MÓDULO 3. RADIOCOMUNICACIONES

Bienvenidos al nuevo curso de radiocomunicaciones de Cursosindustriales. Has tenido la oportunidad de estudiar y descargarte cursos de gran calidad de electrónica en la página de Cursosindustriales que te permiten afrontar el siguiente curso que comienza ahora mismo.

El módulo que comienzas a estudiar en éste momento es un módulo dedicado al estudio de la radiofrecuencia como método de comunicación y sistemas electrónicos de transmisión de señales por radio.

Este curso forma parte de un módulo de formación profesional y un trimestre entero de una carrera profesional en la rama de las telecomunicaciones para la comunicación, incluso su nivel educativo será superior al de un módulo universitario o de formación profesional.

El curso está compuesto por 20 temas a lo largo del cual se desarrollarán prácticas recomendadas para adjuntar mayor información de compresión con los temas en cuestión.

También a la finalización del tema, podrás realizar una serie de ejercicios y comprobar tus conocimientos aprendidos hasta el momento del curso.

OBJETIVO DEL CURSO.

ENTENDER LAS COMUNICACIONES

COMPRENDER LOS CIRCUITOS DE COMUNICACIÓN ELECTRÓNICOS.

DISEÑAR SISTEMAS DE TRANSMISIÓN Y RECEPTOR ELECTROMAGNÉTICOS.

En este primer capítulo hare una introducción sobre las comunicaciones y el proceso de intervienen en ellas.

La comunicación es el proceso básico de intercambio de información. Los seres humanos transmiten pensamientos, ideas, sentimientos y se han comunicado entre sí desde el principio de su existencia. Por lo general la palabra hablada es su medio de comunicación principal, sin embargo otra parte de la comunicación está ligada a los gestos corporales y expresiones faciales. También la comunicación escrita es muy importante.

Temario Principal Material Extra: Historia de la radio.

La principal barrera de la comunicación es la distancia y el idioma.

Sobre el idioma pronto se empezaron a traducir los escritos mediante el aprendizaje de códigos que relevaran la escritura en otra lengua.

En cuanto a la distancia, las primeras cartas enviadas a través de siervos o mensajeros a otros lugares distantes, dio origen a las primeras telecomunicaciones.

Al principio la telecomunicación se basaba en llevar cartas a pie desde una ciudadela a otra, a caballo o en tren, pero pronto con el descubrimiento de la electricidad y el descubrimiento de las radiocomunicaciones, se empezó a transmitir mensajes cifrados mediante una pulsación de espacios y puntos hacia lugares lejanos.

Empieza en este curso con un poco de historia y algunos términos radioeléctricos.

NOTA DEL AUTOR:

Este curso, y su material es de conocimiento universal, lo puedes copiar, imprimir, estudiar, y traspasar, pero no puedes modificar el contenido si

lo públicas en otra Web, o cualquier medio de difusión educativo. Si quieres publicarlo en tu Web, por favor, deja el nombre del autor original, para que por lo menos tenga el reconocimiento del curso, ya que sin duda se lo ha ganado al invertir un tiempo para ponerlo a vuestra disposición.

TELECOMUNICACIONES

Según el concepto de telecomunicación actual, la telecomunicación es la transmisión y recepción a distancia de la inteligencia humana en cualquier medio de transmisión electrónico o mecánico y que pueda ser interpretada por el emisor y receptor del mensaje.

Por tanto, podemos hablar de comunicación directa cuando dos personas hablan entre sí mediante la voz humana; o también podemos hablar de comunicación indirecta, cuando lo hacen mediante un dispositivo que envíe la voz a otro lugar diferente del emisor, como por ejemplo cuando hablan por teléfono dos personas que están separadas entre sí.

En la antigüedad, antes de la invención de la electricidad, se aprovechaba la tensión de las ondas sonoras para crear dispositivos que por los extremos acababan en unos conos que permitían escuchar las palabras que transmitía un emisor desde el otro extremo del dispositivo. Los dos conos se unían entre sí mediante un cable de piano o violín elástico que vibraba de acuerdo a la intensidad del sonido del cono y transmitía la vibración del sonido al receptor mediante el cable tensado de piano o violín. Aunque el sistema era muy malo energéticamente, el sonido se escuchaba al otro lado del cable mecánicamente, por lo que estamos éste sistema fue uno de los primeros sistemas de telecomunicación que existió.

Eso sí, el sistema valía para comunicar una estancia conjunta a otra, ya que la perdida de sonido era un gran problema.

Con el tiempo se mejoraron los sistemas de transmisión mecánicos del sonido, utilizando redes resonantes y cajas acústicas para ampliar el sonido, pero el mejor aumento en las telecomunicaciones, se dio a cabo con el avance en el estudio de la electricidad y la transmisión de emisiones eléctricas en forma de pulsos activos e inactivos que daría nombre al famoso código Morse.

En sus primeros orígenes las transmisiones Morse se originaban entre dos puntos en los cuales se montaba un receptor y el otro lado un emisor y se alimentaba un cable de acero mezclado con carbono y se hacía pasar una corriente continua por su interior.

