Introducción a la Física de Radio
INTRODUCCIÓN A LA FÍSICA DE RADIO
¿Que es una onda de Radio?
Las comunicaciones inalambricas hacen uso de las ondas electromagnéticas para enviar señales a largas distancias, una Onda tiene velocidad, frecuencia y longitud de onda.
Fuerza Electromagnética
Los relámpagos que vemos durante una tormenta eléctrica son la fuerza entre cargas eléctricas y la fuerza entre corrientes eléctricas se llama fuerza magnética.
las antenas de radio son alambre del cual los electrones son empujados periódicamente, en cierto instante el extremo superior esta cargado negativamente (los electrones están acumulados allí) esto genera un campo eléctrico que va de positivo a negativo a lo largo del alambre, al siguiente instante los electrones se han acumulado al otro lado y el campo eléctrico apunta en otro sentido a lo largo de todo el alambre. Esto sucede una y otra vez, según la frecuencia de la señal. Los vectores del campo eléctrico abandonan el alambre y son radiados al espacio.
Polarización
La polarización describe la dirección del vector del campo eléctrico, en el ejemplo anterior, los electrones se mueven de arriba hacia abajo (solo en la antena) no a los costados y por consiguiente los campo eléctricos solo apuntan hacia arriba o hacia abajo verticalmente.
Es importante conocer esta propiedad porque es un factor muy importante en la alineación de antenas y que influye en la debilidad de la señal aun teniendo las mejores marcas de antenas.
Espectro Electromagnético
Las ondas electromagnéticas abarcan un amplio rango de frecuencias denominado espectro electromagnético, la parte del espectro mas familiar para los humanos es la porción visible. Normalmente estamos expuestos a otras regiones del espectro como los campo de la red de transmicion eléctrica y muchas mas. El espacio Radioeléctrico es una porción del espectro electromagnético en el cual las ondas pueden ser transmitidas por una antena aplicando corriente alterna, esto abarca desde los 3Hz a 300GHz, dentro de esta porción se hallan las frecuencias de Radio AM, La FM, La de Televisión y Microondas.
Sistema de Comunicaciones
El sistema de comunicaciones comprende de un transmisor, un medio de transición y un receptor. el transmisor es un conjunto de circuitos electrónicos que convierten una señal original en otra señal que puede ser transmitida.
El medio de transmicion, transporta las señales del transmisor a un receptor, pueden ser del tipo cableados como la fibra óptica ,los cables UTP o no cableados como las comunicaciones por radio y el teléfono celular.
El receptor es un sistema de circuitos electrónicos que acepta la señal del medio de transmicion y la convierte en la señal original.
Modulación y Demodulación
La modulación es un proceso de adecuacion de la señal original que se da en el transmisor y la demodulacion es la reconstrucción de la señal y se da en el receptor. La señal de información modula a la señal Portadora cambiando su amplitud, su frecuencia o su fase, es decir la modulación es cambiar las propiedades de la señal portadora en relación a la señal original, la demodulacion es la operación inversa es decir se extrae las propiedades de la señal modulada para reconstruir nuevamente la señal original.
Ancho de Banda
Es la medida de un rango de frecuencias, por ejemplo si tenemos el rango de 20MHz y 35MHz, entonces el ancho de banda sera de 15MHZ.
El ancho de banda esta relacionado con la cantidad de datos que puedes transmitir dentro de el, a mas espacio en el ancho de banda se podrá transmitir mayor cantidad de datos.
El termino ancho de banda es frecuentemente confundido con la tasa de transmición de datos "mi conección tiene 1Mbps de ancho de banda" lo cual significa que se puede transmitir datos a una tasa de 1 megabit por segundo.
Frecuencias y Canales
El espectro esta dividido en partes iguales distribuidas con un ancho de banda de 22MHz y separados por 5MHz, esto hace que los canales adyacentes se superpongan y produzcan interferencia en las frecuencias cercanas
Comportamiento de las Ondas de Radio
Tomaremos ejemplo del rango de frecuencias FM, 88MHZ a 108MHz a los mismos niveles de potencia, la frecuencia mas baja podrá viajar mas lejos devido a que tendra una longitud de onda mayor, La longitud de onda mas larga rodea los obstáculos con mucha facilidad y puede llegar a mayores distancias.
