VADEMECUM TELECOMUNICACIONES

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    Introduccin a las telecomunicaciones

    Las telecomunicaciones constituyen un elemento esencial para asegurar la coordinacin preventivay operativa de los recursos movilizables en los casos de grave riesgo colectivo, catstrofeextraordinaria 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 laincorporacin de las ltimas tecnologas, de cara a que los rganos coordinadores puedandesarrollar su funcin de la forma ms eficaz posible y con informacin de primera mano acerca dela evolucin de la situacin de la emergencia.

    El conocimiento y comprensin del funcionamiento los nuevos sistemas de telecomunicacionesresulta prcticamente imprescindible, no slo en el mbito de la Proteccin Civil, sino en toda laglobalidad de nuestra actual sociedad de la informacin.

    Todo miembro de Proteccin Civil necesita tener un conocimiento mnimo de la infraestructura desistemas de telecomunicacin que pueden emplearse, as como la forma de complementarlos entres para suplir los inconvenientes de sus puntos dbiles. Por ejemplo, los sistemas tradicionales detelecomunicacin por hilos pueden verse afectados por una catstrofe y Proteccin Civil debe sercapaz 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 ensituacin 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 segundamitad del siglo XX, hasta el punto de que a da de hoy podemos hablar de nuestra sociedad comola "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, lastelecomunicaciones son un elemento fundamental para asegurar la coordinacin y la operatividadde Proteccin Civil, por lo que resulta vital que cualquiera de nosotros tenga al menos losconocimientos 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 unmensaje 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 detelecomunicacin, de tal forma que podamos encuadrar facilmente cualquier sistema para teneruna primera idea de sus caractersticas.

    Cualquier sistema de telecomunicacin sirve para transmitir un mensaje a travs de un canal,

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    utilizando los medios necesarios para adaptar la informacin al canal.

    La informacin a transmitir puede ser de naturaleza diversa: nuestra propia voz, un texto, unaimagen. En ocasiones podremos transmitir la informacin sin modificarla, por ejemplo, al hablar poruna 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 deadaptacin normalmente implica la digitalizacin de la informacin, de la que hablaremos masadelante. En el momento en que la informacin entra al sistema de comunicacin, nos referiremosa ella como seal.

    El canal de comunicacin se utiliza para transmitir la informacin a larga distancia. Puedetratarse de un medio almbrico (un cable coaxial, una fibra ptica) o inalmbiro (la atmsfera).Normalmente, para que la informacin alcance su destino, deber pasar por diversos canales decomunicacin: las ondas de radio pasan por el cable coaxial que conecta un emisor con su antena,para pasar despus a la atmsfera.

    Los medios para adaptar la informacin son un conjunto de sistemas electrnicos sobre los quenormalmente 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 tratarmedios de comunicacin electrnicos, que utilizan ondas electromagnticas para cumplir con sufuncin.

    En la siguiente figura se muestra un diagrama de bloques con los elementos bsicos de un sistemade comunicacin:

    Diagrama de bloques bsico de un sistema de telecomunicacin.

    El transductor es el elemento encargado de transformar la informacin en una seal elctrica, yviceversa. Por ejemplo, un micrfono transforma nuestra voz en una onda elctrica y un altavoz realiza elproceso contrario. La seal elctrica a que nos referimos se conoce comoseal en banda base.

    El transmisor (Tx) adapta la seal en banda base para su transmisin ptima a travs del canal decomunicacin. Este proceso se denomina modulacin. A travs del canal viaja una seal modulada.

    El receptor (Rx) realiza la funcin inversa al transmisor, demodulando la seal captada del canal paratransformarla en una seal elctrica en banda base, que despus ser convertida nuevamente al formatooriginal del mensaje mediante otro transductor.

    La prctica totalidad de los sistemas actuales incluye una parte de procesado tanto en transmisin comoen recepcin. La finalidad del procesado es adaptar la seal de forma que sufra la menor degradacinposible cuando viaje a travs del canal. Dentro de este bloque podemos incluir elementos comoamplificadores, 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 utilizacinde ondas electromagnticas. La seal en banda base que proporcionan los transductores ha de seradaptada para ser transmitida por el canal, normalmente combinndola con otra sealelectromagntica en un proceso denominado modulacin.

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    La corriente continua

    La corriente continua (C.C.) o corriente directa (D.C.) como su nombre lo indica es un flujo continuode electrones es decir se mantiene constante durante todo el tiempo que este aplicado, ejemplo deelementos 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 alterna

    La corriente alterna (A.C.) como su nombre lo indica es un flujo de electrones "alterno", es decirvara a travs del tiempo pasando de un mnimo a un mximo varias veces dentro de un tiempodeterminado (frecuencia).

    Este paso de la corriente de un mnimo a un mximo se denomina ciclo, y la cantidad de ciclos enun 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 mximo60 50 veces en un segundo, es decir tiene una "frecuencia" de 60 50 ciclos por segundo(hertzios).

    El voltaje

    Para que circule una corriente (flujo de electrones) por un circuito es necesario proporcionar almismo 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 suunidad de medida es el voltio (V).

    Hay voltajes directos (los que proporciona una pila), y voltajes alternos (como los que proporcionala 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 corriente

    Como 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 demedida de la corriente es el Amperio (A).

    La resistencia

    La resistencia es la oposicin que pone un medio al movimiento de los electrones (o corriente), amayor 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 dela 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 f luye por un circuito formado por resistencias

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    Red: Recibe esta denominacin cualquier circuito elctrico o electrnico puesto que es lacombinacin de generadores y de elementos elctricos o electrnicos interconectados entre smediante conductores de hilo o de circuito impreso.Rama: Tambin se la conoce como brazo de la red y est formada por un nmero determinado deelementos 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 seobserva claramente la existencia de tres mallas o posibles recorridos para la corriente procedentedel generador E. Estos tres caminos son, partir del polo positivo, llegar al punto A atravesando R1y, 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 tercerasera pasar por R5 y R6.

    Es fcil observar que la diferencia entre las tres mallas estriba solamente en la triple posibilidadmarcada por las tres ramas que conectan los dos nudos.

    Leyes de Kirchhoff

    En el clculo de circuitos de corriente continua, junto a la ley de Ohm es imprescindible conocer lasleyes de Kirchhoff, leyes que hacen referencia a los nudos y a las mallas puesto que nos permitenrelacionar entre s las dos magnitudes variables que intervienen en la prctica, la intensidad y latensin, teniendo como magnitud constante la o las resistencias dispuestas en diferentes puntosdel circuito.

    Primera ley de Kirchhoff

    De acuerdo con la convencin adoptada universalmente, considerando que la corriente elctricaarranca del polo positivo y despus de distribuirse por todo el circuito regresa ntegra al polonegativo, basta seguir el recorrido de la misma para observar que toda la corriente que llega a unnudo debe salir del mismo.

    Fijemos nuestra atencin en el detalle de los dos nudos A y B de la red vista anteriormente. Si seasigna 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 reparteentre las tres ramas dando lugar a tres intensidades, I1, I2 e I3, de tal manera que stas seagrupan seguidamente en el nudo B dando como resultado la intensidad I que retorna algenerador.

    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 sucederatodo lo contrario, I1, I2 e I3 son de signo positivo porque entran en l, mientras que la nicacorriente que sale es precisamente I a la que correspondera un valor negativo. Esto que podraparecer un contrasentido a simple vista no es as sino que mantiene las condiciones generales deque la corriente va de positivo a negativo.