El emisor, interrumpía la alimentación del cable de acuerdo a unas normas de sintaxis de punto y raya y que el receptor traducía para entender el mensaje. Pero se dieron cuenta que cada vez que se interrumpía la electricidad, la bombilla testigo que tenía el emisor, producía unas interferencias ligadas a los puntos y rayas cuando la tensión de alimentación del cable de acero era muy grande.

Fue Maxwell quién dijo que cuando circula corriente eléctrica por un conductor eléctrico se producen dos tipos de ondas: eléctricas y magnéticas cuya velocidad de transmisión es de 300000 metros por segundo (velocidad de la luz). Interrumpiendo la corriente eléctrica por el cable de acuerdo a un patrón de código se podía enviar mensajes a receptores electromagnéticos.

No se tardó en construir un equipo sin cables para la transmisión de código Morse entre dos puntos distantes de una ciudad o entre dos países.

En la actualidad, las telecomunicaciones han evolucionado a un ritmo increíble y si bien siguen utilizando el éter o el aire para la transmisión de mensajes que otro receptor entenderá, las telecomunicaciones han centralizado tantos recursos que ya no solo se dedican a la comunicación, sino a otro sinfín de soluciones como puede ser la comunicación lógica entre sistemas electrónicos, la transmisión y recepción de vídeo, Internet, transmisión de electricidad, y un gran etcétera que irás conociendo en el curso.

Frecuencia y longitud de onda.

Se llama frecuencia al número de veces que ocurre un fenómeno en un espacio de tiempo dado. Puede ser el número de pulsaciones de polaridad de un voltaje, o el de oscilaciones de un campo electromagnético que tiene lugar cada segundo.

Cada oscilación o pulsación se llama Ciclo, y la frecuencia se expresa en ciclos por segundos (cps). También se denomina el término de Hertz (Hz) para designar el ciclo por segundo, por lo que a partir de ahora designaremos la frecuencia en Hz.

En la imagen anterior se muestra una variación senoidal de un voltaje. Una pulsación positiva y negativa forma un ciclo. La red eléctrica española tiene 60 ciclos por segundo, es decir que en un segundo se reproducen 60 pulsaciones positivas y negativas.

Pero en electrónica existen pulsaciones mucho más grandes.

Supón una frecuencia de diez mil millones de ciclos por segundos (10.000.000.000 Hz). Esta frecuencia es muy elevada para expresarla de manera ordinal, por lo que se recurre al uso de múltiplos y prefijos K, M, G. K de Kilo, multiplica por mil la frecuencia, M de Mega, por un millón y G de Giga, por mil millones. Por tanto la anterior cantidad utilizando el término de Giga sería de 10GHz o si lo traducimos a Megas, sería 10.000MHz. Se podría traducir a Kilos, pero sería un número alto y queda mejor expresado en Gigas.

El periodo es el tiempo que tarda en desarrollarse un ciclo completo. La longitud de onda es el espacio que recorre una onda electromagnética en un periodo dado.

La longitud de onda se representa mediante Lambda (λ).

La fórmula que calcula la longitud de onda está en la figura anterior.

Como un onda electromagnética se transmite a una velocidad de 300 mil kilómetros por segundo (c = 300.000 km x s-1).

Con la fórmula de la longitud de onda anterior, podemos establecer mediante la frecuencia la longitud de onda para una frecuencia dada.

NOTA: En la formula anterior, la velocidad de la luz está dada en Kilómetros por hora. El resultado de la longitud de onda será en kilómetros. Si utilizas la velocidad en metros por hora (300.000.000 m x s-1) obtendrás la longitud en metros.

Ancho de banda.

El Ancho de Banda (BandWidth, BW), es la porción del espectro electromagnético que ocupa una señal.

También es el intervalo de frecuencias en el cual se transmite una señal de información y que otro equipo electrónico trabaja en ese ancho de banda.

El ancho de banda es la diferencia entre el límite superior y el límite inferior de las frecuencias de una señal.

En la imagen puedes ver como dos frecuencias determinan un ancho de banda. El resultado del BW es la resta de la mayor frecuencia por la menor frecuencia, tal como puedes ver en la imagen.

Vibraciones sonoras.

El medio de comunicación de los seres terrestres es por excelencia el sonido. Éste se propaga por el aire a partir del origen del mismo y se propaga en todas direcciones perdiendo energía de acuerdo se aleje de la fuente. El sonido tiene una intensidad (fuerza) y un timbre específico (frecuencia media) que implica la distancia de propagación, por lo que a mayor intensidad, mayor distancia se propagará el sonido.

Cuando las ondas sonoras se propagan en el aire, al ser ondas elásticas se deforman modificando su longitud de onda y al llegar a una cierta distancia, pueden incluso difuminarse y no llegar el sonido original a repetirse tal cual salió de su origen sino que solo se captarían ciertas frecuencias.