Por otro lado las ondas con frecuencias altas que son las de longitud de onda menor pueden transportar mayor cantidad de datos y es mas robusta frente a las interferencias.
La radio FM (88MHz-108MHz) puede atravesar obstáculos con mayor facilidad frente a la freuencia GSM (900MHz-1800MHz)
Absorción
Cuando las ondas electromagnéticas atraviesan algún material, generalmente se debilitan o atenúan. La cantidad de Potencia perdida va a depender de su frecuencia y del material. El Metal y el Agua son absorbentes perfectos, El agua podemos encontrar en diversas formas como l lluvia, los rios, las nubes, niebla, vapor y todas estarán en el camino de un radio enlace.
La absorción depende de cuanta cantidad de agua esta presente, por ejemplo un árbol provocara absorción frente a la madera seca, nosotros los humanos absorbemos las ondas de radio debido a que somos como bolsas de agua.
Reflexion
El principio de la refleccion se basa en que el angulo de incidencia sobre una superficie es igual al angulo de desviación. Al igual que la luz, las ondas de radio son reflejadas cuando entran en contacto con materiales, el metal es el principal material en el cual la onda de radio puede reflejarse, si tenemos una reja densa con aperturas de 1cm estas se comportaran como una placa metálica densa a una frecuencia de 2.4GHz.
Cuando vemos una ciudad tenemos edificaciones, arboles, objetos de oficinas que provoca el efecto de multitrayectoria, es decir que las señales lleguen al receptor por diferentes trayectorias y llegan en diferentes tiempos al receptor
Difracción
Interferencia
La interferencia en una alteración generada por otras señales, siempre que las ondas de igual amplitud y fase se crucen en el camino, estas harán que la señal se elimine y no se pueda recibir señales. Comúnmente las ondas se combinan y crean una nueva señal que no es utilizada efectivamente en comunicaciones. para atenuar este efecto se usan técnicas de modulación y el uso de canales múltiples.
Linea de Vista
También llamada como linea visual, si podemos ver un punto A desde un punto B con una linea imaginaria, pues estaremos hablando de la linea visual en onda de luz visible. Cuando se tienen ondas de radio, las ondas tienden a ensancharse a medida que la distancia sea mayor, un caso similar seria si apuntamos con la luz láser a pocos metros y la comparamos con una que se apunta a la luna, el radio del haz tiende a incrementarse conforme la distancia.
La Zona Fresnel
A pesar de tener linea de vista, la calidad del enlace no esta garantizada, debido a la directividad de las antenas a pesar de que la mayoría de la señal apuntara en dirección al receptor, habrán otras que saldran dispersas. Algunas de estas señales dispersas se eliminaran o serán absorbidas por algunos cuerpos, mientras las restantes llegaran al receptor con un desfase que causara una interferencia destructiva con la señal que se transmite directamente, causando una reducción en la potencia de la señal que llegara al receptor.
Energía
el campo eléctrico se mide en V/m (diferencia de potencial por metro), la potencia contenida en el es proporcional al campo eléctrico al cuadrado, en la practica se puede medir con una antena y un voltimetro, un medidor de potencia, un osciloscopio. la potencia es proporcional al cuadrado del voltaje de una señal.
Mundo Real y la Física
El mundo real es un sistema que tiene un comportamiento peculiar, debido a que no se puede calcular con exactitud sus fenómenos por ejemplo encontraremos modelos que se aproximan bastante a las interferencias que ocasionan los arboles y las edificaciones dentro de una ciudad, porque seria innecesario calcular el comportamiento de una determinada frecuencia en cada domicilio.
No se preocupe de las expresiones matemáticas, este blog esta dedicado a poder hacer amar la rama de las telecomunicaciones como una ciencia que debe descentralizar en cada persona deseosa de aprender.
Comentarios
Publicar un comentario