Televisión: historia

Tecnología. Propagación de ondas. Óptica. Satélites. Digital. Ondulatoria. Espectro. Emisión. Modulación. Antena parabólica

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TELEVISIÓN EN COLOR




1.- La cámara de TV:

La cámara de televisión es el dispositivo que transforma la imagen luminosa en señal eléctrica. La salida de una cámara es precisamente la señal que venimos llamando señal de televisión o señal de vídeo.

Vamos a analizar a continuación tres partes fundamentales de la cámara:

  • La óptica

  • La transformación luminosa a eléctrica

  • El tratamiento del color

  • La óptica de la cámara:

  • La óptica de la cámara de televisión es semejante a la de una cámara fotográfica y de cine, la cantidad de luz que entra se consigue con una abertura variable bajo la forma de un diafragma o iris.

    Este mecanismo consiste en una serie de láminas de acero montadas en anillo y superpuestas para permitir en su centro un orificio cuyo diámetro, y por tanto la luz que paa a su través, pueda variarse mediante un mando manual o automático (fig. 1.1).

    Otro aspecto interesante es la distancia focal, que es la que debe tener la cámara desde la lente al mosaico sensible, para obtener la máxima nitidez o enfoque de imagen, usando la mayor abertura del diafragma.

    El mosaico sensible, como veremos más adelante es una pequeña placa llena de elementos microscópicos sensibles a la luz, que transforman las variaciones luminosas en su superficie en variaciones de carga eléctrica. La distancia focal (distancia entre la lente y el mosaico sensible) es un factor importante porque determina la relación de dimensiones del sujeto que se toma y su imagen en el mosaico. La imagen será tanto mayor cuanto más grande sea la distancia focal, figura 1.2.

    INTRODUCCION

    Televisión (TV): transmisión instantánea de imágenes, tales como fotos o escenas, fijas o en movimiento, por medios electrónicos a través de líneas de transmisión eléctricas o radiación electromagnética (ondas de radio).

    La televisión en color entró en funcionamiento en Estados Unidos y otros países en la década de 1950. En México, las primeras transmisiones en color se efectuaron en 1967 y en la década siguiente en España. Más del 90% de los hogares en los países desarrollados disponen actualmente de televisión en color.
    HISTORIA DE LA TELEVISION

    La historia del desarrollo de la televisión ha sido en esencia la historia de la búsqueda de un dispositivo adecuado para explorar imágenes.

    El primero fue el llamado disco Nipkow, patentado por el inventor alemán Paul Gottlieb Nipkow en 1884. Era un disco plano y circular que estaba perforado por una serie de pequeños agujeros dispuestos en forma de espiral partiendo desde el centro. Al hacer girar el disco delante del ojo, el agujero más alejado del centro exploraba una franja en la parte más alta de la imagen y así sucesivamente hasta explorar toda la imagen.

    Sin embargo, debido a su naturaleza mecánica el disco Nipkow no funcionaba eficazmente con tamaños grandes y altas velocidades de giro para conseguir una mejor definición.

    Los primeros dispositivos realmente satisfactorios para captar imágenes fueron el iconoscopio, descrito anteriormente, que fue inventado por el físico estadounidense de origen ruso Vladimir Kosma Zworykin en 1923, y el tubo disector de imágenes, inventado por el ingeniero de radio estadounidense Philo Taylor Farnsworth poco tiempo después.

    En 1926 el ingeniero escocés John Logie Baird inventó un sistema de televisión que incorporaba los rayos infrarrojos para captar imágenes en la oscuridad. Con la llegada de los tubos y los avances en la transmisión radiofónica y los circuitos electrónicos que se produjeron en los años posteriores a la I Guerra Mundial, los sistemas de televisión se convirtieron en una realidad.

    Emisión

    Las primeras emisiones públicas de televisión las efectuó la BBC en Inglaterra en 1927 y la CBS y NBC en Estados Unidos en 1930. En ambos casos se utilizaron sistemas mecánicos y los programas no se emitían con un horario regular. Las emisiones con programación se iniciaron en Inglaterra en 1936, y en Estados Unidos el día 30 de abril de 1939, coincidiendo con la inauguración de la Exposición Universal de Nueva York. Las emisiones programadas se interrumpieron durante la II Guerra Mundial, reanudándose cuando terminó.

    En España, se fundó Televisión Española (TVE), hoy incluida en el Ente Público Radiotelevisón Española, en 1952 dependiendo del ministerio de Información y Turismo. Después de un periodo de pruebas se empezó a emitir regularmente en 1956, concretamente el 28 de octubre. Hasta 1960 no hubo conexiones con Eurovisión. La televisión en España ha sido un monopolio del Estado hasta 1988. Por mandato constitucional, los medios de comunicación dependientes del Estado se rigen por un estatuto que fija la gestión de los servicios públicos de la radio y la televisión a un ente autónomo que debe garantizar la pluralidad de los grupos sociales y políticos significativos.

    A partir de la década de 1970, con la aparición de la televisión en color los televisores experimentaron un crecimiento enorme lo que produjo cambios en el consumo del ocio de los españoles.

    A medida que la audiencia televisiva se incrementaba por millones, hubo otros sectores de la industria del ocio que sufrieron drásticos recortes de patrocinio. La industria del cine comenzó su declive con el cierre, de muchos locales.

    En México, se habían realizado experimentos en televisión a partir de 1934, pero la puesta en funcionamiento de la primera estación de TV, Canal 5, en la ciudad de México, tuvo lugar en 1946. Al iniciarse la década de 1950 se implantó la televisión comercial y se iniciaron los programas regulares y en 1955 se creó Telesistema mexicano, por la fusión de los tres canales existentes.

    Televisa, la empresa privada de televisión más importante de habla hispana, se fundó en 1973 y se ha convertido en uno de los centros emisores y de negocios más grande del mundo, en el campo de la comunicación, ya que además de canales y programas de televisión, desarrolla amplias actividades en radio, prensa y ediciones o espectáculos deportivos.

    La televisión ha alcanzado una gran expansión en todo el ámbito latinoamericano. En la actualidad existen más de 300 canales de televisión y una audiencia, según número de aparatos por hogares (más de 60 millones), de más de doscientos millones de personas.

    A partir de 1984, la utilización por Televisa del satélite Panamsat para sus transmisiones de alcance mundial, permite que la señal en español cubra la totalidad de los cinco continentes. Hispasat, el satélite español de la década de 1990, cubre también toda Europa y América.

    En 1983, en España empezaron a emitir cadenas de televisión privadas TELE 5, Antena 3 y Canal +. En 1986 había 3,8 habitantes por aparato de televisión, en la actualidad ha bajado a 3,1. A finales de los años ochenta, había en Estados Unidos unas 1.360 emisoras de televisión, incluyendo 305 de carácter educativo, y más del 98% de los hogares de dicho país poseía algún televisor semejante al nivel español. Hay más de 8.500 sistemas ofreciendo el servicio de cable, con una cartera de más de 50 millones de abonados. En la actualidad en todo el mundo, la televisión es el pasatiempo nacional más popular; el 91% de los hogares españoles disponen de un televisor en color y el 42%, de un equipo grabador de vídeo. Los ciudadanos españoles invierten, por término medio, unas 3,5 horas diarias delante del televisor, con una audiencia de tres espectadores por aparato.

    Durante los años inmediatamente posteriores a la II Guerra Mundial se realizaron diferentes experimentos con distintos sistemas de televisión en algunos países de Europa, incluida Francia y Holanda, pero fue la URSS, que comenzó sus emisiones regulares en Moscú en 1948, el primer país del continente en poner en funcionamiento este servicio público. Cerca del 98% de los hogares en la URSS (3,2 personas por receptor) y en Francia (2,5) posee televisor, siendo el porcentaje de 94 en Italia (3,9) y 93 en los hogares de Alemania actualmente parte de la reunificada República Federal de Alemania (2,7).

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    LA TELEVISIÓN TERRENA

    INTRODUCCION

    En el primer Congreso Internacional de Electricidad celebrado en París en 1900, se aplicó por vez primera el término “Televisión” para definir la transmisión de imágenes animadas mediante un sistema de comunicación.

    En 1937 comienzan en Francia y Reino Unido emisiones de Televisión y la industria empieza a interesarse por la nueva técnica.

    En 1945 continua el intensivo desarrollo y se establecen normas CCIR (Comité Consultivo Internacional de Radiocomunicación) de exploración, modulación y distribución de bandas en los sistemas de televisión.

    En 1953 se funda Eurovisión, red que interconecta en Europa los transmisores de los diversos países mediante “cables hertzianos” en ondas centimétricas.

    A partir de 1960 Mundovisión permite ver en directo Televisión entre continentes a través de enlaces mediante satélites. Paralelamente en 1951 la FCC (Federal Communication Commission de USA) adopta decididamente el primer sistema de televisión en color recibiendo este el nombre de NTSC (National Television System Commission).

    En la conferencia de Oslo de 1966, se intentó adoptar para Europa un sistema común de televisión en color y el resultado fue que los países del occidente y centro optaron por el sistema PAL (Phase Alternating Line) ideado por el alemán Walter Bruch y los países del este y Francia optaron por el sistema SECAM (Sequenciel Coleur Avec Memoire) ideado por el francés Henri de France.

    En los últimos años la Televisión ha experimentado un impresionante progreso. Los avances de la electrónica han permitido un gran abaratamiento de los receptores y una mayor calidad de recepción, teniendo como consecuencia un total penetración de la televisión en los hogares. Más recientemente la introducción de la televisión vía satélite y el aumento de canales terrenos a los que tiene acceso el telespectador han potenciado todavía más este medio de comunicación hasta hacerlo prácticamente imprescindible en nuestra vida diaria.

    Todo sistema de TV costa de tres partes básicas: transmisor, enlace entre emisor y receptor, que en nuestro caso se efectúan por radiación electromagnética, y receptor.

    El enlace entre los estudios y el transmisor puede efectuarse por cable o bien mediante radioenlace.

    El transmisor propiamente dicho, está situado en un lugar favorable para la radiación óptima de las señales de TV por la antena transmisora en todas las direcciones, o en las que interesa.

    En el transmisor las señales de audio y vídeo son moduladas, mezcladas y radiadas por la antena con la potencia suficiente para cubrir la zona de cobertura prevista para el transmisor.

    Las ondas electromagnéticas radiadas por la antena transmisora se propagan y son captadas por las antenas receptoras las cuales a través de la instalación de antena distribuyen las señales de TV a los receptores de los diversos usuarios, cerrando así la cadena transmisión-recepción de las señales de TV.


    CONSIDERACIONES PREVIAS

    A la hora de llevar a cabo el proyecto e instalación de un determinado sistema de recepción de señales de TV es imprescindible el conocimiento de los diversos medios de propagación que recorre la señal de TV, así como las unidades de medida y evaluación de la misma. En este sentido y antes de introducirnos en los tipos y elementos de una instalación es conveniente dar un breve vistazo a estos puntos.

  • PROPAGACIÓN EN EL ESPACIO LIBRE

  • Espectro radioeléctrico

    El espectro de frecuencias radioeléctricas es el conjunto de ondas radioeléctricas cuya frecuencia está comprendida entre 3 Kilohertzios y 3.000 Gigahertzios. El espectro de frecuencias radioeléctricas se divide de acuerdo con el Reglamento de Radiocomunicaciones de la Unión Internacional de Telecomunicaciones como se muestra en la tabla de la figura 1.

    Las bandas asignadas para servicios de radiodifusión de Radio y Televisión, son las siguientes:


    Onda Larga 0,15 - 0,285 MHz

    Onda Media 0,52 - 1,605 MHz

    Onda Corta 2,30 - 26,100 MHz


    Banda I 46 - 68,0 MHz

    VHF Banda II: FM 87 - 110 MHz

    Banda III 174 - 230 MHz

    UHF Banda IV 470 - 606 MHz

    Banda V 606 - 862 MHz

    FSS banda inf. 10,7 - 11,7 GHz

    Ku DBS 11,7 - 12,5 GHz

    FSS banda sup.12,5 - 12,75 GHz

    Las bandas que nos interesan en esta
    parte del libro son BI, BII, BIII, BIV y BV,
    posteriormente nos ocuparemos de las
    bandas FSS y DBS.

    Actualmente en España las bandas BI,
    BIII, BIV y BV están destinadas al servicio
    de radiodifusión de TV terrena. No obstan-
    te, las BI y BIII están destinadas a ser
    abandonadas para este servicio según reco-
    ge el CNAF (Cuadro Nacional de Asigna-
    ción de Frecuencias) en sus párrafos UN-15
    y UN-26. El plan previsto es que los reemi-
    sores y emisores con potencia menor a
    100W abandonen estas bandas antes del
    1-1-95 y los de potencias mayores a 100W
    lo hagan antes del 1-1-2000.