Pero las ondas sonoras necesitan de un medio para transmitirse y en las comunicaciones animales, el medio es el aire.

En cuanto se inventó el teléfono, el sonido llegaba al teléfono mediante un cable eléctrico y un auricular que interpretaba la señal eléctrica del sonido. Pero aun así se requería de un medio para la transmisión de la voz.

Propagación de las ondas.

El oído humano es capaz de percibir señales sonoras de frecuencias comprendidas entre los 20 Hz y los 20KHz. Fuera de éste rango no solemos escuchar nada debido o a la baja frecuencia de la señal u a la alta frecuencia.

Ya he indicado anteriormente que el alcance de las ondas está ligado a la intensidad del sonido y a la frecuencia. A mayor intensidad mayor distancia de propagación, pero eso sí, debido a la naturaleza de las ondas sonoras, cuando más se propagaban aumenta su frecuencia modificando en el espacio la estructura de la onda sonora y escuchándose en el destino algo diferente que era al comienzo.

Se ha comprobado que para dos señales sonoras de la misma intensidad, una con una frecuencia inferior a la otra, la señal con mayor frecuencia llega más lejos que la señal sonora que la de menor frecuencia.

Frecuencia en la propagación.

Por lo anterior, entendemos que las frecuencias altas sonoras se transmiten mejor que las bajas frecuencias. A menor intensidad de señal se transmitirá mejor una señal sonora de 10KHz, que otra señal sonora de 1KHz para la misma frecuencia.

Si seguimos aumentando la frecuencia de la señal sonora, cuando supere el límite audible de los 20KHz, por muy lejos que se propague no escucharemos nada.

En radiocomunicaciones es importante entender cómo se propagan las ondas de acuerdo a la frecuencia ya que el proceso es similar a las ondas que se forman en un estanque cerrado al tirar una piedra que genera ondas desde el interior al exterior:

Imagina que ponemos en un estanque un barquito de papel y tiramos una piedra al estanque que produce olas (ondas). Al llegar la primera onda, ésta será una onda grande, la segunda será un poco más pequeña, la tercera más pequeña aún y así sucesivamente hasta que el barco deje de moverse por las

olas. Como puedes imaginar, las ondas del estanque se han amortiguado debido a que a medida que avanzaban perdían energía.

Si imaginamos un estanque cerrado infinito, es decir que las ondas no rebotan, podíamos ver unas ondas como las que se muestra a continuación:

El barquito subiría y bajaría sobre la línea media de flotación debido a que las olas lo moverían tal cual de manera vertical. Como puedes ver el instante cero, en el que tiramos la piedra, la amplitud es mayor que las ondas restantes por lo que el barco será cuando más se desplace de manera vertical. En el siguiente periodo, el desplazamiento vertical será menor que el anterior y la siguiente menor y así hasta que el barquito deje de moverse verticalmente.

El número de veces que suba y baje el barquito de manera vertical en unidad de tiempo (segundo) se denomina Frecuencia. Cada frecuencia tiene una diferente Longitud de onda, es decir el espacio que transcurre hasta que la onda se vuelve a reproducir de nuevo. La Amplitud es el espacio vertical que sube y baja el barquito en cada ciclo.

En el caso anterior la onda es una onda amortiguada, es decir el ciclo anterior es más grande que el siguiente ciclo de la onda. Esto significa que según avance la onda en el espacio, pierde energía en forma de amplitud pero se mantiene la frecuencia de la onda.

También suele ocurrir que la onda además de perder energía, modifique su longitud de onda debido al medio de transmisión. Esto significa que una parte

de la onda en un momento dado, sea de una frecuencia distinta a la frecuencia patrón, pero eso sí, de un mismo Armónico que la de origen.

Ondas electromagnéticas.

Las ondas sonoras son ondas de fuerza que se perciben en un Ancho de banda específico comprendido entre los 20 Hz y los 20KHz. A partir de ese ancho de banda, se clasifican en otro tipo de ondas según su frecuencia.

A partir de los 20KHz y hasta los 300MHz se denominan ondas de radio, sin importar la naturaleza del medio transmisor.

De los 300MHz hasta los 3 GHz se denominan microondas, sin importar el medio de transmisión.

Esto significa que si tuviésemos un oído adaptado, podríamos escuchar frecuencias de microondas.

Pero de acuerdo el medio utilizado, en cada medio, las diferentes frecuencias se comportan de una manera diferente, aumentando o disminuyendo la frecuencia de la onda, absorbiendo más o menos energía de acuerdo al tipo de onda, etc.; y es que las ondas sonoras requieren de un medio para transmitirse, ya sea agua, aire, carbón, etc.

Las ondas electromagnéticas son ondas que no necesitan de medio para transmitirse y, aunque el principio de funcionamiento es similar a las ondas sonoras, las ondas electromagnéticas no son ondas sonoras.

Los rayos X, la luz del sol, las ondas hertzianas que recibe nuestro receptor de radio, son ondas electromagnéticas, es decir ondas formadas por electricidad y magnetismo en vez de partículas físicas como las ondas sonoras.