    A partir de todas estas premisas es fcil comprender el enunciado de la primera ley de Kirchhoff:

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    "La suma de las corrientes que llegan a un nudo es igual a la de las corrientes que parten delmismo".

    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 conel signo que les acompaa, es igual a cero, lo que se interpreta como que en un nudo no puedealmacenarse corriente y toda la que entra sale del mismo.

    Segunda ley de Kirchhoff

    Tambin 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 productosde la resistencia de cada parte en que se puede descomponer el circuito por la corriente quecircula por la malla".

    Esta ley viene a contemplar el reparto de tensiones en un circuito, descomponindolo en lasdiferentes cadas parciales.

    Al estudiar las cadas de tensin en un circuito serie se comprob que la suma de las tensiones enbornes de cada elemento de consumo deba ser igual a la proporcionada por el generador.

    V = Vl + V2 + V3

    Cada una de las tensiones V1, V2 Y V3 es el resultado de multiplicar la intensidad general porcada una de las resistencias.

    La segunda ley de Kirchhoff generaliza estas explicaciones para aquellos circuitos serie o en lasmallas de un circuito paralelo o en derivacin en el que pueden existir uno o ms generadores ydiferentes elementos de consumo.

    Todo circuito puede reducirse a un circuito elemental con un solo generador y un elemento deconsumo, de manera que el comportamiento de ambos sea igual al comportamiento de todo elcircuito 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 / t

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    Las tres expresiones de la potencia vendran determinadas segn que la midamos utilizandorespectivamente las unidades tensin y corriente, resistencia y corriente o bien tensin yresistencia. El origen de las mismas sera el que sigue:

    P = V x IP = R x I2

    P = V2 / RDe las tres frmulas, las ms utilizadas son las dos primeras puesto que en las operaciones esms fcil realizar un producto que un cociente, adems puede pasarse de una frmula a otra conslo 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 potenciaelctrica de los generadores de corriente continua emplean el vatio como unidad aunque en elcaso de las pilas o pequeos acumuladores la potencia vendra dada en un submltiplo de estaunidad, el milivatio, como unidad ms adecuada a las potencias que se manejan. Sin embargo, losgrandes generadores, como pueden ser las grandes dinamos o la corriente continua despus degrandes rectificaciones a partir de la corriente alterna emplean una unidad mayor, el kilovatio (kW).

    1 mW = 0,00l W1 kW = 1.000 W

    La potencia elctrica se la mide con un "Vatmetro" y los hay para diferentes aplicaciones, tantopara 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 disipacin

    Como uno de los datos especficos de las resistencias se haba fijado la potencia de disipacin, esdecir, la facultad de que una determinada resistencia admita el paso de corriente a su travs ysufra un calentamiento debido al roce entre electrones y tomos.

    Ahora conocemos todas las magnitudes que intervienen para fijar la potencia de disipacin, asaber, resistencia, intensidad y tensin, y adems, se han visto las diferentes frmulas que lasrelacionan entre s.

    Cuando se coloca una resistencia en un circuito no se la utiliza prcticamente como elementocalefactor sino que su misin es la de crear una diferencia de potencial en sus bornes, quecontribuya al adecuado reparto de la tensin entre los diferentes componentes que integran loscircuitos.

    El resultado de multiplicar el valor hmico de la resistencia (medido en ohmios) por el cuadrado dela intensidad (medida en amperios) o bien el producto de la tensin (en voltios), existente enbornes 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 quedisipar los siguientes vatios:

    P = R x I2

    La resistencia debe venir dada en ohmios y la intensidad en amperios.

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    10 kQ = 10.000 ohmios20 mA = 0,02 A

    Estamos en condiciones de obtener la potencia:

    P = 10.000 x (0,02) 2

    P = 4 WTeniendo en cuenta que 1 W proporciona 0,24 caloras por segundo en esta resistencia tendralugar una produccin de calor igual a:

    0,24 x 4 W =0,96 caloras por segundo

    El paso de la corriente por la resistencia origina un aumento progresivo de la temperatura y partedel calor es absorbido por la propia resistencia, mientras que el aumento de la temperatura espaulatino 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 locual 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 lamxima intensidad que sta admite.

    Precisamente es frecuente encontrar resistencias quemadas cuando se trata de reparar algnequipo. En la mayora de los casos esta avera se debe al mal estado de algn componente o alcruce entre diferentes secciones del circuito, lo que provoca un cortocircuito que da lugar a unaexcesiva corriente y con ella la destruccin de las resistencias.

    Cdigo de colores en resistencias

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    Clculos con resistencia interna del generador

    Sea Rc = 3 ; Ri = 1 por ley de Ohm :

    la potencia generada en calor por la resistencia Rc ser:

    Wc = I2 x Rc = 32 x 3 = 9 x 3 = 27 Watts

    debe siempre tenerse presente que la resistencia interna de cualquier generador debeconsiderarse como una resistencia en serie con la carga aplicada a dicho generador.

    Clculo de resistencias en serie

    valor de R1 = 320 ; R2 = 300 por ley de ohm

    W = I2 x RT = 0,01932 x 620 = 0,232 W

    W = E x I = 12 x 0,0193 = 0,232 W

    Como se aprecia la potencia se puede obtener conociendo la tensin y la intensidad o bienconociendo la intensidad y la resistencia.

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    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 decibeles

    Se ha establecido una convencin muy cmoda para la comparacin de niveles de potenciaelctrica, o de niveles de seal en un circuito, o niveles de tensin, haciendo uso de los logaritmosvulgares o sea los de base 10. Este criterio de comparacin es el decibelio (dB) y un circuito quetenga 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 deuna entrada de 1 Watt se dice que este amplificador gana 20 dB, puesto que : q = 10 log100/1 = 10x 2 = 20 dB. Debemos aclarar que el logaritmo es sencillamente el exponente al que hay queelevar 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 otravariable, porque los decibelios indican nicamente el factor de multiplicacin o de divisin de lavariable conocida. Cuando dos voltajes o dos potencias sean iguales, su relacin ser de 1:1 y portanto se expresa como 0 dB. Cuando se habla de potencias y la misma se duplica, la relacin ser2:1 y la ganancia es de + 3,01 dB y cuando la potencia se reduzca a la mitad, la relacin ser 1:2 osea 0,5 y habr una prdida de -3,01 dB. Si la potencia se vuelve a duplicar, la relacin ser 4:1 yla ganancia de + 6,02 dB. Por lo expuesto debe tenerse siempre presente que los nmeros endecibelios NO son directamente proporcionales a las relaciones ya que la correspondencia eslogartmica. Cuando se expresen relaciones de voltajes en lugar de potencia, el nmero de dB serdoble 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 compararganancias de voltajes los mismos deben medirse a impedancias iguales en cambio cuando secomparan 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 magnitudesdefinidas 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 sobreuna carga de 600 y en funcin de la tensin se tendra que 1 dB = 0,775 Volt.

    Introduccin a la electrnica

    Los circuitos electrnicos constan de componentes electrnicos interconectados. Estoscomponentes se clasifican en dos categoras: activos o pasivos. Entre los pasivos se incluyen lasresistencias, los restatos, los condensadores, los transformadores, y los inductores. Losconsiderados activos incluyen las bateras (o pilas), los generadores, los tubos de vaco y lostransistores. Hay una cantidad y diversidad enorme de estos componentes, as que solomencionaremos los ms utilizados e importantes para nosotros.

