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INTRODUCCIÓN A LAS COMUNICACIONES POR
RADIOFRECUENCIA
Centro CFP/ES
CAMPOS EN ELECTRÓNICA
ELECTRÓNICA DE POTENCIA
Manipular la energía eléctrica
V
t
1 10 11 01 11 1
V
t
Tensiones de alimentación± 12 V, +5 V, +3.3 V
ELECTRÓNICA ANALÓGICA
Información analógica
ELECTRÓNICA DIGITAL
Información digital
INSTRUMENTACIÓN ELECTRÓNICA:
MICROELECTRÓNICA
Circuitos IntegradosFabricación y diseño CI
DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS
PROGRAMABLES
Microprocesadores, Microcontroladores
SISTEMAS ELECTRÓNICOS PARA
ILUMINACIÓN
Lámparas, balastos
Temasespecíficos
COMPONENTES ELECTRÓNICOS
Formación básicaAnálisis de circuitos electrónicos
Base formativa
COMUNICACIONESSISTEMAS ELECTRÓNICOS DE AYUDA A
LA NAVEGACIÓN
ACCIONAMIENTOS DE MOTORES ELÉCTRICOS
Tracción eléctrica
SISTEMAS DE ALIMENTACIÓN ELECTRÓNICOS
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CONCEPTOS BÁSICOS
La comunicación es un concepto amplio que engloba a cualquier sistema de transferencia deinformación entre dos puntos.
En nuestro caso la información está contenida en alguno de los parámetros (amplitud, frecuencia,desfase) de una señal eléctrica (tensión o corriente).
Medios habituales de comunicación son:Cables eléctricos (par trenzado, cable coaxial, etc)Ondas electromagnéticas (Radio, enlaces de microondas)Señales ópticas (Infrarrojos)
Información
Transmisor
Información
ReceptorMediofísico
Transmisión de la información a distancia
TRANSMISIÓN RADIOELÉCTRICA
Información
Transmisor
Información
Receptor
Línea de transmisión
Antena
Línea de transmisión
Antena
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TRANSMISIÓN SIMPLEX
Información
Transmisor
Antena
Información
Receptor
Antena
Ejemplo: Mando a distancia de garaje
Información
TRANSMISIÓN SEMIDUPLEX
InformaciónAntena
Transmisor
Receptor
Conmutador
InformaciónAntena
Transmisor
Receptor
Conmutador
Información
InformaciónAntena
Transmisor
Receptor
Conmutador
InformaciónAntena
Transmisor
Receptor
ConmutadorInformación
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TRANSMISIÓN SEMIDUPLEX
Ejemplo: radioteléfono
Información Antena InformaciónAntena
Transmisor
Receptor
Transmisor
Receptor
Conmutador Conmutador
Información
TRANSMISIÓN DUPLEX
Ejemplo: teléfono inalámbrico
Información
Antena
Transmisor f1 + Filtro
Receptor f2+ Filtro
Información
Antena
Transmisor f2 + Filtro
Receptor f1 + Filtro
Información
Información
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TRANSMISIÓN DUPLEX
Opciones para enviar y recibir de forma simultanea:
Multiplexación en frecuencia (FDD). Cada mensaje va en un canal (banda de frecuencias)
Multiplexación en el tiempo (TDD). Solo se utiliza una frecuencia y se reparten el tiempo de transmisión
ONDA ELECTROMAGNÉTICA
En el entorno de un conductor por el que circula una corriente aparecen dos campos de fuerzaperpendiculares entre si: Uno eléctrico y otro magnético. El conjunto se denomina campoelectromagnético que se propaga a la velocidad de la luz (c = 3. 108 m/s) en direcciónperpendicular a los dos campos.
H
I
Campo magnético
I+ -
E
Campo eléctricoE
H
Sentido depropagación
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PARÁMETROS ONDA ELECTROMAGNÉTICA
x t
T
= C. T
T = 1/fC = . f
= longitud de onda
T = periodo
f = frecuencia
c = velocidad ( 3.108 m7s)
La longitud de onda () es la distancia entre dos frentes de onda.