    En España el estándar de Televisión uti-

    lizado es el PAL BG, es decir canales de
    TV de 8 MHz de ancho de banda en UHF
    (BIV y BV) y de 7 MHz en VHF.

    La figura 2 muestra una tabla de canales
    de la BI, BIII, BIV y BV, su frecuencia y
    las frecuencias de las portadoras de vídeo,
    y sonido.

    Mecanismos de propagación

    Las ondas de radio y TV son ondas elec-
    tromagnéticas que se transmiten a la velo-
    cidad de la luz, 300.000 Km/s.

    Cuando una antena radia, crea a su alre-
    dedor un campo electromagnético cuya
    intensidad es función de la intensidad que
    circula por dicha antena y que se va
    amortiguando a medida que nos alejamos de la misma. El valor de la atenuación que la onda sufre cuando se propaga es función directa de su frecuencia, de modo que cuanto más elevada es ésta, mayor es también su amortiguamiento.

    Las ondas radiadas por una antena emisora son de dos tipos:
    a) De tierra: se propagan por la superficie de la tierra. Son las causantes del efecto “desvanecimiento” cuando se reciben con fase distinta que las ondas de espacio.
    b) De espacio: son las ondas radiadas al espacio y constituyen toda la base de las comunicaciones. El amortiguamiento es menor que en las anteriores.

    Dependiendo del tipo de emisión, el mecanismo de propagación se producirá de una u otra forma. Así tendremos:
    Emisiones de onda larga (0,15 a 0,285 MHz): la propagación se produce generalmente por medio de la onda de superficie.
    Emisiones de onda media (0,552 a 1,06 MHz): la propagación de estas señales puede tener lugar por la onda de espacio o por la de superficie. La atenuación en la onda de superficie es mayor que en onda larga.
    Emisiones de onda corta (2,3 a 26,1 MHz): la propagación de estas señales se hace mediante la onda de espacio debido a la atenuación que sufre la onda de superficie.
    Ondas de VHF, UHF y superiores: dentro de las ondas de VHF las señales de Banda I participan tanto de las propiedades de las ondas cortas como de las de frecuencia superior. Esta banda puede considerarse como la transición entre las ondas cortas y las específicas de VHF y UHF.

    Las señales utilizadas en BIII de VHF, UHF y superiores se propagan rectilíneamente y si encuentran en su camino una antena receptora inducen en ella una fuerza electromotriz que es aprovechada.

    Aquí la onda de superficie no tiene ninguna importancia dado que su amortiguamiento es muy gran.

    Del conjunto de ondas radiadas, en TV sólo son aprovechables las que constituyen el rayo óptico o directo (Fig. 3).


    Teóricamente el alcance máximo de una emisora viene dado por el rayo tangente a la superficie de la tierra TD que constituye el límite de visibilidad entre transmisor y receptor.

    Ese alcance óptico tiene como valor:


    D = 3,6 * ("H + "h) Km

    H = altura de la antena emisora en metros

    h = altura de la antena receptora en metros

    Dado que H suele ser mucho mayor que h, un incremento de igual altura en la antena emisora o receptora, siempre es más útil en esta última por aumentar más el alcance.

    Esto nos conduce a una consideración de tipo práctico: en las zonas límite marginales, muy distantes de la estación transmisora, es conveniente aumentar la altura de las antenas receptoras, aunque sea unos pocos metros, mejorando considerablemente la señal.

    En la práctica se observa que según el estado de la atmósfera, época del año, etc., el alcance dado por la formula anterior se ve multiplicado por un factor variable comprendido entre 1,25 y 2,5. Ello es debido al efecto de difracción troposférica de las ondas (Fig. 4).

    Eventualmente puede darse el caso de que existan reflexiones en nubes u otros elementos que produzcan idénticos resultados (Fig. 5).

    Ocasionalmente también pueden existir reflexiones en las capas ionizadas de la atmósfera (Capas de Heaviside) (Fig. 6), que dan lugar a grandes alcances, pero dicho fenómeno, muy frecuente en radio, es completamente fortuito en TV.












    Efecto de doble imagen

    La propagación de las ondas de TV se ve muy afectada por los obstáculos interpuestos entre antena emisora y receptora que atenúan mucho la señal (casas, bosques, montañas, etc.) y que además pueden actuar como pantallas reflectantes.

    La aparición de imágenes fantasmas o ecos es debido a ello y su explicación es la siguiente:

    La señal llega al receptor por dos caminos (Fig. 7), uno directo y otro debido a la reflexión. Si suponemos, por ejemplo, que un rayo reflejado recorre 300 m. más que un rayo directo, llegará con un retraso que será:

    Si recorre 3 x 108 m en 1 seg., recorrerá 300 m en t segundos.


    t = 300

    s = 10-6 seg. = 1 s

    3 x 188

    Como en un televisor el tiempo que tarda en barrerse una línea es de 64 s (retrazado 10 s), resulta que para un televisor de 23 pulgadas (anchura de pantalla 40 cm), el barrido se hace a razón de 40/54 = 0,74 cm/s= 7,4 mm/s.

    Así en nuestro caso obtendremos una segunda imagen a la derecha de la auténtica y separada de la misma una distancia de 7,4 mm.



















  • PROPAGACIÓN EN LÍNEAS DE TRANSMISIÓN

  • Una línea es un medio de transmisión de energía. Dado que las líneas se utilizan para el envío de señales de diverso tipo a diversas distancias es necesario que estas líneas de transmisión no radien y que además tengan las menores pérdidas posibles.

    Un parámetro de gran importancia en toda línea de transmisión es la impedancia característica.

    La impedancia característica de una línea podemos definirla como la impedancia que se mediría en un extremo de la línea si ésta fuera de longitud infinita. Dicha impedancia característica depende de la naturaleza de cada línea en particular, y es un parámetro fundamental a la hora de considerar las posibles reflexiones en la misma línea:

    • Si una línea de transmisión está terminada o conectada a una impedancia igual a su impedancia característica no se producirá reflexión de señal en el extremo de dicha línea y toda la energía transmitida se entregará a la misma.

    • Si el extremo de una línea está abierto o en cortocircuito, se producirá un cien por cien de reflexión de señal en dicho extremo.

    Al número que define la parte de energía que se refleja en un punto de una línea de transmisión se le llama coeficiente de reflexión en ese punto. Si Z0 es la impedancia característica de la línea y Zr es la impedancia de cierre, el coeficiente de reflexión viene dado por:

    Zr - Z0

     =

    Zr + Z0

    Así se dirá que una línea de transmisión está mejor adaptada cuando el valor de su impedancia de cierre (Impedancia de carga) se acerque más al de su impedancia característica.


    3
    LA TELEVISIÓN POR SATÉLITE


    CONCEPTOS GENERALES

    Como se ha visto en el caso de la TV terrestre, la señal de televisión llega a los receptores domésticos una vez captada por las antenas, generalmente de tipo Yagi, que reciben esta señal de los transmisores, repetidores o reemisores terrestres.

    En el caso de la TV satélite, el repetidor de televisión utilizado es una satélite artificial situado en el espacio a una determinada altura sobre la superficie terrestre. Dada la distancia a que se encuentra, las antenas que habrá que utilizar para captar la señal han de tener una gran directividad y ganancia así como otras características específicas que se verán más adelante.

    Básicamente, un sistema de este tipo se compone de tres elementos fundamentales: la estación terrena emisora, el satélite y la estación terrena receptora. La figura 1 muestra en esquema el mecanismo de distribución de señales de TV satélite.


  • ORBITA GEOSTACIONARIA: CONCEPTOS GENERALES

  • Un satélite de comunicaciones podría considerarse como un sistema receptor/transmisor de señales radioeléctricas, lanzado desde la superficie de la tierra y situado en una órbita alrededor de una planeta primario.

    Cuando se iniciaron las comunicaciones por satélite, debido a que los cohetes lanzadores no tenían la potencia suficiente para llevar a estos a la altura necesaria, se recurría a realizar órbitas elípticas que obligaban a utilizar en tierra equipos de seguimiento móviles muy complejos y costosos.

    Gracias al científico y escritor Arthur C. Clarke que en Octubre de 1945 determinó la órbita geosíncrona para los satélites, se logró la comunicación directa con antenas fijas.

    La órbita geostacionaria donde están colocados todos los satélites geosíncronos de comunicaciones, describe un círculo alrededor de la tierra a nivel del ecuador, girando en el mismo sentido y a la misma velocidad angular que la tierra en su movimiento de rotación (Fig. 2).

    De esta forma, para un observador situado en la superficie terrestre, un satélite determinado se mantiene siempre sobre la misma vertical de un punto dado.

    Para poder mantener esta posición sin apenas consumo de energía, el satélite debe estar a una altura sobre el ecuador de unos 35.806 Km. A esta distancia la fuerza de atracción gravitatoria y la fuerza centrífuga del satélite en su movimiento de traslación alrededor de la tierra (Fig. 3), se igualan:

    G x M x m

    Fuerza gravitatoria =

    d2

    Fuerza centrífuga = m x d x w2


    G= cte. de gravitación universal

    M= masa de la tierra
    m= masa del satélite

    d= distancia entre los centros de gravedad de la tierra y el satéliteFuerza centrífuga= mxdxw2
    w= velocidad angular del satélite = 2/T siendo T el período de rotación de la tierra (23h. 56')

    Igualando ambas fuerzas:

    3

    G x M x m d = G x M

    = m x d x w2
    d2 w2

    Como d es la distancia al centro de la Tierra y el radio medio de la misma es de 6.366 Km. la distancia del satélite a la superficie del planeta será la diferencia de ambas, es decir, 35.806 Km.(Fig.4).


    Posiciones orbitales

    Como el satélite es estacionario respecto a cualquier punto de la tierra, podemos definir su posición orbital como el ángulo subtendido en el centro de la tierra, entre un punto de referencia en el ecuador y el satélite (Fig. 5).

    Este ángulo se mide como la diferencia de longitud entre el punto de referencia (meridiano de Greenwich) y el punto donde la línea recta que une el centro de la tierra y el satélite corta al ecuador.

    El método de lanzamiento de los satélites depende del vehículo utilizado, de la posición geográfica de lanzamiento y de las características del propio satélite. El más empleado es el método de transferencia de Hohmann, que se compone de tres fases. En una primera etapa se coloca al satélite en una órbita elíptica de transferencia con un perigeo de 700 Km, de forma que cuando pasa por su apogeo (36.00 Km) se ponen en marcha los motores de apogeo del satélite y transforman la órbita en una trayectoria circular trasladándola posteriormente al plano ecuatorial. Este método varía en función de la lanzadera utilizada (Por ejemplo en el caso del transbordador reutilizable, el paso a la órbita de transferencia se hace con un motor auxiliar instalado en el satélite denominado motor de perigeo).

    La fase de lanzamiento es un momento crítico en el proceso del sistema, de ahí que se suscriban seguros muy altos que deben añadirse a los costes del sistema. En la actualidad se supone una probabilidad de éxito del 85%.


















    Configuración de los satélites

    Básicamente los satélites geoestacionarios están compuestos por dos partes o módulos:

    a) Módulo de servicio: aloja los depósitos de combustible y los reactores que permiten posicionar al satélite. También contiene las baterías que se cargan con la energía eléctrica generada en los paneles fotovoltaicos.

    b) Módulo de comunicaciones, que básicamente se compone de:

    & Antena parabólica de recepción: recibe la señal procedente de la emisora terrestre.

    & Transpondedores: es el equipo que procesa y convierte a frecuencias más bajas las señales de TV y radio recibidas de la estación terrestre para su transmisión a tierra.

    & Antena parabólica de emisión: envía la señal a una zona determinada de la tierra. Actualmente las antenas transmisora y receptora tienden a compartir el mismo reflector parabólico.

    En la Fig. 6 se muestra el diagrama de bloques de la situación.

    En esta figura se puede ver de forma gráfica el camino que sigue la señal desde el centro de transmisión hasta los puntos de recepción, pasando por el satélite.

    Se define la zona de cobertura de un satélite como la zona de la superficie terrestre delimitada por un contorno de densidad de flujo de potencia constante, que permite obtener la calidad deseada de recepción en ausencia de interferencias.

    Viene determinada por la configuración de la antena emisora. Se pueden distinguir tres tipos de cobertura:

  • Haz global: 42,2% de la superficie te-
    rrestre. Es la máxima área visible desde
    un satélite. La cobertura es máxima a
    costa de niveles de señal bajos. Se utiliza
    para las transmisiones transoceánicas de
    datos, telefonía, enlaces Centros TV….
    (Ver Fig. 7).

  • Haz hemisférico: 20% de la superficie.
    Es la suma de los haces de la zona
    (Fig. 8).

  • Haz de zona (SPOT): 10% de la superfi-
    cie aproximadamente. Es la zona de má-
    xima señal (Fig. 8).