Enrique Hertz demostró la existencia de las ondas electromagnéticas mediante un aparato excitador que las creaba y un receptor que las recibía.

Diferencias entre ondas sonoras y ondas electromagnéticas.

Dejándolo claro, las ondas electromagnéticas se comportan de igual manera que las ondas sonoras en cuanto a la frecuencia, la amplitud y la distancia recorrida. Pero no es lo mismo una onda sonora que requiere de un medio para transmitirse que una onda electromagnética que no necesita un medio para su transmisión ya que se puede propagar en el vacío. Además la velocidad de propagación en una onda sonora depende del medio en el que se propague y una onda electromagnética se propaga físicamente a la misma velocidad casi en cualquier medio.

Por tanto podemos establecer que la onda de sonido es una onda física ya que se puede notar su efecto en el medio. La onda electromagnética es una energía que no podemos notar sus efectos directamente salvo con equipos especiales.

Clasificación de las ondas electromagnéticas.

Las ondas electromagnéticas se clasifican principalmente en función de su frecuencia.

El rango de frecuencia que pueden alcanzar las ondas electromagnéticas varía desde las ultra bajas frecuencias de (0 mili Hz hasta los pocos Hercios), hasta las frecuencias extremadamente altas (superiores a 30GHz) y superiores.

En la siguiente tabla puedes ver la clasificación de las ondas electromagnéticas en función de la frecuencia.

BANDA ANCHO

DE BANDA

NOMBRE LONGITUD

VLF 0 a

<30KHz Ondas kilométricas de muy baja frecuencia

> 10 Km

LF 30 KHz a 300 KHz

Ondas kilométricas de baja frecuencia.

10 Km a 1Km

MF 300KHz a

3MHz Ondas Hectométricas

1Km a 100m

HF 3MHz a 30

MHz Ondas decamétricas

100m a 10m

VHF 30 MHz a 300MHz

Ondas métricas 10m a 1m

UHF 300MHz a

3GHz Ondas decimétricas 1m a 0,1m

SHF 3GHz a 30GHz

Ondas centimétricas 0,1 m a 0,01m

EHF 30GHz a 300GHz

Ondas milimétricas superiores

0,01m a 0,001m

EHFM >300GHz Ondas micrométricas

inferiores menor de

1cm

Uso de las ondas electromagnéticas en las telecomunicaciones.

El uso de las ondas electromagnéticas en favor de las telecomunicaciones ha sido debido a ciertas características que tienen éstas últimas frente a las ondas físicas como el sonido. Entre sus ventajas:

Las ondas electromagnéticas se pueden reflejar en ciertas capas de la atmosfera haciendo que la comunicación sea mayor.

Se pueden retransmitir desde repetidores y satélites orbitales. Necesitan muy poca energía para desplazarse muy lejos.

Idealmente la comunicación a larga distancia estaría bien si pudiese enviarse las vibraciones que produce un sonido en el medio físico. Pero en la práctica, resulta muy caro energéticamente hablando por lo que se recurre al uso de ondas electromagnéticas para el envío de un sonido.

Y es que resulta que las ondas electromagnéticas de cierta frecuencia resulta ideal para el transporte de otras frecuencias eléctricas inferiores.

Habitualmente se denominan ondas radioeléctricas a las ondas portadoras de señales eléctricas inferiores. Como las ondas radioeléctricas son ondas electromagnéticas, se propagan a la velocidad de la luz, por lo que el sonido llegará al instante. El proceso por el cual una señal eléctrica se monta en una portadora radioeléctrica se denomina Modulación.

Funcionamiento de las ondas electromagnéticas.

Las ondas electromagnéticas se irradian al espacio a través de dispositivos especiales llamados Antena o sistema radiante. El sistema encargado de enviar una transmisión irradia la onda a la antena la cual hace que la onda electromagnética salga en todas direcciones.

En otro lugar, otra antena o receptor recibe la onda electromagnética irradiada por la primera antena.

Este receptor cuando recibe la energía de la onda irradiada vibra de acuerdo a la señal haciendo que los electrones de la antena receptora vibren, los cuales se comportan como el barquito de la figura anterior que subía y bajaba de acuerdo a la onda. Es decir los electrones vibran en su sitio de acuerdo a la onda electromagnética. Esa vibración que al fin y al cabo es una corriente eléctrica muy pequeña, es captada por el circuito anti resonante preparado para captar la señal de la antena y amplificarla para más tarde realizar la Demodulación de la señal y obtener la señal de sonido libre.

En la modulación de la señal de audio en la portadora, ambas señales realizan un batido de señales, es decir, una mezcla de ambas que genera otro ancho de banda diferente de cualquiera de los dos. Esto es una de las funciones del Amplificador de radiofrecuencia o la Etapa final.

Todos estos conceptos los irás viendo más adelante.

Transmisores de radio.

Las ondas radioeléctricas se generan, amplifican y se propagan gracias a dispositivos llamados Transmisores de radio.

