tpico consiste en la instalacin de un bobinado en su base o a media altura.

Conocidas la potencia de emisin de un transmisor y la ganancia de la antena a la que se conecta, se define lapotencia isotrpica radiada equivalente (PIRE)como:PIRE = Ptx Gt[W]A continuacin analizaremos someramente algunos tipos de antena comnmente utilizados en sistemas de radiocomunicaciones. Antena dipolo/2. Consiste en dos brazos metlicos cuya dimensin es la mitad de la longitud de onda para la que se disea la antena, como puede observarse en la figura 3.4. Su diagrama de radiacin es omnidireccional en azimut y llega hasta unos 80 grados en elevacin. Su ganancia es de 2,15 dB.

Antena dipolo de media longitud de onda Monopolos.Podemos sustituir uno de los brazos de la antena dipolo por un conjunto de radiales metlicos que realizan la funcin de plano de tierra, como se puede observar en la figura. El resultado es una antena igualmente omnidireccional pero con una ganancia que puede llegar hasta los 6 dB, radiando potencia hasta unos 45 grados de elevacin. El tamao tpico del monopolo es la mitad o la cuarta parte de la longitud de onda, y pueden emplearse tcnicas para incrementar su longitud efectiva, como la instalacin de bobinas en su base o a media altura.

Monopolo de un cuarto de longitud de onda Antena colineal. Consiste en dos o ms dipolos enfasados con una misma lnea de alimentacin. Su diagrama de radiacin es omnidireccional y la ganancia tpica oscila entre 6 dB y 9 dB.

Estructura de una antena colineal Antena Yagi-Uda. Se trata de antenas directivas construidas con un dipolo y varios elementos con forma de varilla metlica, como puede verse en la figura 3.7. El elemento situado tras el dipolo se denomina reflector y los que se sitan delante se denominan directores. Cuantos ms directores disponga la antena, mayor ser su ganancia. Por ejemplo, una antena Yagi-Uda de tres elementos (dipolo, reflector y director) puede tener una ganancia de 10 dB, alcanzando hasta 14 dB si se le aaden dos directores adicionales.

Antena directiva Yagi-Uda. Antena helicoidal. Este tipo de antena se utiliza profusamente en equipos portables de VHF y UHF, ya que el tamao de monopolos que raden eficientemente hara que fuesen poco manejables. Se trata de una antena cargada inductivamente en toda su longitud, lo cual hace que tenga una ganancia aceptable para un tamao manejable. Tiene la forma de un muelle, como se observa en la figura 3.8. El diagrama de radiacin es omnidireccional y la ganancia algo peor que la de un monopolo de cuarto de onda. Suele ir cubierta por un radomo de material plstico que la protege de las inclemencias meteorolgicas y de los esfuerzos mecnicos.

Antena helicoidal Antena logoperidica. Est formada por un conjunto de radiales de distinto tamao ordenados de forma descendente en la direccin de mxima radiacin de la antena, como puede verse en la figura 3.9. Su caracterstica fundamental es que su ganancia es peridica en el logaritmo de la frecuencia, lo cual la convierte en una antena con un ancho de banda elevadsimo, muy usada en comunicaciones en HF que precisan de una elevada directividad. La ganancia tpica es de 6 dB a 8 dB y existen diseos para operar desde 3 MHz hasta 8 GHz.

Antena logoperidica Antena discono. Est formada por un conjunto de radiales dispuestos en forma de disco y otro conjunto en forma de cono (ver figura 3.10). Es una antena omnidireccional, de escasa ganancia pero de muy elevado ancho de banda, que la hace muy apta para su utilizacin en receptores de banda contnua.

Antena discono Antena parablica. Est formada por una superficie de forma parablica que acta como reflector y por un receptor situado en uno de los focos de la parbola, como se ve en la figura 3.11. En recepcin, el frente de onda incide sobre el reflector y se refleja concentrndose en el receptor. En transmisin el procedimiento es el inverso, conectndose un emisor en el foco de la parbola. Es una antena muy directiva, presentando ganancias del orden de 30 dB a 40 dB, siendo especialmente eficiente en la banda de SHF y por tanto usada en comunicaciones va satlite y en radioenlaces de microondas de alta capacidad.