  • 2.CARACTERISTICAS DEL ENLACE DESCENDENTE Y LA SEÑAL TV

    Aunque los primeros satélites de comunicaciones que se utilizaron en EE.UU para transmitir señales de TV emplearon la banda C, hoy día el enlace descendente de los satélites con cobertura europea utilizan la banda Ku. En este contexto se pueden dividir las bandas utilizadas por los satélites para la distribución de señales de TV sobre Europa de la siguiente manera:

    Banda DBS (SRS): 11,7 GHz a 12,5 GHz

    Banda FSS:

    Semibanda alta: 12,5 GHz a 12,75 GHz

    Semibanda baja: 10,7 GHz a 11,7 GHz

    Para ampliar la capacidad de canales que se pueden transmitir por cada una de estas bandas, se recurre al concepto de polarización. La polarización es una característica intrínseca de las ondas electromagnéticas. Puede definirse de una manera simple como la trayectoria descrita por el vector campo eléctrico asociado a una onda electromagnética en propagación.

    Los tipos de polarización utilizados en las transmisiones de señales de TV por satélite son:

    En DBS(SRS): Polarización circular; a derechas o a izquierdas

    En FSS: polarización línea; horizontal o vertical

    En el primer caso, el campo eléctrico asociado a la onda elctromagnética incidente en la antena avanza girando sobre su eje de la misma forma que un proyectil disparado por un fusil. Si el giro se produce en el sentido de las agujas de un reloj, se denomina polarización a derechas, y, si se realiza en sentido contrario, a izquierdas.

    En el caso de polarización lineal, el campo eléctrico describe una trayectoria lineal. El concepto de vertical y horizontal se aplica a un par de ondas con polarización lineal cuyos vectores de campo eléctrico son ortogonales, es decir, forman 90º.

    La figura 9 muestra unos esquemas de las polarizaciones lineal y circular.















    Aparte de las características del enlace antes comentadas vamos a definir la señal que se transmite en dicho enlace. Las características de la señal responden al siguiente cuadro:

    & Modulación en FM

    & Ancho de banda de canal de 18 a 36 MHz (típico 27 MHz)

    & Desviación de 13 a 25 MHz/V

    & Energía dispersa (desviación de 0,5 a 4 MHz, onda triangular de 25 Hz)

    & Señal de vídeo Pal, seCam, NTSC, etc.

    & Señal de audio Mono (5,8 - 6,65 MHz) stéreo en Panda.

    Es interesante destacar la diferencia existente entre la modulación de las señales de TV terrena y las señales de TV satélite.

    Mientras las primeras están moduladas en AM, las segundas lo están en FM ello quiere decir que para poder visualizar un canal cualquiera de la señal de TV procedente de satélite en un receptor convencional esta ha de ser previamente demodulada.

    Hay que hacer notar que debido a que en la modulación de amplitud la información se transmite en las variaciones de amplitud y en la modulación de FM la información se transmite en la variación de frecuencia, esta última modulación es mucho más robusta a los ruidos atmosféricos..etc, que la primera. Esto permite que con relaciones portadora/ruido (C/N) muy bajas se obtengan excelentes calidades de imagen.


  • SISTEMAS DE SATELITES EN EL MUNDO


  • Sistemas globales

    Intelsat:

    Fue el primer consorcio internacional de satélites, creado a mediados de 1.964, con el fin de proporcionar una red global de comunicaciones vía satélite.

    Actualmente cuenta con 24 satélites geoestacionarios que se distribuyen en las diferentes regiones orbitales, ofreciendo prácticamente una cobertura total del planeta.

    El primer satélite fue lanzado en 1.965 (Intelsat I), actualmente están en servicio diferentes satélites correspondientes a las series:

    Intelsat V, Intelsat VI, Intelsat VII, además del satélite Intelsat K en la región atlántica, este último, primordialmente dirigido a radiodifusores internacionales, contando con 16 transpondedores (configurables en 32) para canales de televisión de alta calidad.

    Actualmente se esta trabajando en la serie VIII, compuesta por 6 satélites, cuyo segundo satélite el Intelsat 802 ya esta en servicio.


    Intersputnik:

    Organización creada en Noviembre de 1.971, actualmente cuenta con 15 miembros signatarios. Los servicios ofrecidos por el sistema son:

    Comunicaciones telefónicas y telegráficas, transmisión de video y audio y radiodifusión.

    La red de satélites Intersputnik se denomina Statsionar y actualmente esta compuesta por unos 15. Los que tienen cobertura en España son el Statsionar 5 de la serie Raduga y los Statsionar 5, 11 y 12 de la serie Gorizont.

    El Intersputnik VIII se lanzará en 1988.



    Inmarsat:

    Organización Internacional de Satélites, creada en 1.979 contando en la actualidad con 58 estados miembros (entre ellos los estados de la CEE menos Irlanda y Luxemburgo).

    Proporciona comunicaciones a terminales móviles utilizando bandas de frecuencias de las reservadas para el Servicio Movil por Satélite.

    Posee el único sistema comercial de comunicaciones móviles no militares. Los servicios que ofrece son:

    • Telefonía entre móviles, entre móviles y tierra y viceversa.

    • Comunicaciones aeronauticas

    • Telex

    • Facsimil

    • Datos

    Dispone de 4 satélites, 2 de ellos en la región atlántica de la serie Inmarsat II (F2 y F4) estando previsto el lanzamiento del segundo satélite de la serie Inmarsat III que se ubicará también en esta región.


    Sistemas regionales

    Eutelsat:

    Organización Europea de Telecomunicaciones por Satélite fundada en 1.977 por la CEPT y que cuenta actualmente con 33 países europeos como miembros, entre los que se encuentran todos los países de la CEE.

    Su objetivo es satisfacer las necesidades de comunicación por satélite tanto nacionales como internacionales que requieran los países miembros. Entre los servicios que ofrece destacan:

    • Telefonía Internacional

    • Distribución de video y audio

    • Difusión de televisión digital y analógica

    • SMS (Satellite Multiservice System) servicio para comunicaciones empresariales

    • EUTELTRACS Servicio de intercambio de mensajes y posicionamiento para móviles terrestres vía satélite.

    El sistema Eutelsat se compone de 5 satélites de la serie I, lanzados entre 1.983 y 1.988, de los que tan solo los Eutelsat I F4 y F5 siguen en servicio. La serie Eutelsat II la componen los satélites F1, F2, F3, F4 y F6 o HOT BIRD en la posición de 13E. Esta posición será elegida por Eutelsat para potenciar su sistema de satélites, con la inclusión de varios satélites en dicha posición orbital, estos satélites son:

    Eutelsat II F1, Hot Bird 1, Hot Bird 2, actualmente en servicio y los Hot Bird 3, Hot Bird 4 y Hot Bird 5 (satélite que sustituirá al Eutelsat II F1) que dispondrán de 24 transpondedores cada uno, en lugar de los 16 transpondedores de los que disponía la serie II.


    Astra:

    Sistema perteneciente a la Sociedad Europea de Satélites, empresa de carácter privado compuesta por 17 socios provinientes de 6 países europeos contando en la actualidad con 6 satélites coubicadas en la misma posición orbital de 19,2 E.

    Carece exclusivamente servicio de difusión de canales de televisión y radio. El sistema consta de 8 satélites (Astra 1A, 1B, 1C, 1D, 1E, 1F, 1G y 1H).

    Los satélites Astra 1A, 1B, 1C y 1D utilizan 64 transpondedores para la transmisión de servicios analógicos de televisión y radio en la banda de 10,7-11,7 GHz.

    Los satélites Astra 1E y 1F y 1G utilizan 56 transpondedores para la transmisión de servicios digitales, en la banda de 11,7 - 12,75 con una capacidad de varios centenares de canales de televisión y radio.

    En 1.998 un octavo satélite (Astra 1H) completará este sistema en la posición de 19,2 E.

    A este sistema se añadirá una segunda posición orbital (previsto para finales de 1.998), compuesta en principio por dos satélites más correspondientes a la nueva serie Astra 2A y Astra 2B en la posición de 28,2 E.


    Astra:

    Sistema propiedad de la Organización Arabe de comunicaciones por Satélite constituida en 1.976 y formada por 22 países.

    El sistema se utiliza en su mayoría para la difusión de televisión, siendo el resto de la capacidad del mismo usada para telefonía, videoconferencia y comunicación de datos. Esta compuesto por 3 satélites, de la primera generación tan solo en Arabsat 1C sigue operativo con emisiones en las bandas C y S, los otros dos satélites de la segunda generación transmiten en las bandas C y Ku. En 1.999 esta previsto el lanzamiento de un tercer satélite de esta serie, el Arabsat BSS1, que compartirá la posición con el Arabsat 2A, y se empleará también para radiodifusión directa de TV.


    Panamsat:

    Sistema perteneciente a Alfa Lyracom, empresa formada a mediados de 1.985 con el fin de proporcionar comunicaciones trasatlánticas entre Europa y América, y comunicaciones domésticas y/o regionales en el Caribe, America del Sur y Central.

    Los principales servicios que presta son vídeo (distribución, contribución de programas, videoconferencia…) y transmisión de datos (difusión de datos, circuitos punto-punto, interactividad punto-multipunto…).

    Actualmente está compuesto por 5 satélites, operando en España a través de los satélites Pas 1 lanzado en 1.988 cuya huella de cobertura cubre totalmente el territorio español y el Pas 3 lanzado en 1.996.




    Sistemas domésticos


    Kopernikus:

    Sistemas de satélites pertenecientes a DBP Telekom, operador alemán, compuesto por tres satélites además de una red terrena de 34 estaciones. El sistema proporciona servicios de teleconferencia, telefonía, fax y datos, todo ello digital. Además está diseñado para distribuir vídeo a redes de TV por cable o interconectar estudios de TV.

    La huella del satélite cubre Europa Central y apenas incluye la zona noroeste de España.


    TDF:

    Proyecto francés de satélites DBS, controlados por el CNES (Centro Nacional d'Estudes Spatiales) y por TDF (Teldiffusion de France). Consta de dos satélites TDF1 y TDF2 situados a 19 W lanzados el 27 de Octubre de 1.988 y el 24 de Julio de 1.990 respectivamente. Dispone de 4 canales de TV emitiendo en D2MAC.


    Telecom:

    Sistema perteneciente a France Telecom y formado por un satélite de la serie Telecom I (1C) y 4 satélites de la serie Telecom II (2A, 2B, 2C y 2D). Los principales servicios ofrecidos por el sistema son un servicio digital para empresas de cobertura sobre Europa Occidental, la difusión de TV, la provisión de comunicaciones entre Francia y los territorios de Ultramar en America del Sur y el Caribe y comunicaciones para defensa.


    Tele-X:

    Satélite perteneciente a la Nordic Telecomunication Satellite Organization (NOTELSAT), consorcio formado por Suecia, Noruega y Finlandia. Está situado en la posición de 5 E y transmite canales de televisión en DBS para los países nórdicos, vídeo y datos.


    Hispasat:

    Sistema de satélites español propiedad de la sociedad anónima de igual nombre cuyos participantes son: Retevisión, Telefónica de España, Caja Postal, INTA, INI y el CDTI.

    El sistema se compone de 3 satélites, 2 en órbita Hispasat 1A (1.992) y 1B (1.993) y uno de repuesto en tierra.

    Los satélites están equipados para una misión múltiple, en la que predomina su uso doméstico y una pequeña capacidad en telecomunicaciones internacionales:

    Radiodifusión directa (5 canales DBS) pudiendo recibir con antenas muy pequeñas en España.

    Servicio fijo de satélite con transmisiones de TV digital y cobertura sobre Suiza, Portugal y Francia, incluyendo parte del Reino Unido, Alemania, Italia, Marruecos, Argelia y Mauritania entre otros.

    TV-America (2 canales) con cobertura a casi la totalidad del continente americano.

    Misión gubernamental, cuyo principal usuario está en el Ministerio de Defensa.

    4. SCART

    Un Scart es un nuevo conector estándar con 21 terminales que permite enviar y recibir las componentes de la imagen y de audio por separado, además de poseer dos controles de conmutación. Este es ideal para coexistir con cualquier equipo electrónico de nueva generación. En esta modalidad podemos obtener una señal de audio en estéreo o la señal de vídeo en componentes de color separados para un mayor control de la señal con equipos profesionales.


    Equipos conmutadores de Scart

    Los conmutadores Scart son cajas que poseen varios conectores Scart interconectados internamente, que permiten la operación de seleccionar cualquier entrada con cualquier salida. Los Scart solucionan la conexión entre dos aparatos, pero a menudo disponemos de más de dos equipos con estas conexiones.