Los transmisores son circuitos electrónicos cuyos circuitos constan de varias partes:

Etapa portadora: Un oscilador patrón genera la frecuencia para el transporte de la información. La frecuencia portadora debe de ser mucho más grande que la frecuencia de la información para que se pueda transmitir sin existir riesgo de distorsión.

Etapas amplificadoras: La etapa anterior entrega una señal de pequeña amplitud. Es necesario amplificar dicha señal para que la información no quede modificada. De eso se encargan las diversas etapas amplificadoras del transmisor.

Etapa de salida o potencia: Esta etapa es un amplificador de potencia. Ambas señales (la portadora y la información), se mezclan en ella y se amplifican, llevándose a la salida de la etapa en donde se conecta la antena transmisora.

Los amplificadores de radiofrecuencia son amplificadores sintonizados.

Aunque la amplificación se realice en una etapa, la mezcla de ambas señales se suele realizar en la etapa final. Esta etapa suele llamarse también etapa moduladora, ya que realiza la mezcla de ambas señales antes de amplificarlas y enviarlas a la antena emisora.

Las señales de radiofrecuencia pueden transportar la información de diferentes maneras y diferentes formas de modularla:

SEÑALES A1:

Son las que corresponden a la transmisión de frecuencia portadora, entrecortada de acuerdo al código Morse.

SEÑALES A2:

Se obtienen modulando la portadora en amplitud con un tono de audio fijo. Después se entrecorta de acuerdo a un código.

SEÑALES A3:

Comprenden a la portadora modulada en amplitud con una señal variable como puede ser de audio (música, voz), vídeo o imágenes. Se dice Modulación en Amplitud.

SEÑALES FM:

Cuando la portadora se modula en frecuencia con la correspondiente información se dice que es Frecuencia Modulada.

COMPORTAMIENTO DEL MEDIO SOBRE LAS ONDAS RADIOELÉCTRICAS.

La onda radioeléctrica está formada por dos campos físicos: uno eléctrico y otro magnético.

Ambos campos son perpendiculares entre sí.

El campo electromagnético E, con dirección y paralela al conductor se comporta como una antena; y el campo magnético M, en dirección perpendicular a dicho conductor.

Las ondas radioeléctricas pueden ser polarizadas, es decir tomarán una dirección de acuerdo a la posición del elemento emisor. Por ejemplo se dirá que una onda está polarizada verticalmente cuando las líneas del campo eléctrico se encuentren en un plano horizontal.

Este concepto tan simple es muy importante cuando se tiene en cuenta la transmisión de una señal radioeléctrica y que veremos más adelante en el tema de la antena y su comportamiento.

Otro tema importante es la propagación sobre el vacío de las ondas radioeléctricas: la propagación se realiza de manera en línea recta tal como puedes ver en la imagen superior, de forma perpendicular al conductor.

Las ondas radioeléctricas no tienen perdida de energía aparente, pero en su desplazamiento van cediendo energía al medio ya que se expanden en círculos. Con el aumento de la circunferencia la misma energía para una mayor superficie, hace que el resultado sea el de menor energía por unidad de sección.

Cuando la onda encuentra obstáculos en su recorrido, al igual que una onda sonora, sufre un efecto de acuerdo al tipo de obstáculo y medio en el que se transmita la onda radioeléctrica. Según el medio:

Reflexión de una onda radioeléctrica.

Un cuerpo que se interponga en la trayectoria de una onda radioeléctrica puede producir sobre la misma una reflexión siempre que las dimensiones del cuerpo sean de longitud similar a la longitud de onda de la onda radioeléctrica.

Esta propiedad se aprovecha en las estaciones de radio y los repetidores, ya que la atmósfera produce la reflexión de ciertas longitudes de onda radioeléctricas.

Se suelen utilizar ondas cortas porque se reflejan muy bien en capas ionizadas de la atmósfera y permiten alcanzar grandes distancias con varios repetidores repartidos por el globo terrestre.

Refracción de la onda radioeléctrica.

Cuando una onda radioeléctrica incide en un cuerpo transparente, parte de su energía es reflejada y el resto penetra en el cuerpo modificando su trayectoria.

Todas las ondas electromagnéticas son refractadas parcialmente, no solo las radioeléctricas.

Difracción de una onda radioeléctrica.

La difracción difiere en las anteriores en que cuando una onda radioeléctrica roza un cuerpo que se acerca a la trayectoria de la onda, ésta sufre una difracción y que es una desviación de su trayectoria.

Este fenómeno también se utiliza para las comunicaciones ya que posibilita la comunicación a larga distancia a través de la difracción de la onda.

Capas ionizadas alrededor de la tierra.

Las ondas radioeléctricas que emite una antena transmisora se propagan en todas direcciones, tanto vertical como horizontal igual que lo hace una explosión.

Las ondas radioeléctricas que se propagan a ras de suelo, se llaman ondas terrestres. Estas ondas encuentran muchos obstáculos (edificios, montañas, bosques, animales, humos, lluvia, etc.), que hacen que pierda energía hasta hacerla desaparecer por completo.