Antena parablicaLneas de transmisinLas lneas de transmisin se utilizan para interconectar los distintos elementos de un sistema radio, por ejemplo un transceptor con su antena. Como ya se ha mencionado, a travs de las lneas de transmisin viaja un campo confinado que puede describirse con un voltaje y una corriente.Imagnese dos hilos conductores paralelos que se extienden hasta el infinito y, conectado a ellos, un generador de corriente continua. En el momento de la conexin veramos que circula corriente en los cables en las proximidades del generador. Ahora bien, la propagacin de la corriente por un conductor se produce a una velocidad no mayor que la de luz, por tanto, a 300.000 km del generador, tardara 1 segundo en llegar la corriente y a 300 m tardara 1 microsegundo (una millonsima de segundo). Puede pensarse que este tiempo es muy pequeo pero es el tiempo que una onda de radiofrecuencia de 1 megahercio (un milln de ciclos por segundo), tarda en completar un ciclo, y una frecuencia de un megahercio (MHz) est muy por debajo de lo que actualmente se puede emplear en radio.Por qu circula corriente si los dos conductores no se encuentran nunca? La tensin aplicada a ellos crea un campo elctrico entre los dos conductores. Como recordaremos dos conductores prximos forman un condensador. Puesto que los conductores son infinitos, la capacidad del condensador tambin lo es y, por tanto, nunca cesar la corriente que tiende a cargarlo, mientras el generador est conectado.Ahora bien, todo conductor por el que circula corriente tiene una cierta inductancia por unidad de longitud, o sea, equivale a una bobina. Por tanto, la lnea de hilos paralelos que vimos antes puede representarse como una sucesin de bobinas y condensadores, tal como se indica en la figura.Relacin de Ondas EstacionariasQu ocurre cuando a una lnea de transmisin se le coloca una carga distinta de su impedancia caracterstica? Para analizarlo se van a plantear los dos casos extremos: en cortocircuito (resistencia de carga igual a 0), y en circuito abierto (resistencia de carga igual a infinito).Tensin e intensidad en una lnea en cortocircuitoCortocircuiroIntroduciendo una corriente alterna en la lnea (tal como indica la figura a), en el cortocircuito existir siempre un punto de mnima tensin y de mxima intensidad (figura b y c).El efecto es equivalente al de una onda que rebota contra una pared, invierte su sentido y retorna al generador, pero este retorno se efecta con un cambio de fase de 180, por lo que tendremos las corrientes y tensiones tal como se muestra en las figuras d y e.La combinacin de la corriente y la tensin que llega y las que retornan, al medirlas con un voltmetro o ampermetro de radiofrecuencia se observa que son mximos en unos puntos de la lnea y, mnimos en otros y que estos puntos son invariables (figura f).A una onda de este tipo se le llama onda estacionaria.

Tensin e intensidad en una lnea en circuito abiertoCircuito abiertoComo puede observarse en la figura, en el caso de circuito abierto se produce el mismo efecto, con la diferencia de que la tensin y la intensidad se han invertido.En el extremo abierto la tensin es mxima y la intensidad mnima.

Cuando se coloca una carga y sta es distinta de la impedancia caracterstica de la lnea, se produce la misma situacin. Si la carga es menor que la impedancia caracterstica, la lnea se comporta de manera parecida a la de la figura Cortocircuito y, si es mayor a la de la figura Circuito Abierto. La diferencia estriba en que ahora los valores mnimos no llegan a cero y se produce una variacin alrededor de la corriente media en la lnea.

Grfico de intensidad en una lnea con ROE menor que infinitoSe denomina Relacin de Ondas Estacionarias (ROE) o Standing Wave Ratio (SWR), al cociente entre la intensidad mxima y la mnima de una lnea de transmisin.ROE = Imax/ IminEn el caso de la lnea en circuito abierto o en cortocircuito la ROE vale infinito, ya que la intensidad mnima es cero.Pero, una medida de la ROE no indica si la carga es mayor o menor que la impedancia de la lnea. Para saber esto se debe medir la tensin o la intensidad a lo largo de la lnea.Si se produjera a una distancia de la carga de un cuarto de onda o cualq