POLARIZACIÓN ONDA ELECTROMAGNÉTICA
E
H
Dirección de propagación
-
+
ANTENA VERTICAL
- +
E
H
Dirección de propagación
ANTENA HORIZONTAL
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POLARIZACIÓN ONDA ELECTROMAGNÉTICA
Se componen de dos campos (E, H) perpendiculares entre si y quea su vez son perpendiculares a la dirección de propagación
Velocidad de propagación C=λ·Frec (C=3·108 m/s)
ESPECTRO ONDA ELECTROMAGNÉTICA
Aplicaciones
Experimental
ExperimentalNavegación
Satélite a satéliteRepetidor de microondas
Tierra a satéliteRadar
UHF TVMoviles, aeronáutica
VHF TV y FMRadio MóvilNegocios
Radio aficionadosinternacionalBanda Civil
Radiodifusión AMAeronáutica
Cable submarinoNavegación
Radio transoceánica
TeléfonoTelégrafo
10-6 m
1 cm
10 cm
1 m
10 m
100 m
1 Km
10 Km
100 Km
Ultravioleta
visible
Infrarrojo
Ondas milimétricas
Frecuencias super altas (SHF)
Frecuencias ultra altas (UHF)
Frecuencias muy altas (VHF)
Frecuencias Altas (HF)
Frecuencias Medias (MF)
Frecuencias Bajas (LF)
Frecuencias muy bajas (VLF)
Audio
1015 Hz
1014 Hz
100 GHz
10 GHz
1 GHz
100 MHz
10 MHz
100 KHz
10 KHz
1 KHz
10 MHz
Medios
Rayos láser
radio en microondas
Radio en onda corta
radio en onda larga
Fibra óptica
Guías de onda
Cable coaxial
Par de alambres
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ESPECTRO ONDA ELECTROMAGNÉTICA
Espectro electromagnético
Todos los cuerpos emiten radiación y el tipode radiación que emiten depende de laenergía que posee cada cuerpo: el sol emitecon una energía diferente a la que puedaemitir una lámpara, aunque sean de lamisma naturaleza.
La luz es una onda electromagnética asícomo las ondas de radio. Todas las diferentesondas se encuentran agrupadas en unespectro que contiene todo el rango deradiación desde la luz visible a la no visiblecomo: infrarrojos, ultravioletas, o rayos tanenergético y peligrosos como los rayogamma, los rayos X o las microondas.
En sistemas de comunicación, navegación oemisión de televisión se trabaja confrecuencias comprendidas entre 300 MHz y3000 Mhz, que expresado en longitud deonda es de 1 m a 0,1 m.
LONGITUD DE ONDA
El término longitud de onda se utiliza cuando se habla de ondas que se transmiten por el aire, como por
ejemplo las ondas de radio o televisión y que tienen una frecuencia
muy elevada.
Resulta más fácil entonces definirlas por su longitud que es la distancia
(expresada generalmente en metros) que recorre un ciclo completo de la
onda en el espacio. Por ejemplo: una longitud de onda de 1 metro significa que la onda recorre en el espacio un
metro de una cresta a otra, lo cual da una idea de su velocidad o frecuencia.
Cuanto mayor es la frecuencia, menor será la longitud de onda.
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ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO
f
DC 50 300 20K
VozAudio
103
2M 4M
RadioHectométricas
BLU
Socorro = 2182 KHz
22M
DecamétricasBLU
1G 10G 100G
109 1011
Infrarrojo
VisibleUV
1012 1013 1014
RayosCósmicos
1015 1016
RadarMicroondas
156M 162M
FM(VHF)
25 KHz
156.80MHz
Canal 16(Socorro)
f
C15 C16 C17
156.76M 156.80M 156.85M
25 KHz
f
dB
RADAR MARINO
Banda X: 5.2 - 10.9 GHz
Banda S: 1.65 - 5.2 GHz
1010
ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO
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ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO: NOMENCLATURA
ANTENAS
Una antena es un dispositivo capaz de emitir o recibir ondas de radio.
Está constituida por un conjunto de conductores diseñados para radiar (transmitir) un campo electromagnético cuando se le aplica una fuerza electromotriz alterna.
De manera inversa, en recepción, si una antena se coloca en un campo electromagnético, genera como respuesta a éste una fuerza electromotriz alterna.
El tamaño de las antenas está relacionado con la longitud de onda de la señal de radiofrecuencia transmitida o recibida, debiendo ser, en general, un múltiplo o submúltiplo exacto de esta longitud de onda.
Por eso, a medida que se van utilizando frecuencias mayores, las antenas disminuyen su tamaño.
Asimismo, dependiendo de su forma y orientación, pueden captar diferentes frecuencias, así como niveles de intensidad.
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nl
Su longitud es un múltiplo entero de la semi-longitud de onda.
n = 1,2,3,....
c
f Como y c = 3. 108 m/s
metrosenMHzf
nl)(
150 A mayor frecuencia
menor es el tamaño de la antena
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ANTENAS
La corriente eléctrica en un conductor abierto origina una radiación de energía electromagnética al espacio.
Antena Vertical
RC
I
IR
C
Antena Horizontal
ANTENAS
Antena isotrópica: Radia con igual intensidad en todas la direcciones (Concepto ideal)
Antena directiva: Radia con mas intensidad en determinadas direcciones
Antena Omnidireccional: Es una aproximación al concepto de antena isotrópica. La proyección acimutal de su diagrama de radiación es una circunferencia.