Las ondas radioeléctricas que se propagan hacia arriba no encuentran ningún obstáculo que las debilite. Pero en su acceso, llegan a unas capas de la atmósfera llamadas Kenelly-Heaveside y Appleton. Entonces las ondas son reflejadas hacia la tierra en la dirección contraria a la que llegaban a las capas.

Estas capas rodean la tierra a una altura de 200 y 800 km.

Las ondas largas y medias se propagan mejor a ras de suelo ya que se amoldan bastante bien a la curvatura terrestre. No son reflejadas por las capas de la atmósfera porque son absorbidas antes de ello.

Las ondas cortas se propagan mejor por el aire pero se reflejan muy bien en las capas atmosféricas de la tierra, lo cual posibilita el alcance de estaciones remotas en otra parte del globo debido al rebote y a la curvatura terrestre.

Las ondas VHF y UHF tienden a atravesar la atmósfera y perderse en el espacio.

La propagación de estas ondas radioeléctricas suele ser rectilínea, por lo que el alcance de las mismas es el alcance óptico (ya que la curvatura terrestre impide que lleguen más lejos). Por tanto para hacer que lleguen más lejos de manera rectilínea, las antenas UHF son más grandes.

De acuerdo a la curvatura de la tierra si la antena es pequeña, la señal radioeléctrica no llega a su destino. Haciéndola más grande la señal llega hasta un punto más alejado de la emisora. En la siguiente imagen, puedes ver como una señal radioeléctrica de UHF llega directamente a la antena receptora debido a la altura de las antenas (no están a escalas las antenas).

LAS COMUNICACIONES ELECTRÓNICAS.

Hoy en día hay tres formas de clasificar las comunicaciones electrónicas:

Unidireccionales o bidireccionales, señales analógicas o digitales y señales de banda base o moduladas.

Existen dos tipos básicos de comunicaciones electrónicas siendo las más simples las siguientes:

Simplex.

Las comunicaciones simplex, la información viaja en una sola dirección.

Como ejemplo, una emisora de radio o de televisión emite en modo simplex, ya que la comunicación no espera ser devuelta por la emisora.

Dúplex.

La mayor parte de las comunicaciones electrónicas son dúplex debido a que la base de la comunicación es el intercambio de información.

Por ejemplo dos personas que hablan por teléfono comparten un modo dúplex de comunicación ya que pueden hablar y escuchar al mismo tiempo (full dúplex).

Cuando una comunicación bidireccional solo transmite una parte y después la otra, se denomina semi dúplex (Walkie talkies, policías, bomberos, etc.)

Señales analógicas.

Otra forma de catalogar las comunicaciones electrónicas es mediante el tipo de señales que tratan las mismas.

La señal analógica es un voltaje o una corriente que varía de manera continua. Una onda de sonido clásica convertida en electricidad es una señal análoga tal cual se muestra en la imagen.

Señales digitales.

Hemos hablado del código Morse. Las primeras formas de comunicación alámbricas (conectadas por cables conductores), empleaban el código digital de encendido y apagado en intervalos de tiempo reglamentados. El telégrafo usaba el código Morse para enviar mensajes a otros lugares. Más tarde el radiotelégrafo usaba un código internacional similar al del telégrafo para enviar mensajes.

Las computadoras también trabajan en código binario para representar letras o símbolos especiales. El código binario hace que una computadora trabaje con señales digitales.

En una señal analógica no importa la posición de la onda si no su nivel energético.

Señales de banda base.

En las telecomunicaciones la forma en la que se transmite el mensaje dependiendo denomina banda base. Una señal eléctrica, por ejemplo de sonido, puede enviarse a un dispositivo de manera directa a través de un bus de conexión. Pero también se podría enviar modulada en otra señal de mayor frecuencia.

Pues bien, llamamos banda base al hecho de enviar la señal original tal cual por el bus o el medio de transmisión, sin que esté modulada por otra señal.

Modulación.

La banda base está bien para conectar equipos cercanos y que no pierden mucha potencia. Pero cuando se necesita transmitir la señal a cierta distancia, requiere de repetidores, amplificadores, ecualizadores y demás equipos que hacen posibles que la señal no pierda potencia ni calidad.

Por ejemplo, las señales eléctricas de sonido no pueden transmitirse por radio directamente, aunque en la teoría si es posible.

Para transmitir señales de banda base por radio es necesario recurrir a la modulación. La modulación utiliza técnicas de la llamada Banda Ancha.

La modulación es el proceso mediante el cual, una señal de audio, vídeo, digital o de banda base, modifica otra señal que tiene una frecuencia mucho más elevada que la primera y que se llama Portadora. Se dice que la información a enviar se inyecta a la portadora.

La portadora suele ser una onda senoidal cuya frecuencia es mayor que la frecuencia más alta de la banda base. Dicha señal puede modificar tres características básicas de la onda portadora: La amplitud, la frecuencia y la fase. La señal con la información se suele llamar también onda moduladora, ya que modificará a la portadora en uno de sus tres características.