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    Resistencias

    Son elementos construidos de materiales que se oponen al paso de la corriente elctrica. Los hayde diversos tamaos y formas que dependen en que circuito se los va ha utilizar. Existen dos tiposfundamentales de resistores los fijos y los variables. Los resistores fijos son comnmente de unacomposicin 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 fuerzaelectromotriz. Pero la intensidad de la corriente que circula por el conductor est limitada por variosfactores. Podemos comparar la intensidad de la corriente que fluye de una fuente de energa con elagua que sale de un tanque. La cantidad de agua depende de la altura del tanque (comparable a latensin de la fuente) y al dimetro del cao y esto lo podemos comparar con la electricidad ya queun conductor muy fino opondr una gran resistencia al paso de la corriente en cambio un conductorgrueso casi no ofrecer resistencia. De esto se desprende que la resistencia es la oposicin alpaso de una corriente. La unidad de resistencia es el OHM () y sus mltiplos el Kilohms y elMegohms y puede definirse como si conectando un conductor a una fuente de energa de 1 Voltpor l circula una corriente de 1 Amper la resistencia de dicho conductor ser de 1 . Todaresistencia genera calor y por tanto al dimensionar un circuito debemos tener en cuenta ese calor ydeterminar el tamao fsico de la resistencia que est en relacin con los watt de disipacin decalor.

    Transformadores

    Componente basado en la disposicin de dos bobinados acoplados magnticamente. El uno es elprimario y el otro el secundario. Para mejorar el acoplamiento, el espacio vaco entre los dosbobinados es reemplazado por un ncleo ferromagntico de chapas o ferrita segn la frecuenciade funcionamiento.

    Estamos acostumbrados a citar los transformadores como integrantes de los circuitos dealimentacin 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 condicionesde 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 oaudiofrecuencia.

    Diodos

    Son elementos semiconductores que permiten la conduccin de corriente en un sentido, y loimpiden en el opuesto. Son utilizados para la rectificacin de la corriente, para detectores, etc.

    Diodo Zener

    El diodo genricamente denominado Zener puede trabajar en base a dos principios totalmentediferentes como lo son el efecto tnel y el efecto avalancha pero que para nuestro uso tanto lascurvas de tensin e intensidad no difieren. El diodo Zener tiene diversas aplicaciones, perofundamentalmente se lo utiliza para estabilizar tensiones. El circuito esquematizado en la figuraestabiliza una tensin igual a VZ ya que la tensin V del generador puede variar dentro de ciertoslmites, mientras que la tensin de salida VZ permanece constante. La corriente IR ha de variarprovocando una cada de tensin sobre R que compensa las variaciones de V.

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    Fotodiodos

    El fotodiodo es hoy utilizado en numerosos equipos de comunicaciones con el fin de variar laintensidad de luz del display de acuerdo a la luz ambiente. El sistema consiste en que en elfotodiodo se aprovecha el efecto por el cual una juntura N-P polarizada en sentido inverso permiteuna circulacin de corriente cuya magnitud depende del flujo luminoso incidente y su construccinse realiza encapsulando el fotodiodo en un recipiente con una nica cara transparente y susdimensiones son de apenas algunos milmetros. Existen adems fotodiodo conversores de energasolar comnmente llamados "celdas solares" o "clulas fotovoltaicas" y con cada una de ellaspueden obtenerse potencias del orden de los 100 milivatios, cuando estn iluminadas con luz solarplena ya que generan 0,6 voltios en circuito abierto.

    Diodos Varactores o Varicap

    Es en la prctica un condensador variable con la tensin y est constituido generalmente por unaunin de silicio que tiene una concentracin de impureza especial para aumentar la variacin decapacidad y minimizar la resistencia serie. Se los utiliza para sintonizar elctricamente los circuitosresonantes 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 multiplicadorparamtrico) ya que no requieren potencia de C.C. de entrada.

    Vlvulas o Tubos de vaco

    Una vlvula o tubo de vaco consiste en una cpsula de vidrio de la que se ha extrado el aire, yque lleva en su interior varios electrodos metlicos. Un tubo sencillo de dos elementos (diodo) estformado por un ctodo y un nodo, este ltimo conectado al terminal positivo de una fuente dealimentacin. El ctodo (un pequeo tubo metlico que se calienta mediante un filamento) liberaelectrones que migran hacia l (un cilindro metlico en torno al ctodo, tambin llamado placa). Sise aplica una tensin alterna al nodo, los electrones slo fluirn hacia el nodo durante elsemiciclo 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 maneraque slo permiten los semiciclos positivos de una corriente alterna (c.a.) se denominan tubosrectificadores 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, yaplicando 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 puedellegar al nodo. Este tipo de tubo, denominado triodo, se puede utilizar como amplificador. Laspequeas variaciones de la tensin que se producen en la rejilla, como las generadas por unaseal de radio o de sonido, pueden provocar grandes variaciones en el flujo de electrones desde elctodo hacia el nodo y, en consecuencia, en el sistema de circuitos conectado al nodo.

    Transistores

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    Los transistores se componen de semiconductores. Se trata de materiales, como el silicio o elgermanio, dopados (es decir, se les han incrustado pequeas cantidades de materias extraas), demanera que se produce un exceso o una carencia de electrones libres. En el primer caso, se diceque el semiconductor es del tipo n, y en el segundo, que es del tipo p. Combinando materiales deltipo n y del tipo p se puede producir un diodo. Cuando ste se conecta a una batera de manera talque el material tipo p es positivo y el material tipo n es negativo, los electrones son repelidos desdeel terminal negativo de la batera y pasan, sin ningn obstculo, a la regin p, que carece deelectrones. Con la batera invertida, los electrones que llegan al material p pueden pasar slo conmuchas dificultades hacia el material n, que ya est lleno de electrones libres, en cuyo caso lacorriente es prcticamente cero.

    El transistor bipolar fue inventado en 1948 para sustituir al tubo de vaco triodo. Est formado portres capas de material dopado, que forman dos uniones pn (bipolares) con configuraciones pnp onpn. Una unin est conectada a la batera para permitir el flujo de corriente (polarizacin negativafrontal, 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 laadicin de una seal, la corriente de la unin de polarizacin inversa del transistor variar enconsecuencia. El principio se puede utilizar para construir amplificadores en los que una pequeaseal aplicada a la unin de polarizacin directa provocar un gran cambio en la corriente de launin de polarizacin inversa.

    El smbolo usual para representar cualquier tipo de transistor es que la base es una lnea recta y elemisor y el colector por lneas que hacen ngulo con relacin a aquella. La lnea inclinadacorrespondiente al emisor tiene adems una cabeza de flecha que mira hacia adentro si eltransistor es tipo PNP y mira hacia afuera cuando es NPN.

    A continuacin se da un resumen de los tres montajes fundamentales en transistores.

    Denominacin Resistenciade entrada Resistenciade salida Amplificacinde corriente Amplificacinde tensin Gananciade

    potenciaInversinde fase

    Base comn

    Muy baja

    Elevada

    No

    Elevada

    Media

    No

    Emisor comn Media Media Elevada Elevada Media Si

    Colectorcomn Elevada

    Pequea Elevada No Pequea No

    Desde el punto de vista terico es conveniente agrupar los circuitos con transistores en una de lastres disposiciones bsicas como: Emisor a tierra; Base a tierra; Colector a tierra. Desde el punto devista prctico se utiliza el tipo de seales que manejan y as tenemos: amplificadores conacoplamiento directo de continua; amplificadores con acoplamiento directo de alterna;amplificadores de audio; estabilizadores de continua; de acoplamiento entre pasos; controladoresde 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 decontacto?, ?de unin por crecimiento?, ?de unin difusa?, ?epitaxiales?, etc.