    Normalmente los nuevos receptores de satélite ya poseen al menos tres Scart para conectarlos, así como al vídeo doméstico, al televisor y al descodificador. Pero la oferta de las nuevas plataformas digitales con los nuevos equipos obliga a ampliar la adquisición de equipos: el nuevo receptor digital, la consola, el DVD.

    Estos elementos serían imposibles de conectarse al receptor de satélite por la simple razón de que éste ya no posee más conectores Scart libres.















    Además de conexionar diversos aparatos electrónicos, los conmutadores Scart permiten seleccionar la fuente deseada, de forma manual o automática, que deseemos. Así si queremos visualizar el vídeo doméstico durante una hora y después un canal vía satélite, nos bastará con pulsar un botón en el propio conmutador o a través del mando a distancia, sin necesidad de cambiar los cables de lugar de la parte posterior de nuestros equipos.


    Diferentes versiones

    Existen al menos dos versiones de los Scart. Los denominados Scart o conmutadores de 3 Scart manual o mecánico y los Scart o conmutadores de Scart electrónicos. Esta última versión puede poseer sintonizador de televisión terrestre interno para compatibilizarse con equipos descodificadores de señales terrestres.

    En nuestro caso, un conmutador de Scart completo es aquél que posibilita la conexión de nuestro vídeo doméstico, el televisor y el descodificador. En este último caso, el descodificador de canal plus, por ejemplo. Era lógico prever que para que este descodificador funcionara había que disponer de un sintonizador de señales terrestres de televisión para que el descodificador procesara la señal.













    Al mismo tiempo, esta opción se aprovecha para poder aumentar el número de canales a sintonizar en nuestro televisor, si poseemos uno de los modelos antiguos sin conector Scart. En este caso, el conmutador dispone también de un modulador de radiofrecuencia que permite la visualización de todo lo conectado al conmutador a través de un canal de radiofrecuencia.


    Una solución efectiva

    Ahora, con la llegada de la TV digital, nos podemos hacer una idea de que ya serán dos los receptores de satélite que tendremos. Hasta el momento, cada equipo permite hacer un recorrido de la señal, según sus prestaciones. Sin embargo, no pueden coexistir con otros equipos que incorporan varios Scart. Esto se soluciona con un multi-Scart, un conmutador capaz de reconocer más de tres conexiones externas y conmutar cada señal de forma automática.


    Conclusión final

    Hemos visto al menos tres diferentes tipos de conmutadores Scart: los denominados mecánicos, de tres conectores Scart; los conmutadores electrónicos con tres Scart y sintonizador/modulador interno; y los integrados en el propio receptor de satélite. Hoy día, inclusive existen televisores con hasta dos entradas de peritel, que permiten la conexión de un receptor satélite analógico y otro digital, consiguiendo así elevar la conexión de equipos, hasta un total de 6.


    5. SISTEMAS DE DISTRIBUCIÓN DE TELEVISIÓN (CATV/SCATV)

    Características generales

    La Televisión por cable (CATV) es un sistema de teledistribución de señales de televisión, radio, vídeo bajo demanda, vídeo a la carta, servicios multimedia interactivos, etc., en urbanizaciones, pueblos y ciudades. El portador de estas señales puede ser el cable, la fibra óptica e incluso las ondas herzianas en los sistemas de distribución punto-multipunto (MMDS - Multipath Microwave Distribution System).

    La característica fundamental de los sistemas de CATV es la alta calidad de las señales entregadas al usuario. El sistema captador de señales es único para toda la red y está realizado con equipamiento profesional. Asimismo, la red de distribución de la señal desde el sistema de captación hasta la toma de usuario se realiza siguiendo el criterio de proporcionar la máxima calidad. Este criterio implica la necesidad de realización de un proyecto detallado de la configuración de la red.

    Además de los canales de radio y televisión terrestre y por satélite, el sistema permite incorporar programas generados localmente.

    Los sistemas de televisión por cable tienen la capacidad de incorporar un canal de retorno, dotando al sistema de una característica fundamental: la bidireccionalidad (interactividad), que permite que el usuario no sólo sea capaz de recibir señales sino que pueda también enviar información hacia la cabecera de la red.

    La incorporación del canal de retorno está convirtiendo al sistema tradicional de teledistribución en un sistema de distribución de telecomunicaciones, ya que posibilita la integración en la red de una gama de servicios muy atrayentes: telefonía, cámaras de vigilancia, alarmas (fuego, robo, etc.) en cada vivienda, telemedidas y telecontrol (agua, energía eléctrica, temperatura, etc.), pago por visión (Pay per view), y en general cualquier tipo de dato que pueda ser soportado por la red.

    Las redes de CATV utilizan la banda de frecuencias comprendida entre 5 MHz y 862 MHz, proporcionando la posibilidad de distribución de un gran número de canales. El cálculo de la red se realiza bajo la premisa de que el número de canales a distribuir es muy elevado (usualmente 40 o 60 canales), aunque inicialmente no sea así. De esta manera, una posterior ampliación del número de canales no repercutirá en la red de distribución, sino solamente en la generación de los mismos.

    Un concepto importante que aparece en los sistemas de cable es la necesidad del mantenimiento de la red. Si bien los equipos utilizados tienen características profesionales, es necesaria una labor de mantenimiento no solo para comprobar la existencia de posibles anomalías en los equipos, sino para verificar que la red sigue proporcionando los parámetros de calidad exigidos.

    Otro aspecto importante es que los equipos que forman las líneas de tronco y distribución de las redes de CATV están especialmente diseñados para trabajar en condiciones ambientales hostiles, y por lo tanto han de estar protegidos contra grandes variaciones de temperatura, humedad, etc. Los equipos de la red van alojados en cofres completamente estancos y con tratamiento anticorrosión.














    4

    LA TELEVISIÓN DIGITAL



    1. INTRODUCCION

    Los años 90, sin duda pasarán a la historia desde el punto de vista tecnológico por la implantación de la televisión digital.

    Su importancia y repercusión es comparable a la introducción de la televisión en color, e incluso al comienzo de las transmisiones de televisión a través de satélite.

    Sin duda ha sido la viabilidad para poner en práctica las ideas acerca del tratamiento digital de la señal de televisión, y el desarrollo de estándares de codificación y transmisión, lo que ha permitido poner en práctica este hito; hito que revolucionará de una manera espectacular el mundo de la televisión.

    El gestor de esta revolución en Europa, ha sido y es el proyecto DVB, proyecto que ha desarrollado los estándares de transmisión de señales digitales vía satélite, cable y terrestre, y optando paralelamente por el MPEG2 como estándar de codificación de audio y vídeo, colocando las bases para la implantación de esta nueva realidad.

    La televisión digital aporta nuevas y sorprendentes características, tanto desde el punto de vista del usuario como desde el punto de vista técnico.

    De cara al usuario sus características se pueden resumir en cinco ideas:

    1.- Será una televisión fundamentalmente de pago, siendo el pago por visión el concepto que configurará la televisión del futuro.

    2.- Posibilita un incremento enorme de programas.

    3.- Producirá un cambio de actitud del espectador, convirtiéndolo en un espectador activo, e incluso interactivo.

    4.- Permitirá la recepción de la televisión en receptores móviles sin pérdida de calidad (televisión digital terrena).

    5.- Facilitará la integración de todos los aparatos audiovisuales domésticos.

    Desde el punto de vista técnico sus características se pueden resumir en tres puntos:

    1.- Multiplica la eficiencia espectral por un factor entre 4 y 6 veces. Lo que permite un gran incremento de programas empleando el mismo ancho de banda.

    2.- La codificación de la señal fuente será un estándar mundial.

    3.- Y la modulación utilizada es mucho más robusta al ruido (televisión satélite, cable) e incluso a la interferencia multitrayecto (televisión digital terrena).

    Estas características técnicas traerán consigo un gran número de ventajas no solo a los usuarios, sino también al resto de los participantes que están estableciendo la televisión digital.


    & Fabricantes: Aparecerán nuevas oportunidades de negocio.

    & Radiodifusores: Menor costo de alquiler de transpondedores por programa y mayor oferta a los usuarios.

    & Operadores: Mayor oferta de canales, debido al aprovechamiento del ancho de banda.

    & Instaladores: Reformas y actualizaciones de instalaciones.

    Finalmente, cabe destacar la flexibilidad de la técnicas empleadas y su capacidad evolutiva hacia nuevos horizontes como la alta definición, la televisión interactiva o la fusión con el universo multimedia.

    Se puede entonces decir que se han colocado los cimientos, aunque la revolución continúa.


    2. DVB (Digital Video Broadcasting)

    Con estas siglas se conoce al proyecto europeo que tiene por objetivo, establecer por consenso el marco técnico para la introducción de los sistemas de Televisión Digital que serán usados por los radiodifusores.

    El proyecto nace a finales de 1990, de una sugerencia de la televisión sueca para crear un grupo de trabajo panaeuropeo que, unificando las distintas iniciativas existentes por esas fechas, en televisión digital, desarrollase un sistema común de transmisión digital por vía terrestre.

    Esta iniciativa sueca es recogida en 1991 por el Ministerio de Telecomunicaciones de Alemania que reconociendo la importancia estratégica de la televisión digital para Europa, invita a los radiodifusores, fabricantes, operadores y organismos reguladores de los principales países, a reunirse para crear un grupo de ámbito europeo con amplia representación para supervisar el desarrollo de la televisión digital en Europa.

    Este grupo, en principio conocido como el European Launching Group (E.L.G), elaboró un documento de consenso entre los distintos participantes con intereses en la industria televisiva europea.

    El documento o M.O.U. (Memorandum Of Understanding) se firmó en 1993 y el grupo europeo de lanzamiento se convirtió en el DVB.

    Como consecuencia de los estudios del grupo de trabajo para la transmisión de TV Digital (WGDTB) formado por el E.L.G, sobre las posibilidades de la radiodifusión terrestre en Europa (posibilidades de liberación de espectro, estandarización, etc.), y de los fuertes vientos de cambio que entre 1992 y 1993 soplaron en el campo de la radiodifusión por satélite, se llegó a la conclusión de que el sistema de televisión digital por satélite sería mucho más rapidamente implementable que uno terrestre. Y como consecuencia canalizó su energía al desarrollo de sistemas digitales por satélite y cable, sin abandonar por supuesto los otros medios de transmisión.

    El DVB lo forman más de doscientas organizaciones y está estructurado de tal manera que contempla todos los aspectos que afectan a la implantación de la TV digital.

    Está constituido por:


    • Asamblea General: tiene como cometido la elección del equipo de gobierno en su reunión anual.


    • Equipo de gobierno: es el órgano de toma de decisiones dentro del DVB, y al que todos sus grupos (módulos) reporten sus resultados. Está constituido de manera que es lo suficientemente pequeño para agilizar la toma de decisiones y lo suficientemente grande para estar representados todos los grupos del proyecto.


    • Módulo técnico, tiene como objetivo desarrollar y extender los estándares para cubrir todas las posibilidades de transmisión actuales y futuras, asegurando que los usuarios de los servicios digitales podrán hacer el mejor uso de todos los tipos de servicios interactivos que aparezcan.


    • Módulo comercial, se preocupa de establecer las recomendaciones para implantar los servicios digitales, teniendo en cuenta a los usuarios y a las características del mercado, y potenciar los nuevos servicios y sus aplicaciones.


    • Módulo de derechos de propiedad intelectual, su objetivo es velar por dichos derechos.


    • Módulo promocional, que tiene como misión dar a conocer el proyecto y sus resultados.

    Fruto de esta estructura el DVB ha desarrollado su labor multidisciplinar, en todos los aspectos:

    Optó por el MPEG-2 como estándar de codificación digital, asegurando que los elementos esenciales de la codificación son comunes a todos los sistemas de transmisión, permitiendo aprovechamientos económicos, debido a la fabricación en gran escala de los dispositivos.

    Generó estandares internacionales para todos los medios de transmisión, proporcionando soluciones para el control de accesos a la programación.

    Se preocupó de facilitar al usuario el acceso a los servicios digitales incorporando un sistema de información que permite la fácil elección de un programa concreto entre cientos disponibles.

    Sin embargo el éxito del DVB no sólo depende de la creación de estándares sino que depende fundamentalmente del desarrollo de los sistemas que hagan llegar la televisión digital hasta el usuario, adecuándolos a los medios de transmisión. El DVB ha desarrollado también en este aspecto una intensa actividad desarrollando el estándar de distribución de la televisión digital en las redes de SMATV y cable.


    Estándares generados por el DVB


    DVB-S
    Sistema de transmisión de televisión digital a través de satélite.
    DVB-C Sistema de transmisión de televisión digital a través de cable.

    DVB-CS Sistema de transmisión en redes de SMATV.

    DVB-MC Sistema de distribución punto-multipunto usando frecuencias de transmisión por debajo de 10 GHz, basandose en DVB-C.