Los dos métodos de modulación más comunes son los de modulación en amplitud (Amplitude Modulation, AM) y frecuencia modulada (Frecuency Modulation, FM).

En AM, la señal de banda base varía la señal de la portadora en amplitud.

En FM la señal base modifica la frecuencia de la portadora.

Cuando se desplaza la fase de la portadora de acuerdo a la señal se obtiene una modulación de fase (Phase Modulation, PM).

La modulación de fase produce a su vez una modulación FM, por lo que la modulación de fase tiene un parecido a la imagen anterior.

Energéticamente, la portadora con mayor frecuencia es más compatible con el medio y es por tanto más eficaz.

En el receptor se lleva a cabo la demodulación de la señal para extraer la información de la portadora y obtener la banda base original. A este proceso se llama Detección.

Utilización de espectro electromagnético.

Al modular la información en una portadora electromagnética, la señal resultante ocupa una parte del espectro electromagnético que rodea a la señal de la portadora. Por ejemplo supón una portadora de 1MHz que es modulada por una señal de audio de 10KHz. En el proceso de la modulación se forman otras señales que se llaman Bandas laterales y que designan la mayor frecuencia y la menor frecuencia en la modulación de ambas señales. En este caso las bandas laterales están formadas por la frecuencia superior de 1010KHz y la frecuencia inferior de 990KHz. Estas bandas laterales designan el Ancho de banda de la señal, restando la mayor frecuencia a la menor frecuencia dando lugar a un BW de 20KHz; pero las bandas laterales consumen espacio en el espectro electromagnético.

Ten en cuenta que el BW está designado como 20KHz únicamente, pero existen otras frecuencias que interfieren en el espectro electromagnético y que son sencillamente la frecuencia superior y la frecuencia inferior.

El ancho de banda designa el Ancho de banda de canal, que describe las diferentes frecuencias (de la frecuencia inferior a la frecuencia superior), que necesita un dispositivo para transmitir la información.

Entonces, ¿No existirán solapamientos en las diferentes emisiones radioeléctricas de las diferentes emisoras?

La respuesta es afirmativa. Solo se pueden transmitir las señales en diferente espectro de frecuencia para evitar la interferencia de una señal con otra, lo que acorta el uso del espectro electromagnético y obliga a los gobiernos administrar el espacio radioeléctrico para que no se produzcan interferencias de diversas señales que trabajen a la misma frecuencia.

A mayor frecuencia, mayor espacio.

Con el crecimiento de las comunicaciones electrónicas, se ha demandado una gran cantidad de canales de frecuencias para la comunicación.

Consecuentemente se ha comenzado a saturar el espectro radioeléctrico con canales que emiten a diferentes frecuencias y que hace posible la especulación del espectro radioeléctrico por parte de los gobiernos y empresas que lo controlan.

La saturación del espectro bajo de radiofrecuencias, ha motivado la investigación para el desarrollo de nuevas tecnologías que permitan la posibilidad de operar el espectro de alta frecuencia y, ya hace algunos años que se han ampliado el rango de trabajo de los equipos de radiofrecuencia en el espectro electromagnético hasta trabajar incluso en el espectro de las microondas.

Usar frecuencias altas en telecomunicación implica que ha mayor frecuencia, le corresponde un menor espacio del espectro radioeléctrico que en proporción al intervalo de frecuencias bajas.

Supón la misma señal moduladora anterior de 10KHz. ¿Recuerdas que la portadora era de una señal de 1MHz? Pues bien, para la señal de 1MHz, la información representaba solo el 1% del espectro para la portadora.

Si ahora aumentamos la señal de la portadora a 1GHz, la información de la moduladora ocupará el 0,001%, es decir que traduciendo al número de canales que se puede aplicar a esta frecuencia para esa señal, a una frecuencia superior de 1GHz, le corresponden 100 canales de 10KHz.

Esto indica que a mayor frecuencia, mayor será el número de canales libres para la transmisión de una información. Además a mayor frecuencia de la

portadora, mayor puede ser la información de la señal. De esa característica se aprovechan las cadenas de televisión ya que una señal de vídeo puede ocupar unos 5MHz, con lo cual es muy grande para ocupar el espectro de la banda MF o HF (tabla anterior), y requieren de las bandas de VHF o UHF en donde tienen espacio de sobra.

Hoy en día la mayoría del espectro para las telecomunicaciones está reservado entre los 30KHz hasta 1GHz y deberás de comprar tu espacio para poder transmitir dentro de esas frecuencias. Pero también dice la ley que puedes transmitir en cualquiera de esas frecuencias siempre que la distancia de la transmisión no sea superior a 300 metros, por lo que en éste curso realizaremos equipos de poca potencia para no incumplir la ley, pero aumentando la potencia, aumentamos el alcance de nuestra "señal de pruebas".