    Medida de alfa (): Para hacer la medicin usando el mtodo esttico se debe primero ajustartodos 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 lacorriente del emisor en pequeo grado (0,05 a 0,2 miliamperios) y antese la variacin que se

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    produce en la corriente de colector. Alfa ser entonces la razn entre la diferencia en los valores decorriente 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 disposicincon emisor a tierra y puede definirse como la razn entre la variacin de corriente del colector y lavariacin incremental de la corriente de base, para un potencial constante de colector.

    Transistores de Efecto de Campo

    Adems de los transistores citados existen otros tipos basados en otras tcnicas que losdiferencian ya que su conduccin se basa en la movilidad de huecos y de electrones en el interiordel monocristal. En este sentido se encuentran los denominados FET, los del tipo MOSFET y losuniunin.

    Transistores MOSFET: La propia sigla define la configuracin de este tipo de transistor ya que sunombre deriva de las palabras inglesas Metal Oxido Semiconductor Field (campo) Efect Transistores 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, Semiconductor

    Estos transistores pueden construirse con canal tipo P, en cuyo caso el cristal semiconductor basedeber estar dopado P y la puerta deber ser de tipo N. En la figura se representa un transistorFET con puerta de unin y canal de tipo N y tipo P; G indica la puerta o el graduador (gate); D eldrenador (drain) y S el surtidor (source).

    Condensadores

    Los 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 elctricaque se acumular en cada una de ellas. Si se desconecta la batera, el condensador conserva lacarga 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 actacomo conductor de la corriente alterna.

    Clculos con capacitores

    Clculo de capacitancias en serie

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

    Resultando CT menor 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 = 13

    Inductores

    Los inductores o bobinas consisten en un hilo conductor enrollado en forma de bobina. Al pasaruna corriente a travs de la bobina, alrededor de la misma se crea un campo magntico que tiendea 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 ylentamente cambiantes. Al utilizar un inductor conjuntamente con un condensador, la tensin delinductor alcanza un valor mximo a una frecuencia especfica que depende de la capacitancia y dela inductancia. Este principio se emplea en los receptores de radio al seleccionar una frecuenciaespecfica mediante un condensador variable (son circuitos sintonizados).

    Clculos con inductancias

    Clculo 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 Henrios

    Clculo de inductancias en paralelo

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    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 elcircuito.

    Reactancia

    Una corriente alterna est siempre aumentando o disminuyendo por lo que la fuerza electromotrizde autoinduccin se opone continuamente a dichas variaciones y por tanto reducen el valor de lacorriente 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 delimitar el paso de la corriente alterna y el nmero de ohm de reactancia es igual (para la limitacincitada) al que produce una resistencia hmica pura de igual valor. La reactancia inductiva aumentadirectamente con la frecuencia y la frmula para calcularla es:

    XL= 2FL

    F: Frecuencia en HertzL: Inductancia en Henrios

    En el caso de la reactancia capacitiva o capacitancia una corriente alterna fluye por un circuito quetenga capacitores ya que cada vez que la F.E.M. de la fuente se invierte hay un paso de electronesde una placa del condensador hacia la opuesta a travs de la fuente y tenemos una corrientealterna aunque los electrones no atraviesen el dielctrico del condensador ya que dicha corrientesolo carga y descarga el condensador. Cuando mayor sea la capacidad del condensador mayorser la F.E.M. de autoinduccin y por tanto a mayor capacidad menor reactancia capacitiva porquefluir ms corriente. La reactancia capacitiva se reduce cuando aumenta la frecuencia y la frmulapara calcularla es:

    XC= 1 / (2FC)

    F: Frecuencia en HertzC: Capacitancia en Faradios

    Calculo de resonancia en circuitos L-C

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    resonancia en serie

    En 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 resonanciaXL = XC la diferencia entre ellas es 0 (cero) y por tanto la impedancia es igual a la resistenciahmica del circuito y siendo la resistencia en los circuitos de radiofrecuencia muy reducida, laimpedancia tambin lo ser.

    resonancia en paralelo

    En 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 labobina 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 2una constante. En el caso de un circuito resonante serie en la frecuencia en que Xc es igual a Xi laimpedancia del circuito es mnima y la corriente circulante mxima y la frmula para el clculo de lafrecuencia de resonancia es la citada anteriormente.

    Frecuencia de resonancia

    Un circuito resonante en serie, sometido a frecuencias inferiores a la de resonancia, acta comouna reactancia capacitiva, o como una capacidad en serie con una resistencia. A frecuenciassuperiores 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 potencialalterno en la bobina o en el condensador, segn el caso, puede ser muchas veces mayor que elaplicado a los elementos que forman el circuito serie. Un circuito resonante paralelo, sometido afrecuencias inferiores a la de resonancia, acta como una reactancia inductiva mientras que a lasfrecuencias superiores a la de resonancia acta como una reactancia capacitiva. Existe la mismadiferencia de potencial entre la capacidad y la inductividad y no es mayor que el voltaje aplicado alcircuito.

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    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 quecombinadas, producen resonancia.

    Filtros de onda

    Los filtros de onda estn formados por combinaciones de inductancia y capacitancias y se utilizanpara separar entre s diferentes frecuencias y se emplean en general para conseguir uno de loscuatro tipos siguientes de separacin de frecuencias.

    1. - Para permitir, con baja atenuacin, el paso de todas las frecuencias inferiores a unadeterminada llamada frecuencia de corte. Se denomina filtro de paso de bajo.2. - Para producir una atenuacin grande a todas las frecuencias inferiores a la de corte y casi noatenuar las superiores. Se denomina filtro de paso alto.3. - Para proporcionar gran atenuacin a todas las frecuencias por debajo y por encima de dosfrecuencias llamadas de corte. Se denomina filtro paso de banda.4. - Para proporcionar gran atenuacin a todas las frecuencias comprendidas dentro de dosfrecuencias 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 seutilizan distintos tipos de filtros. El principio bsico de funcionamiento de un filtro es su propiedadde ofrecer muy alta impedancia a las frecuencias que no deben atravesarlo o cuando existensuperpuestas corrientes alternas y continua ya que esta puede considerarse para el caso del filtrocomo una alterna de frecuencia cero. Los filtros bsicos se dividen en cuatro clases segn labanda o bandas de frecuencia que deben dejar pasar; as los hay de paso alto, de paso bajo, depaso de banda y de banda eliminada. Los filtros estn constituidos por circuitos donde intervienenbobina, capacitores, resistencias y sus combinaciones formando reactancias e impedancias.Definimos la reactancia capacitiva como la oposicin presentada por un capacitor al pasaje de unacorriente alternada. Esta reactancia depende de la capacitancia y de la frecuencia de la corrientepor 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 laoposicin presenta da por una bobina o inductor al pasaje de una corriente alterna y sta dependede 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 lafrecuencia de resonancia la impedancia del circuito es mnima, la corriente circulante mxima yesta 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

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    Una onda es una perturbacin que se propaga en un medio material o en el vaco con unadeterminada 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 (dependenciaespacial).