Diagrama de radiación de una antena vertical
Proyección cenital
Proyección acimutal
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ANTENAS
Antenaomnidireccional
Antena bidireccional
Antena Unidireccional
Lóbulo principalLóbulo secundario
Angulo de abertura d la antena
Diagrama de radiación de una antena real
PROPAGACIÓN ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS
hthr
dt dr
d
Altura del emisorAltura del receptor
RhrRhtdrdtd 22
R = radio terrestre (6.400 Km)
)(9267.1 hrhtd
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SISTEMAS DE COMUNICACIONES: MÉTODOS BÁSICOS MODULACIÓN
SISTEMAS DE COMUNICACIONES: MÉTODOS BÁSICOS MODULACIÓN
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SISTEMAS DE COMUNICACIONES: MODULACIÓN DIGITAL: ASK
SISTEMAS DE COMUNICACIONES: MODULACIÓN DIGITAL: FSK
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SISTEMAS DE COMUNICACIONES: MODULACIÓN DIGITAL: PSK
SISTEMAS DE COMUNICACIONES: RESUMEN MODULACIÓN DIGITAL
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PRÁCTICA 1: COMPROBACIÓN MÓDULOS RF
El Objetivo de esta práctica es comprobar el funcionamiento de los módulos de RF WIZ-SML-IA.
Características:
1. Son transceptores para la transferencia de datos punto a punto en el modo half-duplex, vía radio frecuencia (RF).
2. Es necesario disponer de un interface RS2323. Alimentación 5V4. Transceptor de 100Kbps y uC que administra
protocolo5. Antena construida sobre el propio circuito impreso6. 2 leds de señalización (alimentación y transferencia
de datos).
PRÁCTICA 1: COMPROBACIÓN MÓDULOS RF
A continuación se expone el conector del módulo WIZ-SML-IA.
También dispone de unos switch de configuración
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PRÁCTICA 1:Funcionamiento del Módulo RF
A continuación se expone el conector del módulo WIZ-SML-IA.
La comunicación serie RS232 entre el módulo y el PC (o similar) se realiza con 1 bit de inicio, 8 bits de datos, 1 bit de stop y sin paridad.
Los datos no pueden exceder los 96 bytes
El tiempo T de transmisión por RF entre un paquete y el siguiente se calcula según la siguiente fórmula:
T=3.6mS + [(Nº de bytes+2) * 0.156]
Ejemplo 1: tamaño de la cadena 1 byte
Tiempo de transmisión T=4.1mS; (T=3.6+[(1+2)*0.156])
Ejemplo 2: tamaño de la cadena 32 bytes
Tiempo de transmisión T=8.9mS; (T=3.6+[(32+2)*0.156])
PRÁCTICA 1:Software de funcionamiento
Módulo RF
Para su gestión y control se puede emplear cualquier software de comunicaciones como puede ser el Hiperterminal que se incluye en Windows. A pesar de ello el fabricante dispone de un software libre que lo podéis bajar desde el siguiente link:
https://docs.google.com/file/d/0B6UWkqxoeNcNNmE5Y2ZhZjMtOGE4Yi00NWMwLWE3ZDktNTdkZjYwNDliZDhj/edit?hl=es
Una vez instalado el software deberemos seguir los siguientes pasos:
1. Montar el siguiente circuito utilizando la placa Trainer PIC:
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PRÁCTICA 1:Software de funcionamiento
Módulo RF
2. Montar otro igual para conectar al segundo ordenador
3. Conectar el puerto serie a cada una de las placas.
PRÁCTICA 1:Software de funcionamiento
Módulo RF
4. Ejecutar el programa en cada ordenador y configurarlo para 9600 baudios
5.- Escribir texto en el modo chat. También se pueden enviar ficheros de texto
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PRÁCTICA 2:Aplicación control de cargas
mediante Módulos RF
La práctica en cuestión deberá hacer lo siguiente:
Imaginemos que, desde un terminal, se desea comandar el movimiento de una estructura móvil, según la siguiente tabla:
TECLA MOVIMIENTO----- ----------Q AdelanteA AtrasO IzquierdaP DerechaB Parada de emergencia
La pulsación de cualquiera de ellas hace bascular el estado de las salidas RB3-RB0 que controlan los elementos motrices de la siguiente forma:
SALIDA MOVIENTO------ --------RB0 AdelanteRB1 AtrasRB2 IzquierdaRB3 Derecha
Finalmente, el PIC devuelve al terminal el tipo de movimiento que está realizando.
PRÁCTICA 2:Aplicación control de cargas
mediante Módulos RF
El Montaje en placas sería el siguiente:
1.- Montaje desde ordenador:
Utilizar Hyperterminal y designar puerto COM1 a 9600 baudios, N, 8, 1.