HISTORIA DE LA RADIO. En este apartado haré un repaso sobre la historia de la radio, pues también tiene su historia.

Con el descubrimiento de la electricidad, surgió una serie de científicos que empezaron a investigar sobre las propiedades y los efectos que generaba la electricidad. De parte de la investigación se descubrió que cuando se interrumpía la corriente eléctrica en un circuito, era como si generaran pulsos de corriente cuya secuencia podía servir para establecer una comunicación mediante un código.

En 1832, Samuel Morse creó el Telégrafo.

Dicho aparato permitía interrumpir una corriente eléctrica que alimentaba un circuito eléctrico entre dos o más terminales de comunicación y de esa manera, de acuerdo a la interrupción de la corriente se creaba una serie de pausas y espacios de acuerdo al código Morse que inventó él mismo.

A partir de aquí surgieron redes de comunicaciones mediante código Morse que se comunicaban entre sí mediante cableado conductor de la electricidad.

En cada estación, había un dispositivo emisor o transmisor y otro receptor.

En 1890, Heinrich Hertz fue el descubridor de las ondas electromagnéticas y construyó un excitador que generaba ondas electromagnéticas. El problema era que las ondas se propagaban en todas direcciones y no era capaz de hacer que incidieran a un receptor que también construyó.

Más tarde, presentó la patente de la telegrafía sin hilos, es decir que no hacía falta conductores de la electricidad para transmitir pulsos de electricidad. ¿Pero cómo se podía transmitir la electricidad sin conductores eléctricos?

La respuesta era que no se transmitía la electricidad, sino que se transmitía ondas electromagnéticas. El problema era que el sistema no se comprendía en todo su desarrollo, y solo se podían transmitir pulsos de ondas electromagnéticas a poca distancia.

En 1903, Guillermo Marconi, después de una serie de investigaciones y experimentos, consiguió enviar la letra "M" (raya, raya, _ _), a través del océano Atlántico a una distancia de 3400 kilómetros.

Acababa de nacer la radiocomunicación a larga distancia.

Eduardo Branly, físico y químico francés, realizó diversas investigaciones sobre la descarga eléctrica y desarrolló el Cohesor con lo que se posibilitó la captación de las ondas electromagnéticas de manera eficaz.

Fue el primer detector práctico desarrollado.

Otro investigador importante fue John Ambrose Fleming. Éste físico norteamericano inventó las válvulas termoiónicas o válvula de dos electrodos, que se utilizaron como detectores en 1904 También se conocía como Diodo y la particularidad especial era que permitía el paso de corriente en un sentido y la bloqueaba en el otro, lo que permitió que los transmisores y receptores radioeléctricos se equiparan con dicha tecnología.

En 1949, John Bardeen, Willian Shockley y Walter Brattain descubrieron el transistor y más tarde obtuvieron el premio Novel por sus trabajos sobre semiconductores.

Al comienzo de las radiocomunicaciones, los receptores eran muy rudimentarios, pero su funcionamiento era muy bueno.

El circuito de la antena del receptor estaba formado por un detector llamado Cohesor que estaba construido por un tubo de vidrio en cuyo interior llevaba un

juego de electrodos y limaduras de hierro que tenían poca cohesión entre sí. Los transmisores generaban sucesivas chispas intermitentes.

Los receptores y transmisores de radiocomunicaciones utilizaban válvulas termiónicas para su proceso.

En 1907, Lee de Forest, introdujo un tercer terminal en la válvula termiónica dando lugar al conocido Triodo que permitía un control sobre la corriente, consiguiéndose una amplificación de las señales eléctricas por su interior.

Hoy en día, tanto el Triodo como el Diodo siguen utilizándose en la radiocomunicación, pero se han sustituido por sus equivalencias en semiconductores (transistor y diodo).

Durante la primera guerra mundial, se pudo comprobar que algunos minerales cumplían la misma función que el Cohesor, es decir, detectaban señales de radio. De ahí, la Galena, formada por sulfuro de plomo, es uno de los minerales usados para la detección de señales de radio enemigas. El mineral se unía a un trozo de alambre muy fino y conductor para obtener el efecto detector.

Durante la segunda guerra mundial, es muy famoso el hecho de que muchos soldados construían receptores de radio a Galena para escuchar emisoras de radio y entretenerse en los momentos de guardia. Como detector utilizaban hojas de afeitar a las que habían pavonado mediante calor (insertar una capa de óxido férrico brillante para evitar la corrosión de la hoja). Para los receptores utilizaban bobinas de alambre al igual que para los auriculares.

Pero el desarrollo de los semiconductores propició el desarrollo de equipos transmisores y receptores de mayor rendimiento, con mejores circuitos eléctricos y menos pérdidas de potencia. Además debido al pequeño tamaño del transistor se reducía el tamaño de los equipos y aumentaban la potencia de transmisión de los mismos.

Con la reducción de los semiconductores en 1956, se desarrolló el primer componente semiconductor que formaba un circuito eléctrico propio. Era el primer circuito integrado.