    Una onda electromagntica es la forma de propagarse a travs del espacio los camposelctricos y magnticos producidos por cargas elctricas en movimiento.

    En telecomunicaciones, distinguiremos entre ondas confinadas en una lnea de transmisin(cable coaxial, gua de ondas), que se describen mediante voltajes y corrientes, y ondasradiadas en el espacio libre, que se describen mediante un campo elctrico y un campomagntico.

    Los campos se describen matemticamente mediante vectores, que nos dan informacin de sumagnitud 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 muestrauna representacin de una onda TEM que se propaga hacia la esquina superior derecha. Losvectores azules representan el campo magntico y los vectores amarillos el campo elctrico.

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    Onda transversal electromagntica

    Las ondas se propagarn confinadas en un medio o lnea de transmisin (un cable telefnico, uncable 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:

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

    Clasificacin de los sistemas

    En primer lugar diferenciaremos los sistemas por el tipo de seal transmitida. Podemosdiferenciar entre:

    Sistemas analgicos. La informacin se convierte en una seal elctrica en banda base, y sta moduladirectamente a la portadora para ser transmitida. Son los sistemas ms tradicionales, cuya gran ventaja esla robustez y el bajo coste: la radio comercial, las redes de radio privadas (PMR, Private Mobile Radio) comolas empleadas por los distintos servicios de Proteccin Civil o la propia Red Telefnica Bsica que tenemosen nuestra casa.

    Sistemas digitales. La informacin se digitaliza, se transforma en seal banda base, y a continuacin serealiza el proceso de modulacin. El proceso de digitalizacin puede ofrecernos grandes ventajas, como elcifrado de las comunicaciones o la ecualizacin para mejorar la recepcin. Los sistemas de radio msmodernos 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, podemosdiferenciar:

    Sistemas punto a punto (unicast). La comunicacin se establece solamente entre dos usuarios. Porejemplo, 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 unconjunto cerrado de usuarios. Por ejemplo, una audioconferencia entre varias personas, una transmisinradio a travs de un repetidor en una malla privada o un correo electrnico enviado con copia a variaspersonas.

    Sistemas broadcast. La comunicacin se origina en un punto y va dirigida a todo el mundo, sinrestricciones. 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 su modo de explotacin:

    Sistemas simplex. Se utiliza un nico canal de comunicacin, que slo puede ser usado en transmisinpor un usuario en un momento dado. Por ejemplo, cuando usamos una sola frecuencia de radio para hablarse dice que estamos usando un canal simplex.

    Sistemas semiduplex. Utilizan dos canales, que solamente pueden ser usados en transmisin por unusuario en un momento dado. La ventaja sobre los anteriores es que permiten la utilizacinde reemisores.

    Sistemas full-duplex. Utilizan igualmente dos canales, que pueden ser utilizados simultneamente enambos sentidos de la comunicacin, de la misma forma que se produce una conversacin entre dospersonas. Es el caso de la telefona mvil y fija, y de algunos sistemas trunking.

    Finalmente, diferenciaremos los sistemas en funcin de la cantidad de informacin que puedentransportar en un momento dado, es decir, en funcin de su capacidad:

    Sistemas de banda estrecha (narrowband). Utilizan esquemas de modulacin simples, de forma quese garantice la comunicacin aunque esta no tenga una calidad elevada. Por ejemplo, en el telfonotradicional la voz es inteligible aunque "suena" distinta a como es en la realidad, porque se transmitesolamente una parte del ancho de banda que ocupa la voz realmente.

    Sistemas de banda ancha (broadband). Suelen utilizar esquemas de modulacin ms complejos, deforma que se pueda transmitir mayor cantidad de informacin en un momento dado.

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    Nuestro sistema de telecomunicacin deber usar un determinado tipo de ondas electromagnticasen funcin de un doble requerimiento: por un lado necesitaremos un determinado ancho de bandapara transmitir la cantidad de informacin deseada, y por otro una longitud de onda adecuada paratransmitir 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 un sistema analgico, la seal moduladora va modulando de forma continua a la ondaportadora durante todo el proceso de transmisin. De qu formas podemos realizar lamodulacin para transportar la informacin? La respuesta es variando alguna de sus trescaractersticas 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 deradiodifusin comercial, a radiocomunicaciones aeronaticas avin-tierra y a radioaficionados.

    La mayor desventaja de estos sistemas es su sensibilidad a las variaciones bruscas de amplitud dela seal en su transmisin por el canal, que pueden provocar desvanecimientos que hagan a laseal prcticamente ininteligible en recepcin.

    Modulacin en banda lateral (SSB)

    La modulacin en banda lateral (SSB, Single Side Band) consiste en optimizar las prestaciones enpotencia de la modulacin AM, transmitiendo toda la potencia solamente en una parte del ancho debanda de la seal. La mejora de rendimiento en potencia de transmisin es sustancial, y por esoeste 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 comoreferencia una seal equivalente en AM, podemos distinguir las transmisiones en Banda LateralSuperior (USB, Upper Side Band) y en Banda Lateral Inferior (LSB, Lower Side Band).

    Modulaciones angulares

    En este grupo se encuadran las modulaciones que varan la frecuencia (FM, FrequencyModulation) y la fase (PM, Phase Modulation) de la seal portadora. A efectos prcticos solamentese usa la FM, que presenta como caracterstica fundamental su gran robustez frente al ruido y losdesvanecimientos en el canal.

    En la modulacin de frecuencia o FM, la seal moduladora hace variar la frecuencia de laportadora.

    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 bandaestrecha (NBFM, Narrow Band FM), utilizada muy profusamente en las redes privadas mviles queemplean multitud de servicios: polica, ambulancias, bomberos, radio-taxis, etc.

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    Sistemasdigitales

    En los sistemas digitales, la seal que transporta la informacin se digitaliza previamente a sertransmitida.

    Los sistemas digitales utilizan una lgica binaria, representando la informacin por medio de bits.

    El bit(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 deinformacin.

    El proceso de transformacin de una seal analgica (por ejemplo, la voz) en una seal digital sedenomina digitalizacin, y a su vez consiste en otros dos procesos, como puede observarse enla figura 2.1:

    Muestreo. Conforme la seal analgica progresa en el tiempo, se toman muestras de la misma aintervalos repetitivos equiespaciados, es decir, a una frecuencia de muestreo fija. Obviamente, cuantas msmuestras se tomen por unidad de tiempo, con mayor fidelidad la seal digital representar a la sealanalgica 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 cuantif icacin tengamos, mayor fidelidad tendr la representacin de la sealanalgica en el plano digital y mayor nmero de bits sern necesarios.

    Proceso de digitalizacin

    Como resultado de la digitalizacin, nuestra seal analgica ser transformada en una sealdigital cuyos valores podemos representar con un conjunto de bits, que utilizaremos para realizaruna modulacin digital.

    Modulaciones digitales

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    Una vez que disponemos de la seal digitalizada, la utilizaremos para modular una portadora y deesta forma ser transmitida a travs del canal. Los esquemas de modulacin digital pueden llegar aser bastante complejos, aunque bsicamente se agrupan en:

    ASK(Amplitude Shift Keying). La portadora se modula en valores discretos de amplitud. Al igual que en elcaso de la AM analgica, este tipo de modulacin es muy sensible a los desvanecimientos originados en elcanal.