    DVB-MS Sistema de distribución punto-multipunto, para frecuencias por encima de 10 GHz, basandose en DVB-S.

    DVB-T Sistema para transmisión de televisión digital terrestre.

    DVB-SI Sistema de información de servicio.

    DVB-TXT Formato de teletexto.

    DVB-CI Interface común para uso de acceso condicional.

    DVB-PCT Canal de retorno para cable.

    DVB-RCC Canal de retorno a través de la red pública telefónica.

    DVB-NIP Protocolos para servicios interactivos.

    DVB-PDH Interfaces para redes PDH.

    DVB-SDH Interfaces para redes SDH.

    DVB-M Guia de medidas para los sistemas de DVB.

    DVB-PI Interfaces de cabecera para las redes de CATV y SMATV.

    DVB-IRDI Interfaces de las IRDs.

    TEMA 5: ONDULATORIA


    1. INTRODUCCION

    Las comunicaciones de radio se realizan mediante el empleo de ondas electromagnéticas, por lo que el conocimiento de las mismas reviste una gran importancia tanto para los radioaficionados como para los usuarios. El estudio de la ondulatoria permite comprender la propagación de las ondas electromagnéticas, así como muchos de los fenómenos ligados con la emisión y recepción de las mismas.

    2. MOVIMIENTO PERIODICO

    Un cuerpo se halla dotado de movimiento periódico cuando en su trayectoria ocupa las mismas posiciones al cabo de ciertos intervalos iguales de tiempo. Un ejemplo puede ser el de la Tierra alrededor del Sol, puesto que cada 365 días ocupa una misma posición.

    El tiempo que tarda el móvil en pasar por 2 posiciones iguales consecutivas recibe el nombre de período. Así el período del movimiento de la Tierra alrededor del Sol es de un año.

    La proyección sobre el diámetro de un móvil dotado de movimiento circular uniforme es una función sinusoidal del tiempo, tal y como veremos más adelante.

    3. MOVIMIENTO SINUSOIDAL

    Entre los movimientos periódicos reviste especial interés el movimiento vibratorio armónico, cuyo estudio desarrollamos a continuación:
    a) Supongamos una varilla de acero sujeta por un extremo y libre en el otro de modo que, en estado de reposo, ocupe la posición vertical PO (Fig. 1a). Si en esta circunstancia se la desvía de su posición de reposo hasta que ocupa la posición PO' (Fig. 1b), y luego la soltamos, el extremo libre O recorrerá la trayectoria de O' a O'' (Fig. 1c); luego de O'' a O' (Fig. 1d); después de O' a O'' (Fig. 1e), y así sucesivamente, en un principio, por tiempo indefinido. Se producen pues una serie de vibraciones entre los puntos O' y O'' en ambos sentidos. Los puntos O1 y O2 de la figura 1f corresponden a posiciones intermedias del extremo O durante la vibración.








    Fig.1











    De aquí se deduce que la energía utilizada en deformar la varilla se ha convertido en una energía vibratoria. En un principio podemos considerar la varilla de la figura 1 vibrando continuamente, por tiempo indefinido, entre los puntos O' y O''. Esto sería cierto si no tuviera que vencerse la resistencia del material a deformarse y la resistencia que ofrece el aire que la rodea. Por tanto a medida que pasa el tiempo, las oscilaciones serán cada vez más pequeñas, hasta que la varilla recupera su posición de reposo PO y mientras que no se diga lo contrario, consideraremos el movimiento vibratorio carente de amortiguación, es decir, que las oscilaciones de O' a O'' y de O'' a O' de la figura 1 tengan siempre la misma amplitud de desviación.

    Asimismo consideraremos la trayectoria O'O'' como una línea recta en lugar de ligeramente curvada y sólo consideraremos el punto extremos de la varilla, el punto O' para facilitar su estudio.

    Si observamos la figura 1, apreciamos que la velocidad del punto O varía según la posición ocupada en el espacio. Efectivamente, la velocidad del móvil es máxima al pasar por el punto central O, disminuyendo progresivamente a medida que se acerca a los extremos O' y O'', en donde se para por completo para iniciar el retorno al otro extremo. En todo movimiento vibratorio se tiene una velocidad máxima al pasar por el punto O y una velocidad nula en los puntos O' y O''.

    En lo que respecta al espacio recorrido, podemos considerar que el espacio entre los puntos O y O' es positivo y entre O y O'' es negativo. Por lo tanto, se deduce que en toda oscilación o vibración completa el espacio recorrido es nulo.

    Hemos visto pues que el movimiento vibratorio de la varilla no es uniforme (distinta velocidad en cada punto), ni uniformemente variable (puesto que la velocidad no aumenta ni disminuye proporcionalmente al tiempo) sino que la velocidad varía según la posición del móvil.

    Tal variación se debe a la fuerza elástica de la varilla, y es proporcional en cada instante al desplazamiento respecto a su posición de reposo.

    Aparentemente parece que el movimiento vibratorio es de una gran complejidad, sin embargo, su estudio no resulta difícil si recurrimos a una representación gráfica del mismo como la que se muestra en la figura 2.

    En esta figura la trayectoria O'O'' del móvil se
    ha supuesto rectilínea (parte superior de la figura) y
    con un radio igual a la máxima desviación OO', se
    ha trazado una circunferencia. Sobre esta última
    imaginemos un móvil auxiliar M dotado de un mo-
    vimiento circular uniforme, es decir gira con velo-
    cidad uniforme alrededor del centro de la circunfe-
    rencia. En cada instante las posiciones del móvil O
    son sustituidas por las proyecciones del móvil M
    sobre O'O''. Así, cuando el móvil auxiliar está en M,
    el móvil principal está en O; cuando el auxiliar está Fig.2
    en M1, el principal está en O1.

    Supongamos ahora que el móvil principal ha efec-
    tuado el recorrido entre O y O1 en un tiempo t, es
    decir que el espacio recorrido entre O y O1 se ha
    efectuado en un tiempo t. En el mismo tiempo el
    móvil auxiliar ha pasado del punto M al M1, pero
    como este último se halla dotado de movimiento
    circular uniforme, su velocidad angular  es también
    constante, por lo que el ángulo  descrito por el móvil
    auxiliar en el tiempo t valdrá:
     =  t

    De la figura 2 se desprende asimismo que el móvil principal ha recorrido, en el instante t citado, un espacio OO1, y como dicho espacio corresponde en la figura 2 a OM1 cos , ya que:

    OO1 cateto contiguo
    cos  =
    OM1 hipotenusa

    Podemos escribir la siguiente igualdad:

    OO1 = OM1 cos  = OO' cos  = OO' seno 

    puesto que según puede comprobar en la figura OO' = OM = OM1, por ser todas estas longitudes radios y ser los ángulos  y  complementarios.

    La máxima desviación que alcanza el punto vibrante se denomina amplitud, coincidiendo ésta con el radio de la circunferencia. Así, el radio OM1, designado en la figura 2 con la letra a es la amplitud de la oscilación.

    La posición del móvil en un instante cualquiera recibe el nombre de elongación, y se la designa con la letra e. También podemos definir la elongación como el camino recorrido por un móvil después de un tiempo t.

    En el caso de la figura 2, es decir cuando el móvil se encuentra en la posición O1 la elongación valdrá, como se ha dicho:
    e = OO1

    De donde se deduce que:
    e = a seno  = a seno t

    la amplitud de la vibración a y la velocidad angular  son constantes, como resultado de todo lo expuesto se deduce que la elongación e, o espacio recorrido por el móvil en un tiempo t, es una función sinusoidal del tiempo, éstos movimientos reciben el nombre de movimientos sinusoidales o movimientos senoidales.

    La máxima elongación o espacio recorrido tiene lugar cuando:

    en  t = +1

    en cuyo instante la elongación es igual a la amplitud a (Fig. 2).

    4. PERIODO, FRECUENCIA, PULSACION Y FASE

    El período es el tiempo que tarda un móvil en realizar una vibración completa, es decir el tiempo que tarda en recorrer el espacio OO'OO''O de las figuras 1 y 2; Dado que el período es una magnitud que representa tiempo, se representa por la letra T y su unidad de medida es el segundo.

    La frecuencia es el número de oscilaciones que efectúa el móvil por unidad de tiempo, es decir, por segundo y se representa con la letra f. La unidad de medida de la magnitud frecuencia es el ciclo por segundo o el hertzio (Hz).

    El período es la inversa de la frecuencia, es decir:
    T= 1/f
    de donde también se deduce:
    f = 1/T

    Efectivamente de esta última igualdad se deduce que cuanto más pequeño sea el tiempo T que tarda el móvil en efectuar el recorrido del espacio o en dar la vuelta completa a la circunferencia, mayor será la frecuencia, es decir mayor será el número de vibraciones o vueltas que podrá efectuar el móvil en un segundo.

    Se denomina pulsación a la velocidad angular del móvil auxiliar de la figura 2.

    La pulsación es proporcional a la frecuencia y se expresa, a partir de la fórmula:

     = 2  f
    en radianes por segundo.

    En efecto, supongamos un móvil M que, en un segundo, describe un ángulo . En T segundos (período), el móvil describirá una circunferencia, es decir 2 radianes, por lo que se tiene:
    1 

    =
    T 2
    de donde

    2
     = = 2 f
    T
    es decir, que la pulsación es proporcional a la frecuencia.

    Fase es la posición del móvil en un instante dado t, y se expresa mediante el ángulo  = t. La fase depende de la variable tiempo t, puesto que la pulsación  es constante para un movimiento dado.

    5. SISTEMA OSCILANTE

    Se dice que un sistema es oscilante cuando, separado de su posición de equilibrio, y dejado en libertad, realiza una serie de oscilaciones alrededor de su posición de equilibrio.

    La frecuencia de estas oscilaciones es la frecuencia propia del sistema, que es la inversa del período propio.

    Dos sistemas pueden oscilar con la misma frecuencia y, sin embargo, la amplitud de las oscilaciones ser diferente. Estas oscilaciones se denominan libres, ya que sólo dependen de las características del sistema. Oscilaciones forzadas son las producidas por una causa externa, que generalmente es una fuerza alternativa, la cual impone su frecuencia al movimiento del sistema oscilante.

    Cuando la frecuencia de la fuerza exterior coincide con la propia del sistema se dice que existe resonancia entre ambas frecuencias. Por ejemplo, cuando la frecuencia propia de un circuito oscilante de sintonía de un receptor coincide con la frecuencia de una señal radioeléctrica de una emisora (frecuencia de la fuerza exterior), se produce una resonancia entre ambas frecuencias.

    Hay que destacar que todas las frecuencias libres son amortiguadas.


    6. AMORTIGUAMIENTO

    La amortiguación se manifiesta como una pérdida de la amplitud de oscilación debido a la resistencia propia del sistema. Si no existiera dicha resistencia (sistema oscilante ideal), las oscilaciones se mantendrían con igual amplitud por tiempo indefinido.

    En la figura 3a puede ver de una forma gráfica una oscilación no amortiguada y en la figura b una oscilación amortiguada. Si comparamos ambas figuras puede apreciarse que la frecuencia de ambas oscilaciones se mantienen, no varían en el tiempo, y que sin embargo la amplitud del sistema oscilante amortiguado sí disminuye en el tiempo.










    Fijg.3









    7. RESONANCIA

    Cuando la fuerza externa actúa en fase con la oscilación del sistema, es decir la acción de la fuerza tiene lugar en un instante tal que se refuerza el movimiento, la amplitud de éste queda modificada en la forma siguiente:
    a) Si la fuerza externa transfiere al sistema una energía igual a la que se consume en el sistema oscilante debido a las pérdidas, entonces las oscilaciones se mantienen por tiempo indefinido y su amplitud es constante.
    b) Si la fuerza externa transfiere al sistema una energía menor que la perdida en el sistema, las oscilaciones se amortiguan, si bien su amortiguamiento es menor que el propio del sistema, es decir tardaría más tiempo en desaparecer la oscilación.
    c) Si la fuerza externa transfiere al sistema una energía mayor que la perdida en él, entonces las amplitudes de las oscilaciones crecen con el tiempo, y según la naturaleza del fenómeno, a valores peligrosos.

    En los circuitos eléctricos y electrónicos una inductancia y un condensador de derivación constituyen un circuito oscilante que, debido a la resistencia óhmica de los conductores, se produce unas pérdidas y, por lo tanto, una amortiguación. Si a este circuito se le aplica una tensión instantánea, es decir durante un corto período de tiempo, en dicho circuito se origina una oscilación libre y amortiguada. El amortiguamiento es tanto mayor cuanto mayor sea la resistencia óhmica del circuito. Si a dicho circuito se le aplica una tensión alterna, de frecuencia igual a la propia del circuito oscilante, entonces se logra la resonancia y en el circuito se desarrollan tensiones y corrientes que pueden alcanzar valores muy elevados.

