Conceptos

Unas breves notas para refrescar algunos conceptos que aparecen en la instalación.

Ondas Electromagneticas

Ondas electromagneticas: En este momento, donde quiera que estés leyendo esto, estas completamente rodeado de ondas electromagnéticas. Vives dentro de un mar de ellas. Las hay de diversas frecuencias, para diversos usos: Radio (AM y FM) Televisión (muchos canales) Telefonia movil, la luz…

El conjunto de todas las ondas electromagneticas agrupadas segun su frecuencia se denomina espectro electromagnetico

dentro de este espectro tan amplio, se encuentran varias zonas importantes: una es el espectro radioeléctrico, lugar donde se encuentran todas las ondas que transmitimos y recibimos por medio de una antena. Incluido en este espectro están las microondas que ademas de usarse para transmitir señales (sobre todo de satélites) se usa con los famosos hornos de microondas con los que se calientan alimentos.

Mas adelante se encuentra el espectro visible, es decir la luz. Nuestos ojos son una especie de sensores que pueden detectarla. Antes de este espectro están los infrarojos (que se usan en los controles remotos) y despues los ultravioletas (luz «negra» pare detectores de billetes falsos, usada tambien como desinfectante) Despues vienen los rayos x que se usan para radiografias, los rayos gamma….

La zona que nos interesa para nuestras señales es la denominada «espectro radioeléctrico» que va desde 3 Khz a 300 Ghz

Esta zona está a su vez dividida en 7 «bandas» denominadas por las siglas de su nombre en ingles: VHF = Very High Frequency

Un par de vídeos del canal electronicaFP por el genial Fernando Manso



Antenas

 transductor es un dispositivo capaz de transformar o convertir una determinada manifestación de energía de entrada, en otra diferente a la salida.

Un micrófono es un transductor que convierte sonido en electricidad. Un altavoz es un transductor que hace lo contrario: transforma energía eléctrica en sonido (en ondas sonoras, de presión)

Un transductor óptico, convierte luz en electricidad (se usan mucho ahora, con la fibra óptica)

Una ANTENA es un transductor de energía eléctrica en electromagnética (en el caso de una antena emisora) o un transductor de energía electromagnética en eléctrica (en el caso de una antena receptora) Normalmente una antena puede usarse como emisora o receptora.

Existe una enorme variedad de antenas.

Solo vamos usar una de FM (es un dipolo plegado), una de UHF (es una yagi) y una antena perabolica.

Las antenas tienen diversas características (o parámetros) que las identifican. Veremos algunas:

Ancho de banda: la antena está diseñada para trabajar en una determinada frecuencia. En esta frecuencia emite y recibe mejor. Esta frecuencia se llama «de resonancia» y está relacionada con la longitud de la antena. A frecuencias bajas, mayor longitud, a altas frecuencias menor.

Alrededor de esta frecuencia, existe un grupo de frecuencias con los que la antena trabaja bastante bien (le señal se atenua a la mitad o 3 dB) este grupo o conjunto de frecuencias se denominan ancho de banda.

Hay antenas diseñadas para un solo canal (con un ancho de banda bajo) o para un grupo de canales

Usaremos una antena de FM diseñada especificamente para recibir señal en esta pequeña zona de la banda de VHF (de 88 a 108 Mhz)

y una antena UHF diseñada para recibir una pequeña zona de esa banda que va desde 400 a 800 MHZ

La antena parabólica recibe señales emitidas por un satelite a frecuencias mucho mas altas (sobre 10 Ghz).

Directividad y apertura del haz una antena puede ser omnidireccional (recibe señales de cualquier dirección) como la de FM, o ser direccional como la de TV y la de satélite. En este segundo caso hay que apuntarla hacia el emisor. Las antenas direccionales tienen un angulo en el que reciben mejor la señal. Este angulo puede ser mayor o menor. Esto nos indica la apertura del haz (mayor apertura = mayor angulo) Cuanto menor sea este angulo, la antena es mas directiva. La directividad es la habilidad de una antena para concentrar la energía electromagnética radiada hacia unas determinadas direcciones del espacio que la rodea. Las antenas parabólicas son mucho mas directivas que las de TV: su ancho de haz es muy pequeño y son por tanto mas difíciles de apuntar. Esto es así porque el satélite transmisor está a mucha distancia (unos 36,000 Km)

Ganancia Modificamos las antenas para que sean mas directivas y tengan, en una direccion, una mayor «ganancia» Es una comparación de cuantas veces mejora la señal una antena comparada con una antena sencilla, generalmente con un dipolo o con una antena isotrópica

Diagramas de radiación

El diagrama de radiación de una antena se define como la representación gráfica de las características de radiación en función de la dirección angular.

Dipolo:

Son antenas de fácil construcción y bajo costo. Estas antenas son las más simples desde el punto de vista teórico.

 El dipolo consiste en dos elementos conductores rectilíneos colineales de igual longitud, alimentados en el centro, y de radio mucho menor que el largo.

La longitud del dipolo es la mitad de la longitud de onda de la frecuencia de resonancia del dipolo.