    FSK(Frequency Shift Keying). Existen varias portadoras con valores discretos de frecuencia. Estamodulacin es ms robusta frente al ruido que la ASK, y se usa por ejemplo en la transmisin de datos porradiopaquete. En el caso de que existan dos posibles frecuencias para transmitir la seal, hablamos deBFSK (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 susvariantes consituyen el esquema de modulacin digital ms robusto frente a desvanecimientos ypropagacin 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 transmitirpor unidad de tiempo, midindose por tanto en bits por segundo (bps) o en sus mltiplos mscomunes: kilobits por segundo (1 kbps 1000 bps) y megabits por segundo (1 Mbps 1000000bps).

    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.

    Para muestrear una seal de este tipo sin que se produzca prdida de informacin, deberemosutilizar una frecuencia de muestreo de al menos el doble del lmite superior del espectro de laseal. En este caso, usaremos una frecuencia fm = 2 x 4 kHz = 8 kHz, es decir, tomaremos 8000muestras por segundo de la voz.

    Ahora tenemos que representar digitalmente cada una de las 8000 muestras por segundo queestamos tomando. Para ello, se utiliza un cuantificador de 256 niveles: tendremos 256 niveles

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    discretos de amplitud para representar cada muestra. Como tenemos 256 niveles, cada nivel podrser representado por 8 bits, ya que 28 = 256.

    En resumen, si tomamos 8000 muestras cada segundo y representamos cada una de ellas con 8bits, tendremos un total de 8000 x 8 = 64000 bits/s = 64 kbps. Necesitamos un canal digital capazde 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 doscanales 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 descubrimientosrealizados a lo largo del siglo XIX que permitieron la utilizacin de la energa elctrica para usoshumanos.

    En 1801, Alessandro Volta inventa la pila que lleva su nombre, que permite el almacenamiento deenerga elctrica para su uso posterior.

    Ya en 1844, Samuel F. Morse inventa el cdigo que tambin lleva su nombre, y que permite latransmisin de informacin por medio de un sistema digital almbrico simple a larga distancia. Erael nacimiento del telgrafo de hilos.

    En 1865, James C. Maxwell desarrolla su "Teora dinmica del campo electromagntico, en la quelogra relacionar matemticamente los parmetros que caracterizan a los campos elctricos ymagnticos creados por cargas elctricas en movimiento.

    Unos veinte aos ms tarde, en 1888, Hertz logra demostrar la existencia de las ondaselectromagnticas, hecho que sera aprovechado en 1895 por Guillermo Marconi para inventar elprimer emisor de radio, con el que consigui transmitir una seal morse a milla y media dedistancia.

    Desde aquel hito y hasta la actualidad, la tcnica electrnica ha experimentado un espectacularavance que permite la integracin un mayor nmero de componentes electrnicos en espacioscada vez ms reducidos, gracias a lo cual se pueden desarrollar sistemas de elevadasprestaciones cada vez ms miniaturizados.

    El espectro radioelctrico

    Denominamos espectro radioelctrico al conjunto de frecuencias de radio asignables por lasentidades oficiales competentes para su utilizacin en sistemas de telecomunicaciones. El espectroradioelctrico se divide en bandas de frecuencias, dentro de las cuales se realizan asignacionespara cada tipo de servicio.

    El espectro radioelctrico se sita en el rango de 3 kHz a 3000 GHz. En la tabla 3.1 se muestrauna distribucin ms amplia del espectro en la que podemos comparar cuantitativamente el rangode frecuencias de las ondas de radio con las de otras ondas electromagnticas como la propia luz.

    http://f/descargas/2k10/2k10-03-24/res_busqueda.jsp.htm%2300
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    Rango frecuencial (Hz) Tipo de onda

    10 Rayos gamma

    10 Rayos X

    10 Ultravioleta (UV)

    10 Visible1013 Infrarrojo (IR)

    10 Microondas

    10 Ondas de radio cortas

    10 Ondas de radio largasEl espectro electromagntico

    A nivel mundial, las atribuciones de cada banda a cada servicio las realiza la Unin Internacionalde Telecomunicaciones, seccin Radio (UIT-R), que es una parte del antiguo CCITT (ComitConsultivo Internacional de Telfonos y Telgrafos).

    En Espaa, la gestin del espectro radioelctrico corre a cargo de la Secretara de Estado deTelecomunicaciones y para la Sociedad de la Informacin (SETSI), dependiente del Ministerio deCiencia y Tecnologa.

    A ttulo orientativo, en la tabla se muestra la divisin en bandas del espectro radioelctrico. Laasignacin de segmentos de frecuencias a cada servicio en Espaa se recoge en el CuadroNacional de Atribucin de Frecuencias (CNAF).

    Nmero de Banda Denominacin Rango defrecuencias

    Tipo de ondas

    4 VLF 3 a 30 kHz Miriamtricas

    5 LF 30 a 300 kHz Kilomtricas6 MF 300 a 3000 kHz Hectomtricas

    7 HF 3 a 30 MHz Decamtricas

    8 VHF 30 a 300 MHz Mtricas

    9 UHF 300 a 3000 MHz Decimtricas

    10 SHF 3 a 30 GHz Centimtricas

    11 EHF 30 a 300 GHz Milimtricas

    12 300 a 3000 GHz Decimilimtricas

    Divisin en bandas del espectro radioelctrico

    Elementos de un sistema de radiocomunicaciones

    Los elementos de todo sistema de radiocomunicaciones han de cumplir tanto unas caractersticasde diseo como unas limitaciones impuestas por la Administracin competente en materia detelecomunicaciones.

    En este apartado nos centraremos en las caractersticas de los elementos usados en las redesmviles privadas (PMR, Private Mobile Radio), usadas profusamente por los Servicios deProteccin Civil, ya que es en este campo donde resultar imprescindible aplicar los conocimientos

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    adquiridos. El resto de sistemas (telefona mvil, etc) normalmente vienen listos para ser puestosen produccin y son pocas las modificaciones que pueden realizarse para optimizar sufuncionamiento.

    Transceptores

    Con esta palabra definimos a un equipo que implementa tanto las funciones de transmisin comolas de recepcin, lo cual es posible gracias a las modernas tecnologas de integracin y montaje decomponentes electrnicos. No obstante, se siguen fabricando transmisores y receptores porseparado. Un caso de los primeros lo forman los radioenlaces digitales punto a punto, y de lossegundos los receptores multibanda o scanners.

    Un transmisor tiene una estructura bsica que se muestra en la figura.

    Transmisor de FM

    En la etapa de audio, el micrfono (transductor) se conecta a un amplificador como fase previapara llevar la seal moduladora banda base al modulador, donde ya se genera una sealmodulada.

    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 (etapafinal), 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 deimplementarlo en nuestro sistema de radiocomunicacin:

    Modos de transmisin. Los transmisores modernos pueden llegar a implementar varios tipos demodulaciones (AM, FM, LSB, USB).

    Cobertura de frecuencias. En funcin del rango o rangos de frecuencias en que el transmisor es capazde 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 expresarseen forma logartmica como decibelios por miliwatio (dBm). En los equipos de HF suele ser del orden de lascentenas 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 Administracincompetente. La tabla 3.3 es orientativa de las potencias de transmisin tpicas que ofrecen los equiposusados en PMR en las bandas de VHF y UHF.