    8. BANDA DE FRECUENCIAS

    Cuando la frecuencia de un emisor coincide con la frecuencia propia de un receptor, se produce la resonancia con la máxima intensidad. Sin embargo, aunque ambas frecuencias sean ligeramente distintas, también se observa un aumento de la amplitud de las oscilaciones respecto a cuando las frecuencias son muy diferentes de valor.

    Así, si un circuito oscilante cuya frecuencia propia sea f se le aplica toda una gama de frecuencias comprendidas entre cero e infinito, y se mide la amplitud de las oscilaciones en bornes de dicho circuito oscilante, se observará que a partir de una frecuencia determinada f1, más o menos próxima a la frecuencia propia de oscilación, la amplitud adquiere un valor que ya puede ser considerado importante. Dicha amplitud aumenta progresivamente hasta alcanzar un valor máximo que coincide con la frecuencia propia f del sistema y, a partir de ella, se inicia un descenso de las amplitudes hasta alcanzar un valor nulo. Si trasladamos los valores de amplitud obtenidos a un sistema de coordenadas en función de la frecuencia, se obtendría una curva como la que se ha dibujado en la figura 4.









    Fig.4








    Se denomina banda de frecuencias o ancho de banda de un sistema oscilante al margen de frecuencias f2 - f1 (zona tramada de la figura 4) para las cuales la amplitud de la onda está por encima del 70,7 % de la amplitud máxima, que corresponde a la amplitud máxima dividida por " 2 o a una atenuación igual o menor de 3 dB.

    9. SELECTIVIDAD

    El ancho de banda de un sistema depende del amortiguamiento, siendo tanto mayor el ancho de banda cuanto mayor sea el amortiguamiento. Un sistema cuya curva de amplitudes en función de la frecuencia sea como la mostrada en A de la figura 5, posee un ancho de banda mayor que otro cuya curva sea la indicada por B en la propia figura, a pesar de que la frecuencia propia de los dos sistemas sean las mismas (fA = fB) y que a dicha frecuencia también coinciden las amplitudes máximas.

    El conocimiento del ancho de banda de un sistema es importantísimo en la emisión y recepción de ondas radioeléctricas, pues es posible la emisión simultánea de una gran cantidad de señales radioeléctricas sin que se interfieran, así como la selección de aquélla que se desea recibir. La selectividad viene a ser una propiedad opuesta al ancho de banda.

    Un sistemas es tanto más selectivo cuanto más estrecho sea el margen de frecuencias para las cuales acuse fenómenos semejantes a los de resonancia.

    A mayor resistencia del circuito más ancha es su curva de resonancia y menor será su selectividad, por lo que en el diseño de circuitos resonantes con fines de selectividad deberá procurarse que la resistencia óhmica de los mismos sea baja, aunque en ocasiones, sea necesario aumentarla.

    10. OSCILACIONES DE IGUAL FRECUENCIA EN FASE

    Se dice que dos sistemas oscilantes armónicos de la misma frecuencia están en fase cuando sus elongaciones toman simultáneamente sus valores máximos, mínimos y nulos.

    En la figura 6 se ha dibujado dos oscilaciones a y b, las cuales, aunque poseen amplitudes distintas, están en fase, puesto que sus elongaciones adquieren simultáneamente en el tiempo los valores máximos, mínimos y nulos. A la derecha de dichas figuras se han dibujado los vectores representativos de estas dos oscilaciones, dispuestos en el ángulo correspondiente al instante t.

    Si se suman cada uno de los valores instantáneos de la curva a con los de la curva b, a lo largo del tiempo, se obtendría una nueva curva senoidal como la indicada por a+b, cuyos valores instantáneos en cada punto serán el resultado de la suma de los valores instantáneos de las curvas a y b, su frecuencia será la misma así como su fase con respecto a las curvas a y b.











    Fig.5
























    11. OSCILACIONES DE IGUAL FRECUENCIA DESFASADAS

    Si dos oscilaciones de igual frecuencia no se producen al mismo tiempo, sino que una de ellas lleva un cierto retraso o adelanto con respecto a la otra, la amplitud total de la oscilación resultante no llegará nunca a ser la suma aritmética de las dos amplitudes, puesto que éstas no alcanzan nunca simultáneamente el valor máximo. En cada instante, la elongación resultante será la suma algebraica de las elongaciones producidas por cada movimiento; es decir, las elongaciones se sumarán o restarán en cada instante según que ambas oscilaciones tengan amplitudes del mismo signo o de signo opuesto. Veamos esto sobre la figura 7.










    Fig6




















    Se han dibujado dos curvas senoidales a y b, de igual amplitud, sentido y frecuencia, pero con un desfase entre ellas de 60º, es decir que la curva b está adelantada 60º con respecto a la curva a. A la derecha de estas dos figuras se han dibujado sus correspondientes vectores situados en el instante t1.

    Si en esta circunstancia se suma punto a punto en el tiempo las curvas a y b, se obtendrá una tercera curva, indicada por a+b en la figura 7, que presenta las siguientes características:

    1.- La frecuencia sigue siendo la misma que las de las curvas a y b.

    2.- El ángulo 3 con respecto al origen es un ángulo de desfase distinto a los otros dos y de valor intermedio entre ambos.

    3.- La amplitud máxima nunca será igual a la suma aritmética de las amplitudes de las oscilaciones a y b, sino a la suma geométrica de ellas, tal y como se demuestra en el diagrama vectorial que se ha dibujado al lado de la curva resultante.

    El desfase entre las curvas a y b se mantiene constante en el tiempo, puesto que sus frecuencias son iguales.

    El desfase puede ser en adelanto o en atraso. En el ejemplo de la figura 7 la oscilación b está adelantada con respecto a la a, pues esta última tarda un cierto tiempo en alcanzar los mismos valores instantáneos que la b.

    Si se toma la oscilación a como referencia, entonces es la b la que está atrasada, puesto que tardará un cierto tiempo en alcanzar los valores instantáneos adquiridos por la a. Es costumbre tomar como referencia desfases inferiores a 180º para facilitar los cálculos.








    Fig.7






















    De todo lo expuesto se deduce que:
    • Un desfase negativo equivale a un retraso.
    • Un desfase positivo equivale a un adelanto.
    Cuando el desfase entre ambas oscilaciones es de 180º, se dan dos casos diferentes:

  • que ambas tengan la misma amplitud.

  • que posean distinta amplitud.

  • En ambos casos la suma de las amplitudes será aritmética, por lo que se tiene:

  • si son de la misma amplitud se anulan (Fig. 8).

  • Si son de distinta amplitud se obtendrá una onda resultante de igual frecuencia cuya fase coincidirá con la de la onda de mayor amplitud y cuya amplitud será igual a la diferencia de amplitudes de las ondas sumadas (Fig. 9).

  • 12. OSCILACIONES DE DIFERENTE FRECUENCIA

    El caso de composición de dos oscilaciones de diferentes frecuencias es, posiblemente, el de mayor interés para el especialista en radio, puesto que en él está basado el fenómeno del heterodinaje.

    Iniciaremos el estudio suponiendo que las dos oscilaciones son iguales en amplitud.

    Empezaremos diciendo que la amplitud de la oscilación resultante es, variable, presentando unos máximos y unos mínimos que corresponderán con los de la función periódica sen
    ('t - ') y son, en valor absoluto, 2a y cero respectivamente, es decir que la amplitud máxima de la oscilación resultante será igual a la suma de las amplitudes de las oscilaciones componentes y la amplitud mínima de la oscilación resultante será cero.

    La frecuencia de la oscilación resultante es igual a la mitad de la diferencia entre las frecuencias f1 y f2 de las oscilaciones componentes.







    Fig.8
























    Durante los instantes en que la amplitud de la oscilación resultante aumenta, las dos oscilaciones componentes se refuerzan, mientras que cuando la amplitud de la oscilación resultante disminuye las oscilaciones componentes se debilitan. Todo queda reflejado en la figura 10, donde se demuestra que:

    1º La amplitud máxima de la frecuencia resultante es el doble que el de las oscilaciones componentes y se produce cuando estas dos últimas están en fase.

    2º La amplitud mínima de la oscilación resultante es cero y se produce cuando las oscilaciones componentes están en oposición de fase.

    3º Entre los valores máximo y mínimo de la amplitud resultante se obtienen toda una serie de valores intermedios cuya amplitud depende, en cada instante, de la suma aritmética de los valores instantáneos de las amplitudes de las oscilaciones componentes.

    4º La frecuencia de la oscilación resultante es igual a la suma de las frecuencias de las oscilaciones componentes dividido por 2, es decir, la media aritmética de ambas oscilaciones.

    5º Considerando la envolvente de la amplitud de la oscilación resultante, ésta tendrá una frecuencia cuyo valor viene dado por la igualdad:
    f1 - f2
    f ' =
    2

    En resumen, la suma de dos oscilaciones de distinta frecuencia da lugar a una tercera oscilación compleja que puede considerarse constituida por dos: una de frecuencia igual a la semisuma y otro de frecuencia igual a la semidiferencia de las frecuencias de las oscilaciones componentes.








    Fig.10









    En la figura 11 los períodos de la onda Tn y de las variaciones de amplitud TA. Las variaciones periódicas de la amplitud de la onda toman el nombre de pulsaciones.

    Ya que en un período la amplitud incluye dos oscilaciones enteras, el período de las pulsaciones será en la práctica TA/2 y no TA, y la frecuencia de las pulsaciones:

    fA= 2 x (f1-f2)/2 = f1 - f2

    Esta frecuencia fA recibe el nombre de frecuencia intermedia. En la transmisión y recepción de ondas radioeléctricas la composición o mezcla de dos señales de distinta frecuencia se denomina heterodinación y es, como se verá de gran importancia.













    12. PROPAGACION DE UNA OSCILACION

    Si una partícula vibrante se encuentra
    situada en un medio material elástico, la
    vibración se transmite en todas las
    direcciones a las partículas inmediatas,
    de éstas a la siguientes y así sucesiva-
    mente. Esta propagación del movimiento
    recibe el nombre de movimiento ondula-
    torio, en la figura 12 tenemos un ejemplo
    de una partícula A que se encuentra en
    vibración en un medio elástico.

    La distancia entre 2 partículas conse-
    cutivas que se hallan en la misma fase de
    vibración se denomina longitud de onda,
    y se la designa por la letra griega .

    Así pues, recibe la denominación de
    longitud de onda la distancia entre dos
    crestas consecutivas, o entre 2 valles con-
    secutivos (Fig.13).














    si el medio en el que se propaga la vibración es isótropo, es decir tiene las mismas propiedades de propagación en todas las direcciones, la vibración se propaga con movimiento uniforme, por lo que se puede aplicar la siguiente fórmula:

    e = v t (e= espacio; v= velocidad; t= tiempo)
    Durante un tiempo igual a un período T, la vibración se habrá propagado un espacio , luego quedará:
     = v T que es la fórmula de la ecuación de propagación de las vibraciones, tanto si son acústicas como electromagnéticas. En ella v indica la velocidad de propagación del medio, el cual será constante. Así en el caso de ondas acústicas la velocidad de propagación en el aire es de 333 metros por segundo, mientras que en el caso de ondas radioeléctricas esta velocidad alcanza los 300000 Kilómetros por segundo.

    Como el período T es inverso de la frecuencia se puede obtener la siguiente fórmula:

     = v / f expresándose f en ciclos por segundo o hertzios, v la velocidad en el medio de propagación en metros por segundo y  en metros.

    12.1. ONDAS ESFERICAS Y ONDAS PLANAS

    Cuando una partícula vibra en un medio isótropo e indefinido las vibraciones se propagan en todas las direcciones. Se llama rayo a cualquiera de las rectas que pasen por el centro vibrante o partícula que engendre la vibración. Si el foco vibrante de la figura 14 se propaga en todas direcciones, las partículas que se hallan a igual distancia del centro se encontrarán, en un instante dado, en la misma vibración y constituyen una onda. De ello se deduce que las ondas son esféricas en un medio isótropo.























    Para las partículas muy alejadas del centro de vibración las ondas serían de radio muy grande, por lo que pueden ser consideradas como ondas planas. Al conjunto de ondas que van propagándose se denomina tren de ondas.

    12.2. INTENSIDAD DE ONDA

    Intensidad del movimiento ondulatorio o intensidad de onda es la energía que pasa por segundo a través de una superficie de área de unidad, colocada perpendicularmente a la dirección de propagación del movimiento.

    E = I S

    Las intensidades del movimiento vibratorio en dos puntos están en razón inversa de los cuadrados de sus distancias al centro vibrante, es decir la amplitud de la vibración disminuye a medida que ésta se aleja de su origen. Se resume diciendo que las vibraciones se amortiguan con la distancia.