Las antenas de dipolo son omnidireccionales, su diagrama de radiación tiene la forma de una dona (un donuts) sin hueco central, en donde los cables se encuentran en el eje donde no se genera radiación.

Antena Yagi o yagi o Yagi-Uda

Es una antena direccional inventada por Hidetsugu Yagi  y patentada en 1926

Su elemento base es un dipolo, al que se le coloca un reflector a un lado del dipolo y un (o varios) directores por el otro. El reflector debe ser de mayor tamaño que el dipolo y los directores de menor tamaño. Con esto se consigue que la antena sea mas directiva.

El diagrama de radiación un dipolo es así:

Si le agregamos un reflector, el diagrama se modifica y emite/recibe mejor hacia el lado contrario al reflector. El angulo (la apertura del haz) es menor

Si ahora le ponemos un director del otro lado, el efecto se amplifica:

Y cuantos mas directores pongamos, mas directiva se hace la antena, reduciendo el ancho del haz (el angulo) y aumentando la ganancia en esa dirección

Estas antenas son de las mas usadas para recibir señal de TV. Los reflectores, el dipolo y los directores pueden tener diferentes formas:

Modulación

Definiciones que aparecen por ahí:

La modulación consiste en la variación de algún parámetro de la señal que permita un aprovechamiento óptimo del canal de comunicación.

La modulación se define como el proceso de transformar información de su forma original a una forma más adecuada para la transmisión.

Este proceso de transformación consiste en colocar la información contenida en una señal, generalmente de baja frecuencia, sobre una señal de alta frecuencia.

Debido a este proceso la señal de alta frecuencia denominada portadora, sufrirá la modificación de alguna de sus parámetros, siendo dicha modificación proporcional a la amplitud de la señal de baja frecuencia denominada moduladora.

A la señal resultante de este proceso se la denomina señal modulada y la misma es la señal que se transmite.

Modulación engloba el conjunto de técnicas que se usan para transportar información sobre una onda portadora, típicamente una onda sinusoidal. Estas técnicas permiten un mejor aprovechamiento del canal de comunicación lo que posibilita transmitir más información de forma simultánea además de mejorar la resistencia contra posibles ruidos e interferencias.

Bueno, pero ¿que es eso? ¿por que es necesario modular una señal?

Intentamos entender el concepto de la amplitud modulada AM.

Imaginemos que tenemos esto:

Un micrófono convierte nuestra voz en una señal eléctrica. La amplificamos y la intentamos transmitir al aire con una antena, pero surgen problemas:

El rango de frecuencias de la voz humana está entre los 250 y 3.000 Hz. Es cierto que algunos fonemas están situados entre los 4.000 y los 8.000 Hz

Para los canales de AM se reserva un ancho de banda de 10,000 Hz = 10 Khz

Podemos crear ese canal con la señal que nos genera el micrófono. Este canal producido por el micrófono se denomina «Banda base»

Al intentar transmitirlo al aire nos encontramos con un gran problema: El tamaño de la antena, que debe ser proporcional a la longitud de onda transmitida. Una onda con una frecuencia de 5 KHz tiene una longitud de onda de 60 Km. !!!

Una antena de «onda completa» tendría 60 km de largo, una de 1/2 onda 30 Km y una de 1/4 de onda 15 Km En cualquier caso es una longitud gigantesca que hace que su construcción no sea practica.

A alguien tuvo la brillante idea «mover» este canal a una frecuencia mas alta, conservando la información de la voz que genera el micrófono facilitando así la transmisión al conseguir reducir el tamaño de la antena.

Si este canal, de 10KHz de ancho, lo pasamos a una frecuencia de entre 995 y 1005 KHz (una frecuencia central de 1000 KHz), entonces la longitud de onda seria de 300 metros. Una antena de 1/4 de onda seria de 75 metros, mucho mas fácil de construir.

Al hacer esto, conseguimos una mayor eficiencia en la transmisión

Ademas , podemos «mover» otros canales con la misma banda base (otras emisoras) a otras frecuencias diferentes, consiguiendo así transmitir varios canales a la vez al mismo tiempo. A esto se le denomina multiplexación por frecuencias. Queda algo así:

¿como conseguimos mover el canal a una frecuencia superior sin perder la información? por medio de la modulación.

En nuestro canal en banda base, el que contiene la información que nos dio el micrófono tenemos una señal de baja frecuencia. Es la señal moduladora.

Generamos una señal de una frecuencia mucho mas alta, a le que denominamos señal portadora

Al mezclarlas, conseguimos una nueva señal que denominamos señal modulada que tiene características de las dos anteriores: tiene la frecuencia de la señal portadora (alta) y contiene en su amplitud los datos de la señal moduladora:

el proceso quedaria así:

en nuestro receptor de radio, tenemos que realizar el proceso inverso (demodular la señal) para poder recuperar la señal moduladora que es la que contiene los datos y pasárselos a un altavoz para poder recuperar el sonido original.

Este tipo de modulación fue de los primeros en usarse.

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