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    Tipo de equipo Potencia de Tx tpica

    Base 50 W

    Mvil 5 W / 10 W / 35 W / 50 W

    Portable 0.5 W / 1 W / 5 W

    Repetidor 25 WPotencia de transmisin tpica en equipos PMR de VHF y UHF

    Distorsin de modulacin. Todo transmisor, en el proceso de modulacin introduce una distorsin en laseal 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, locual implica que aparte de la seal sintonizada a la frecuencia en la que se pretende transmitir, tambin segenera radiacin en frecuencias no deseadas.

    La estructura bsica de un receptor se muestra en la figura siguiente.

    Receptor de FM

    En el receptor se realiza el proceso inverso que en el transmisor, de forma que a su salida, en elaltavoz, 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 quela seal se baja en frecuencia antes de ser demodulada, es decir, se convierte nuevamente enseal en banda base. Este proceso se puede realizar en varias etapas, bajando la seal a diversasfrecuencias intermedias (FI) antes de pasarse al detector, proceso conocido con el nombre deheterodinizacin. Los receptores que disponen de varias estapas de frecuencia intermedia sedenominan receptores superheterodinos, y presentan grandes ventajas respecto a losconvencionales en lo referente a calidad de la seal demodulada.

    Finalmente, la seal de frecuencia intermedia se entrega al demodulador, donde se realiza elproceso inverso a la modulacin para obtener una seal demodulada que pasa al altavoz para serescuchada por el usuario final.

    Algunos parmetros que caracterizan a un receptor son similares a los de un transmisor, aunqueexisten otros especficos de la recepcin:

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    Modos de transmisin. Al igual que los transmisores, los receptores modernos pueden llegar aimplementar varios tipos de modulaciones (AM, FM, LSB, USB).

    Cobertura de frecuencias. Igualmente distinguimos entre receptores monobanda (capaces de operar enuna nica banda, como VHF), bibanda (en dos bandas, como VHF/UHF) y de banda contnua (variasbandas).

    Paso de frecuencia o canalizacin. Es la mnima separacin frecuencial entre radiocanales a la quepuede operar el receptor. En la tabla 3.4 se muestran las separaciones tpicas usadas en cada banda para

    redes de radio privadas:

    Banda de HF Bandas de VHF y UHF

    Hasta 1 kHz

    5 kHz

    10 kHz

    12,5 kHz

    25 kHz

    50 kHzSeparacin 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 sealesespurias provenientes del canal adyacente.

    Sensibilidad. Mnima potencia de RF aceptable a la entrada del receptor para que su demodulador puedafuncionar correctamente y se entregue a la salida una seal con calidad suficiente. Suele expresarse endecibelios por miliwatio (dBm).

    Relacin seal a ruido y distorsin (SINAD). Es un parmetro que mide la calidad de recepcin enconsiderando por un lado la potencia de la seal recibida y por otro la cantidad de ruido a la entrada delreceptor y la distorsin que el mismo introduce en el proceso de demodulacin. Su unidad de medida es eldecibelio (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 transceptortiene una potencia de transmisin y una sensibilidad de recepcin elevadas. No suelen disponer dealimentacin autnoma.

    Transceptor mvil. Similares a los transceptores base, suelen tener un diseo ms compacto y robustopara ser instalados en un vehculo. Las caractersticas de potencia de transmisin y sensibilidad son algopeores 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 laalimentacin de la batera del vehculo, o bien de una fuente de alimentacin externa, lo cual permiteadems su utilizacin como equipos de base.

    Transceptor portable. Se trata de equipos de reducido tamao y peso, diseados para ser transportadosy 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 mstpico consiste en recibir una seal por una determinada frecuencia, amplificarla y transmitirla a travs deotra frecuencia. Para ello suelen contar con un transmisor y un receptor separados, y adems con unsistema de filtrado de alta calidad (duplexor o cavidades) que permite realizar todo el proceso de

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    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 unacobertura lo ms amplia posible.

    Resulta necesario insistir en la limitacin legal en cuanto a potencia de transmisin, que vieneimpuesta 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 losdistintos servicios que comparten una misma banda.

    Antenas

    Una antena es la parte de un sistema transmisor o receptor diseada especificamente para radiar orecibir ondas electromagnticas. Toda antena es una regin de transicin entre una zona dondeexiste una onda electromagntica guiada y una onda en el espacio libre, a la que puede ademsasignar 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 unalnea de transmisin, en la que como sabemos existe una onda electromagntica confinada que podemosdescribir con un voltaje y una corriente. La relacin entre ambos a la entrada de la antena nos dasu impedancia, que tendr una parte resistiva y otra reactiva que da cuenta de los fenmenos inductivosy capacitivos. En caso de que la impedancia solamente tenga una parte resistiva a una frecuencia dada,decimos que la antena es resonante a esa frecuencia. Las antenas se disean para ser resonantes en unafrecuencia 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 lasprdidas. De la radiacin podemos dar cuenta mediante la resistencia de radiacin (Rr), que es igual alvalor de resistencia hmica que disipara la misma potencia que la radiada por la antena. Asimismo,podemos hacer un equivalente hmico para las prdidas definiendo una resistencia de prdidas (Rp). Laeficiencia de la antena se define entonces como:

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

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    Diagrama de radiacin de una antena

    Directividad (D). Si comparamos la densidad de potencia que rada una antena en una direccin y a unadistancia dada, y la comparamos con la que se tendra para el caso de una antena isotrpica estableciendouna relacin entre ambas, obtendremos la directividad de la antena que estamos caracterizando. Al tratarsede una relacin de potencias, podemos medirla en decibelios (dB). Normalmente la directividad se definetomando como referencia la direccin en que la antena emite su mximo de radiacin, que ser la dada porel lbulo de mayor tamao en su diagrama de radiacin.

    En funcin de su directividad, podemos distinguir entre antenas isotrpicas, que radan la mismacantidad de energa en todas las direcciones del espacio (caso terico que no existe en laprctica), antenas omnidireccionales, que radan la misma cantidad de energa en los 360 desu azimut, y antenas directivas, que radan un mximo de energa en una direccin dada y muypoca o despreciable en el resto. En funcin de las necesidades de nuestro sistema, tendremos queelegir entre utilizar antenas omnidireccionales o antenas directivas.

    Ganancia (G). Se relaciona directamente con la directividad a travs de la eficiencia de la antena. Para elcaso de altas frecuencias, en las que la eficiencia de la antena suele ser muy elevada, la ganancia y ladirectividad 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 decampo elctrico. La polarizacin de una antena en una direccin ser la del campo que rada en esa mismadireccin. As pues, como casos prcticos podremos tener polarizacin lineal (vertical u horizontal) ypolarizacin elptica, uno de cuyos casos particulares es la polarizacin circular.

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    Resulta imprescindible utilizar las antenas transmisora y receptora con el mismo tipo depolarizacin, para evitar las prdidas por desacoplo de polarizacin.

    Ancho de banda. Todas las caractersticas anteriores que hemos visto normalmente tiene n validezsolamente para un conjunto de frecuencias en torno a la frecuencia de trabajo para la que se disea unaantena. Este conjunto de frecuencias se denomina ancho de banda de la antena. Solamente podremosutilizar la antena en este conjunto de frecuencias. Normalmente, las antenas ms eficientes se disean paratrabajar en una nica banda, aunque tambin existen antenas multibanda que permiten trabajar en dos oms bandas del espectro.