    12.3. ONDAS ESTACIONARIAS

    Para su mejor comprensión consideraremos dos ondas de igual frecuencia y amplitud, procedentes de 2 puntos vibrantes O y O1 (Fig. 19) y que se propagan en sentidos opuestos a lo largo del camino OO1.

    En esta circunstancia, hemos de considerar 4 instantes distintos en la producción de las ondas a,b,c y d.




























    Supongamos en primer lugar el instante t = 0, correspondiente a la figura 19a. En este caso el punto O produce una oscilación cuya forma de onda se representa con trazo continuo y el punto O1 otra, en sentido opuesto, cuya forma de onda se representa con trazo discontinuo. Dado que la distancia entre los puntos O y O1 es un múltiplo entero de las longitudes de ondas producidas en los mismos, y que las oscilaciones se producen al unísono en el mismo sentido de crecimiento (observe que a partir de O la oscilación crece hacia valores positivos y lo mismo sucede a partir del punto O1) se produce una interferencia entre ambas y, como consecuencia, las oscilaciones quedan en todo el trayecto en oposición de fase, anulándose mutuamente, es decir todos los puntos del medio vibrante entre O y O1 quedan en reposo.

    Pasemos al caso de la figura 19b, correspondiente a un instante t =T/4, es decir un cuarto de período más tarde. En este caso la vibración del punto O alcanza su valor máximo positivo, así como el del punto O1, pues como se ha dicho vibran al unísono. En este caso las 2 oscilaciones se encontrarán en fase en todo el recorrido, por lo que sus amplitudes se suman dando origen a una oscilación de igual frecuencia y fase pero de doble amplitud (oscilación dibujada con trazo grueso en la figura 19b).

    Un cuarto de período más tarde, instante t= T/2, las ondas generadas vuelven a estar en oposición de fase, anulándose de nuevo y haciendo que todos los puntos entre O y O1 estén en reposo.

    En el tercer cuarto de período t = 3T/4, la vibración del punto O alcanza el valor máximo negativo, por lo que se vuelve a producir una coincidencia de fase, sumándose ambas oscilaciones y produciendo una oscilación de igual frecuencia y fase que las generadas en O y O1 pero de doble amplitud.

    Al completarse un período completo t=T, vuelve a producirse las condiciones expuestas en la figura 19a, anulándose de nuevo las oscilaciones.

    Observando la figura 19 se deduce que para los instantes b y d (múltiplos impares de cuartos de período) la oscilación resultante alcanza la máxima amplitud, pero entre una y otra onda resultante hay una diferencia de fase de media longitud de onda.

    En la figura 19, y con fines de claridad de exposición, sólo se han dibujado cuatro instantes muy concretos del fenómeno, sin embargo entre cada uno de ellos existen unas situaciones en las cuales las oscilaciones de O y O1 alcanzan valores de amplitud intermedios. Representando varios instantes intermedios, la forma de las ondas sería como se indica en la figura 20.



















    La onda resultante va tomando la forma señalada por las curvas 1,2,3……12, continuando con las 12,11,10,…….,1. Los puntos en que la vibración es máxima se denominan vientres, y aquellos en que la vibración es nula nodos.

    La onda resultante se deforma pues en la forma indicada en la figura 20, pero permanece sin desplazarse a lo largo de la dirección de propagación, motivo por el cual recibe el nombre de onda estacionaria.

    La distancia entre dos nodos o entre dos vientres consecutivos es igual a media longitud de onda, y la que existe entre un vientre y un nodo es igual a un cuarto de longitud de onda.

    El fenómeno de ondas estacionarias se manifiesta en la reflexión producida al incidir sobre un obstáculo una onda emitida desde un punto emisor. Efectivamente, la onda incidente regresa hacia atrás y se combina con los nuevos frentes de onda que se acercan al obstáculo, produciendo este fenómeno. Dado que la reflexión puede tomar lugar sobre un obstáculo indeformable o deformable, según la naturaleza de éste en relación con el medio en que se produzca la vibración, serán dos los casos a estudiar.
    12.3.1. Obstáculo indeformable

    En este caso al incidir sobre un punto del obstáculo una onda incidente, no se produce ningún desplazamiento del punto de incidencia, por lo cual se produce una onda reflejada que estará en fase opuesta a la onda incidente(Fig.21).
















    Para dibujar la onda reflejada habrá que seguir los siguientes pasos:

    1.- Se prolonga la onda incidente I más allá del obstáculo.
    2.- Se dibuja la simetría de la anterior respecto al eje horizontal (curva de onda reflejada R).
    3.- Se dibuja la simétrica de esta última respecto al obstáculo MM'.

    Observando la figura 21 se aprecia que la onda reflejada R se encuentra desfasada media longitud de onda respecto a la incidente I.

    Todas las partículas situadas a una distancia del obstáculo igual a un número par de cuartos de longitud de onda permanecen sin vibrar y son nodos, sea cual sea el instante considerado, mientras que si es impar se producirá un vientre.



    12.3.2. Obstáculo deformable

    En el caso de que la onda incida sobre un obstáculo MM' deformable, éste se desplaza de su posición y su reacción elástica origina una onda reflejada sin cambio de fase (Fig.24).












    Para dibujar este caso se procede como sigue:
    1.- Se prolonga la onda incidente I más allá del obstáculo MM'.
    2.- Se dibuja la onda reflejada R como simétrica de I respecto al obstáculo.
    3.- Se suman punto a punto los valores instantáneos de ambas ondas, dando como resultado la onda estacionaria E dibujada con línea más gruesa en la figura 24.

    Si observa con atención la figura 24 podrá apreciarse que la distancia entre la última cresta de la onda incidente I al obstáculo MM', y desde éste a la primera cresta de la onda reflejada R (la más próxima al obstáculo), es igual a una longitud de onda, lo que equivale a decir que ambas están en fase, es decir que la onda reflejada es como si fuese una prolongación, en sentido contrario, de las oscilaciones de la onda incidente.

    Los vientres se producen en el obstáculo y en todos los puntos que distan de éste un número par de cuartos de longitudes de onda. Los nodos se producen en todos aquellos puntos que distan del obstáculo un número impar de longitudes de onda.

    Como se puede apreciar, comparando las figuras 21 y 24, la distribución de nodos y vientres es inversa en el caso de una incidencia sobre obstáculo deformable con respecto al obstáculo indeformable.

    TEMA 6: ONDAS HERTZIANAS


    1.INTRODUCCION

    Las ondas hertzianas, electromagnéticas o radioeléctricas, son de origen eléctrico y presentan importantes diferencias respecto a las ondas acústicas tanto en su producción como en su propagación y aplicaciones.

    Es de destacar que las ondas electromagnéticas no necesitan transmitirse, como las vibraciones sonoras por las moléculas de aire, ya que los propios impulsos de las ondas se empujan unos a otros para recorrer diferentes medios e incluso el vacío.

    Las ondas electromagnéticas se propagan a una velocidad aproximada de 300000 Kilómetros por segundo, sea cual sea su frecuencia o longitud de onda.

    v = f  dónde f es la frecuencia en Hz, v es la velocidad de propagación (300000000 m/s) y  es la longitud de onda en metros.

    2. LINEAS DE TRANSMISION

    Para llevar la energía de radiofrecuencia del emisor a la antena se utiliza una línea, la cual recibe el nombre de línea de transmisión o alimentada. También se emplean estas líneas para conectar una antena de recepción a un receptor.

    Las líneas de transmisión pueden ser unifilares, bifilares y tubulares o concéntricas.

    Las líneas unifilares están constituidas como se puede deducir de su denominación por un solo conductor, utilizando la tierra como conductor de retorno. El circuito se cierra a través de la capacidad existente entre el conductor y la tierra. El gran inconveniente es la gran superficie ocupada y la radiación de energía.

    Se representa un ejemplo en la Figura 1.













    La línea bifilar está formada por dos conductores simétricamente colocados respecto a tierra. La corriente i, en un instante dado, va por un conductor, pasa por la antena y regresa por el otro conductor. Estando equilibrados los elementos, la corriente en los dos hilos son iguales y de sentidos opuestos, y por lo tanto no radia energía (Ver Fig. 2).

    Las líneas tubulares se denominan también cables coaxiales o cables concéntricos. Es la mejor de las líneas de transmisión, pues ni transmite ni capta energía del exterior. Constan de un conductor interior recubierto de un aislante de plástico sobre el que se dispone de un segundo conductor envolvente que hace de pantalla. El conductor exterior se conecta a tierra y sirve así de pantalla para evitar que radie o que capte energía por inducción de otros circuitos exteriores (Ver Fig. 3).



















    Una línea es uniforme cuando es homógenea en toda su longitud, es decir sus características son constantes. Así, características de una línea son su resistencia, autoinducción, capacidad y resistencia de aislamiento por unidad de longitud.

    En la Figura 4 se representan las constantes por unidad de longitud de una línea de transmisión.











    En la Figura 4 Rc representa la resistencia óhmica propia del hilo conductor de la línea, la cual se divide en 2 partes iguales (una para la ida y otra para la vuelta), L es la autoinducción de la línea que también se reparte entre el conductor de ida y vuelta, C la capacidad existente entre conductores y RA la resistencia de aislamiento entre conductores. Todos los valores se refieren a una determinada unidad de longitud.

    2.1. OSCILACIONES ELECTRICAS SOBRE LAS LINEAS

    Si en el origen de una línea de transmisión se aplica una tensión alterna, por la línea circulará una corriente. Esta tensión alterna genera un campo eléctrico alterno entre los dos hilos de la línea engendra un campo magnético también alterno.

    Las líneas de fuerza del campo eléctrico van de un conductor a otro, entre los cuales existe una diferencia de potencial. Las líneas de fuerza del campo magnético se cierran alrededor del conductor.

    Este fenómeno se produce a lo largo de la línea, pues aunque el extremo opuesto de ésta esté abierto, cuando la frecuencia de la tensión aplicada es elevada la capacidad entre conductores (C de la figura 4) presentará una reactancia no muy elevada y por ella se derivará una cierta corriente. La reactancia de un condensador es inversamente proporcional a la frecuencia,
    1
    Xc =
    2  f C

    Por lo que si ésta aumenta la reactancia capacitiva disminuye y, como consecuencia dejará pasar cierta corriente.

    Los dos campos, eléctrico y magnético, constituyen la onda electromagnética que contiene la energía eléctrica que se transmite o propaga a través de la línea. Lógicamente en la línea se producirán unas pérdidas, o amortiguaciones de la energía a medida que avanza por la línea.

    Teniendo pues en cuenta la propagación y que la amplitud de la tensión (o de la corriente) en la línea se va amortiguando con la distancia se demuestra que:

    1.- Para cada punto de una línea la tensión o la corriente tiene un valor distinto.

    2.- A medida que transcurre el tiempo la tensión o corriente varía senoidalmente con el tiempo según la fórmula:

    v = V sen  t

    3.- Dentro de una longitud de onda las tensiones respectivas tienen distinta fase

    4.- A lo largo de la línea la amplitud de la tensión (o de la corriente) va disminuyendo o amortiguándose con la distancia. Este amortiguamiento crece exponencialmente con la distancia.

    2.2. IMPEDANCIA CARACTERISTICA DE UNA LINEA

    En la figura 5 se ha representado una línea a la que se le aplicado una tensión alterna V y por la cual circula una corriente I. La impedancia de entrada de la línea es la relación entre la tensión aplicada en el origen y la corriente en el mismo punto, es decir:

    Z = V / I














    Se denomina impedancia característica de una línea a la impedancia que presenta cuando su longitud es infinita (Fig. 6). Suele designarse por Z0, y viene dada por la relación:


    Z0 = V / I

    En un principio parece que, al ser la línea de longitud infinita y por lo tanto su resistencia e inductancia son infinitas, la corriente de entrada debería ser nula y por lo tanto la impedancia característica resultaría de un valor infinitamente grande. Sin embargo no es así, puesto que cuanto mayor sea la longitud de la línea mayor será la capacidad entre sus conductores y menor la resistencia del aislamiento.

    Observando la figura 4, en la cual la capacidad de una longitud unitaria de línea queda en paralelo con la siguiente y así sucesivamente, la capacidad total aumenta al aumentar la longitud de la línea por estar todas estas capacidades en paralelo.

    De igual forma, las resistencias RA debidas al aislamiento equivalen a una resistencia en paralelo con los conductores, por lo que al aumentar la longitud disminuye la resistencia total

    En resumen, la impedancia característica de una línea es la que presenta a la entrada cuando su longitud es infinita o cuando está cerrada sobre una impedancia igual a su impedancia característica.

    Hay que destacar que toda línea infinita tiene la propiedad de que la energía eléctrica que se aplica en su origen se propaga sin reflexiones, debido a la uniformidad de la impedancia que presenta en toda su longitud. Lo mismo sucede cuando la línea está cerrada sobre su impedancia característica. Esta forma de propagación de energía se denomina por ondas progresivas.