    Longitud efectiva. Todos los parmetros que hemos visto hasta ahora caracterizan a una antena tanto entransmisin como equivalentemente en recepcin. Existe un parmetro que se define solamente enrecepcin y que da cuenta de la relacin entre la densidad de potencia de la onda incidente en la antenareceptora y la potencia que sta entrega realmente al receptor al que se encuentra conectada. Si medimosel campo incidente en la antena (E) y la tensin que ste induce en la misma, en circuito abierto (sinconectarla al receptor), la longitud efectiva de la antena es:

    Existen diversos mtodos de incrementar la longitud efectiva de una antena para mejora larecepcin. 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 la potencia isotrpica radiada equivalente (PIRE) como:

    PIRE = Pt x Gt [W]

    A continuacin analizaremos someramente algunos tipos de antena comnmente utilizados ensistemas de radiocomunicaciones.

    Antena dipolo /2. Consiste en dos brazos metlicos cuya dimensin es la mitad de la longitud de ondapara la que se disea la antena, como puede observarse en la figura 3.4. Su diagrama de radiacin esomnidireccional en azimut y llega hasta unos 80 grados en elevacin. Su ganancia es de 2,15 dB.

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    Antena dipolo de media longitud de onda

    Monopolos. Podemos sustituir uno de los brazos de la antena dipolo por un conjunto de radiales metlicosque realizan la funcin de plano de tierra, como se puede observar en la figura. El resultado es una antenaigualmente omnidireccional pero con una ganancia que puede llegar hasta los 6 dB, radiando potenciahasta unos 45 grados de elevacin. El tamao tpico del monopolo es la mitad o la cuarta parte de lalongitud de onda, y pueden emplearse tcnicas para incrementar su longitud efectiva, como la instalacinde 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. Sudiagrama de radiacin es omnidireccional y la ganancia tpica oscila entre 6 dB y 9 dB.

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    Estructura de una antena colineal

    Antena Yagi-Uda. Se trata de antenas directivas construidas con un dipolo y varios elementos con formade varilla metlica, como puede verse en la figura 3.7. El elemento situado tras el dipolo se denominareflector 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.

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    Antena directiva Yagi-Uda.

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

    Antena helicoidal

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

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    Antena logoperidica

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

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    Antena discono

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

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    Antena parablica

    Lneas de transmisin

    Las 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 detransmisin 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 corrienteen los cables en las proximidades del generador. Ahora bien, la propagacin de la corriente por unconductor se produce a una velocidad no mayor que la de luz, por tanto, a 300.000 km delgenerador, tardara 1 segundo en llegar la corriente y a 300 m tardara 1 microsegundo (unamillonsima de segundo). Puede pensarse que este tiempo es muy pequeo pero es el tiempo queuna onda de radiofrecuencia de 1 megahercio (un milln de ciclos por segundo), tarda encompletar un ciclo, y una frecuencia de un megahercio (MHz) est muy por debajo de lo queactualmente se puede emplear en radio.

    Por qu circula corriente si los dos conductores no se encuentran nunca? La tensin aplicada aellos crea un campo elctrico entre los dos conductores. Como recordaremos dos conductores

    prximos forman un condensador. Puesto que los conductores son infinitos, la capacidad delcondensador tambin lo es y, por tanto, nunca cesar la corriente que tiende a cargarlo, mientrasel generador est conectado.

    Ahora bien, todo conductor por el que circula corriente tiene una cierta inductancia por unidad delongitud, o sea, equivale a una bobina. Por tanto, la lnea de hilos paralelos que vimos antes puederepresentarse como una sucesin de bobinas y condensadores, tal como se indica en la figura.

    Relacin de Ondas Estacionarias

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    Qu ocurre cuando a una lnea de transmisin se le coloca una carga distinta de su impedanciacaracterstica? 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 cortocircuito

    CortocircuiroIntroduciendo una corriente alterna en la

    lnea (tal como indica la figura a), en elcortocircuito existir siempre un punto demnima tensin y de mxima intensidad(figura b y c).El efecto es equivalente al de una onda querebota contra una pared, invierte su sentido yretorna al generador, pero este retorno seefecta con un cambio de fase de 180, porlo que tendremos las corrientes y tensionestal como se muestra en las figuras d y e.La combinacin de la corriente y la tensinque llega y las que retornan, al medirlas conun voltmetro o ampermetro de

    radiofrecuencia se observa que son mximosen unos puntos de la lnea y, mnimos enotros y que estos puntos son invariables(figura f).A una onda de este tipo se le llama ondaestacionaria.

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    Se denomina Relacin de Ondas Estacionarias (ROE) o Standing Wave Ratio (SWR), al cociente entre la intensidadmxima y la mnima de una lnea de transmisin.

    ROE = Imax / Imin

    En 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 sedebe 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 cualquier mltiplo impar de esa longitud, laresistencia de carga es menor que la Zo.

    Si la intensidad mnima se produce a media longitud de onda o cualquier mltiple de ella, la resistencia de carga esmayor que Zo.

    La misma medida se puede hacer con un voltmetro, pero en este caso los supuestos se invierten.

    La ROE tambin se puede representar como:

    ROE = Zo / R si Zo > R

    o bien

    ROE = R / Zo si R > Zo

    Por ejemplo:

    R = 100 Zo = 50 ROE = 100/50 = 2

    se dice que tenemos una ROE de 2 a 1 (2:1)

    Nunca se debe decir que la ROE es igual a cero, ya que siempre se pone el nmero mayor en el numerador y, portanto, la mnima ROE es 1:1 y la mxima infinito: 1.Lo que s puede decirse es que en una lnea no hay ROE o sea que est equilibrada o que la ROE es 1:1.

    Observar que si usamos una antena de impedancia Zantena = 50 a la frecuencia de trabajo y un cable coaxial conimpedancia caracterstica ZLINEA = 50 , tendremos = 0 (no hay reflexin) y por tanto ROE = 1:1, es decir, no segenera onda estacionaria. Esto en la prctica es imposible de conseguir, y se considera aceptable un valor de hasta1:1,3. Podemos medir directamente la ROE con un medidor de onda estacionaria conectado entre nuestrotransmisor y la antena.

    Efectos de la ROE

    El primer efecto de la ROE es que la carga no absorbe toda la energa suministrada por la lnea (y por tanto por elgenerador). Si la carga es una antena, una parte de la energa del transmisor no es radiada y por tanto no seaprovecha.

    Otro efecto es que el transmisor se puede encontrar con unos valores de tensin e intensidad superiores a los quepuede soportar con seguridad, con el consiguiente peligro de destruccin. Este peligro es ms importante en el casode emisores a transistores que en los de vlvulas, ya que stas tienen un margen de tolerancias ms alto, y, por lamisma construccin de su circuito de salida, se pueden adaptar mejor que los equipos transistorizados para cargasdistintas de las previstas.

  • 8/3/2019 VADEMECUM TELECOMUNICACIONES

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    La tercera consecuencia desfavorable de la ROE es que la lnea de transmisin aumenta sus prdidas. Las lneasreales (hasta ahora se ha analizado una lnea ideal, que no tena prdidas), tienen siempre un cierto grado deprdidas de potencia. Si la ROE es elevada, estas prdidas aumentan, reduciendo an ms la potencia que llega a lacarga.

    De todas formas, una cierta ROE existen en casi todas las instalaciones ya que resulta casi imposible realizar unacoplamiento perfecto entre lnea y carga. Una ROE de 1,