    Por el contrario si la línea no es infinita, sino que está cerrada sobre su impedancia característica (Fig. 7), a esta impedancia terminal llegará una cierta energía que podrá ser utilizada para los fines que se desee. La impedancia Z0 puede ser un receptor, siendo entonces el generador la antena, o bien una antena, en cuyo caso el generador será un emisor.








    Como consecuencia la impedancia característica de una línea viene dada por la siguiente expresión:

    L
    Z0 =
    C

    2.4. ONDAS ESTACIONARIAS

    La propagación por ondas progresivas (sin reflexiones) en una línea es distinta de la que se produce cuando la línea es finita y no está cerrada sobre su impedancia característica, ya que al existir cambios bruscos de impedancia se producen reflexiones de energía, lo que da lugar a la producción de ondas estacionarias.


    El fenómeno es análogo al que se produce en la reflexión de un movimiento ondulatorio, y que ya fue estudiado en el capítulo anterior.

    Cuando en una línea existe un punto de discontinuidad, como sucede cuando una línea de longitud finita tiene su extremo en circuito abierto o en cortocircuito, o bien cuando no está cerrada mediante una impedancia igual a su impedancia característica, la onda de energía, al llegar al punto de corte, se refleja en su totalidad o bien en parte de ella y la energía reflejada vuelve al origen de la línea.

    Esta energía reflejada se combina con la incidente proporcionada por el generador, dando origen a ondas estacionarias.

    En general se denominan ondas estacionarias aquellas cuyos puntos de valores máximos y nudos no se desplazan a lo largo de la línea, en contraposición con las ondas progresivas, en que los máximos y ceros van desplazándose a lo largo de la línea.

    Las ondas estacionarias suponen un díficil problema para las emisiones de radioaficionados y es muy complicado eliminarlas por completo.

    Supondremos para su mejor comprensión que en la línea no se producen pérdidas, es decir que la amplitud de las ondas de energía se mantiene constante.

    Pueden darse tres casos:

    - Línea abierta en el extremo

    - Línea en cortocircuito

    - Línea con una impedancia a su salida no igual a la impedancia característica de la línea

    2.4.1. Línea abierta en el extremo

    En la figura 8 se ha dibujado, en la parte superior, una línea unifilar que cierra su circuito con tierra y cuyo extremo F está abierto.

    La longitud de la línea de la figura 8 es de 5/4 de longitud de onda. Al aplicar a su inicio la tensión de un generador, la energía, en forma de onda electromagnética (onda de la figura 8) se propaga por ella hasta alcanzar el punto donde está abierta (punto F).

    Al llegar a dicho punto, y como no puede seguir ni desaparecer, se refleja (onda R de la figura 8), regresando al punto de origen de la línea. Ambas ondas de energía, la incidente y la reflejada, se combinan.

    Dado que la energía de la onda electromagnética está contenida en los campos eléctrico y magnético, y éste último desaparece en el extremo abierto de la línea porque la corriente es nula, resulta que toda la energía del campo magnético debe acumularse en el eléctrico, el cual duplicará su valor.

    Como consecuencia de lo expuesto se duplica la tensión en el extremo abierto.

    En lo que respecta la reflexión de la corriente, y como ésta es nula en el extremo abierto, la reflexión se produce al igual que en el caso de obstáculos indeformables, es decir la onda incidente experimenta un cambio de fase dando origen a la onda reflejada.

    Veamos pues, en primer lugar, los efectos sobre la onda de tensión (Fig. 8): las curvas de la figura 8a corresponden a la onda incidente de tensión (I) producida por el generador (línea continua). Transcurrido un tiempo igual a 5/4 de longitud de onda, desde el inicio de la oscilación, la onda llega al extremo abierto de la línea.

    Un instante después (Fig 8b) la onda incidente llega al extremo abierto de la línea. El campo eléctrico se prolonga entre las cargas eléctricas positivas de uno de los hilos y las negativas del otro (en este caso tierra), y como dichas cargas no pueden franquear el espacio abierto, regresan hacia el origen conservando su signo, si bien se ha invertido el sentido de propagación. Lo mismo sucederá con la tensión consecuencia de dichas cargas. La tensión resultante en cada punto de la línea es pues la suma algebraica de las tensiones de las ondas incidente y reflejada, siendo en el instante a de la figura 8 nula en todos los puntos.

    Del conjunto de la figura 8 se aprecia que en los puntos B, D y F de la línea la tensión pasa sucesivamente de un valor máximo posible a un valor máximo negativo, pasando por valores nulos, mientras que en los puntos A, C y E la tensión resultante es siempre nula. Los puntos B, D y F serán pues los vientres de tensión y los puntos A, C y E los nodos de tensión.

    La curva de la figura 8f representa las indicaciones que daría un voltímetro conectado en los diferentes puntos de la línea. Se observa que los vientres de tensión ser producen en puntos equidistantes un número par de cuartos de longitud de onda del extremo abierto de la línea. Los nodos de tensión se producen en cambio, de forma equidistante, en puntos situados un número impar de cuartos de longitud de onda del extremo abierto.

    Si se compara la figura 8 con la 9 (ondas de tensión y ondas de corriente) se podrá ver que los vientres de tensión coinciden con los nodos de corriente y que los nodos de tensión coinciden con los vientres de corriente.


    4.2.2 Línea con extremo cortocircuitado

    En la figura 10 se ha representado una línea de transmisión en cuyo origen se ha conectado un generador de corriente alterna y cuyo final se ha cortocircuitado.







    En este caso la tensión resultante de la suma de la onda incidente con la onda reflejada debe ser nula en dicho punto, puesto que no puede haber diferencia de potencial entre dos puntos entre los que no hay impedancia ninguna. Para que la tensión se anule es necesario que la onda de tensión reflejada se encuentre con fase cambiada en 180º con respecto a la incidente. El campo eléctrico se anula y toda la energía pasa al campo magnético, puesto que en el punto de cortocircuito existirá una corriente eléctrica.

    La tensión resultante a lo largo de una línea con extremo cortocircuitado tendrá la misma forma de onda que la de la corriente en una línea abierta en el extremo (Fig.9), puesto que la corriente se refleja con cambio de signo.

    En lo que respecta a la intensidad de corriente, hay que reseñar, que debe duplicarse la corriente en el extremo, o sea la reflexión de corriente tiene lugar sin cambio de signo, es la misma que la distribución de tensión para líneas de transmisión con extremo abierto.

    Hay que tener en cuenta que para este estudio hemos considerado que la línea no tenía pérdidas, lo cual no es real. Así, en una línea de transmisión con pérdidas, los valores de los nodos de tensión y corriente no serán nulos, sino con ciertos valores pequeños. Además debido a la atenuación, las amplitudes irán disminuyendo por lo quedaría una forma de onda como aparece en la figura 11.
















    Finalmente diremos que en una línea de transmisión ideal (sin pérdidas), y teniendo en cuenta que la tensión y la corriente van desfasadas 90º, no existirá consumo de energía y por lo tanto el generador no gastará energía. Las ondas estacionarias se mantendrían indefinidamente sin generador una vez hubieran sido originadas. En este caso la línea se comporta como un circuito oscilante en el que la energía se transforma una y otra vez de magnética a eléctrica y viceversa, produciéndose oscilaciones libres.

    4.2.3 Línea con una impedancia a su salida no igual a la impedancia característica

    En este caso, se producirán ondas estacionarias superpuestas sobre una onda progresiva.

    Es muy complicado eliminar por completo las ondas estacionarias ya que siempre existirá algún desequilibrio o desadaptación de impedancias.

    4.2.4 Relación de ondas estacionarias (ROE)

    La relación de ondas estacionarias se define como la relación entre la amplitud del campo eléctrico o tensión entre un máximo de tensión y los valores correspondientes a un mínimo adyacente en un sistema de ondas estacionarias (Fig.12).

    La fórmula sería:

    ROE = Vmax / Vmin

    Esta relación de ondas estacionarias es igualmente aplicable a las corrientes:

    ROE = Imax / Imin

    4.2.5 Radiación de ondas libres

    Según Maxwell, todo circuito oscilante es un manantial de ondas electromagnéticas, es decir radia una cierta energía.

    Para una fácil comprensión de esta teoría supondremos un circuito sin resistencia alimentado por un generador de alterna de frecuencia f (Fig.13).

















    En este supuesto pueden darse dos casos:

    - Que las dimensiones del circuito sean muy pequeñas respecto a la longitud de onda de la corriente alterna que lo recorre (Fig.13).

    • Que las dimensiones del circuito sean mayores que la longitud de onda anteriormente citada (Fig.14).

    En el primer caso las corrientes en los puntos del circuito tienen el mismo valor y están en fase. Es por tanto un circuito cerrado.

    La corriente alterna produce un campo magnético alterno de frecuencia f. La diferencia de potencial entre dos puntos del conductor da origen asimismo a un campo eléctrico alterno de frecuencia f.

    Estos dos campos ejercen su acción en todos los puntos del espacio, como el indicado con la letra P en la figura 13, si bien tal acción disminuye rápidamente con la distancia, por ser campos de inducción.

    En el segundo caso, se trata de un circuito abierto pues la longitud del tramo AB en la figura 14 comprenderá una porción apreciable de la longitud de onda. Consideraremos que el circuito no posee resistencia óhmica. Debido a las dimensiones del circuito, éste podemos considerarlo como una línea suficientemente larga, por lo que las corrientes en los distintos tramos del mismo no tendrán la misma fase. Sólo estarán en fase en los puntos que disten entre sí un número de longitudes de onda.

    De todo lo expuesto anteriormente se deduce: Dado que en el circuito se desarrolla una potencia eléctrica suministrada por el generador, y dado que consideramos que no hay resistencia, la potencia desarrollada debe salir al exterior. Esta potencia radiada que sale al exterior es la potencia radiada por el circuito.

    Esta energía es radiada al exterior del circuito en forma de ondas libres constituidas por campos eléctrico y magnético denominada onda electromagnética y onda hertziana.

    4.2.6 Influencia de la frecuencia sobre la radiación

    Hemos podido comprobar que la diferencia de comportamiento entre un circuito cerrado y un circuito abierto se debe al retardo de tiempo t' que se produce como consecuencia de la propagación de los campos de un tramo a otro del conductor.

    En todo circuito productor de ondas radioeléctricas la eficacia o rendimiento de la radiación aumenta al aumentar la frecuencia de la corriente.

    Wr = Rr I2

    Interesa que el valor de dicha corriente sea el más elevado posible y que el circuito abierto posea una frecuencia propia de resonancia igual a la del generador que lo alimenta. Esto se consigue mediante los dipolos eléctricos, que se estudian a continuación.

    4.2.7 Dipolo eléctrico

    En la técnica de las radiocomunicaciones recibe el nombre de antena dipolo una antena cuya longitud es igual a media longitud de onda de la frecuencia que debe emitir o recibir.

    Desde el punto de vista teórico, un dipolo se define como el conjunto formado por 2 puntos infinitamente próximos y unidos por un conductor lineal (Fig.15).




















    Estos dos puntos poseen cargas eléctricas iguales y de signo opuesto, cambiando alternativamente con el tiempo.

    En la figura 15 se han dibujado dos cargas eléctricas de signo opuesto, las cuales producen un campo eléctrico E, cuyo sentido hemos dibujado de + a - pero en realidad es alternativo, puesto que cambian continuamente de polaridad.

    Como la variación de las cargas supone un desplazamiento de las mismas en el conductor que las une, la corriente eléctrica que por éste circula será alterna y generará a su alrededor un campo magnético H cuyas líneas de fuerza son circulares (Fig.15) y estarán dispuestas en un plano perpendicular al conductor.

    Si en esta circunstancia tomamos un punto x externo al conductor, podemos considerar que por éste pasa una línea de fuerza eléctrica y otra magnética, cuyos sentidos hemos representado mediante vectores en la propia figura 15. Los campos eléctricos E y magnético H son tangentes a sus respectivas líneas de fuerza, es decir que en el punto x el campo eléctrico E es paralelo al conductor y el campo magnético H es perpendicular al plano determinado por E y el conductor.

    Dado que las cargas cambian de polaridad alternativamente, medio período de tiempo más tarde se habrá invertido el signo de estas cargas y, como consecuencia, el sentido de los campos E y H, aunque seguirán conservando su dirección y su mutua perpendicularidad (Figura 16).

    4.2.8 Formación de una onda electromagnética radiada por un dipolo

    El dipolo eléctrico, es un circuito abierto, pues las intensidades de corriente en los distintos puntos del mismo no están en fase y como consecuencia de ello el dipolo radia energía en forma de campos eléctrico y magnético.

    Esta radiación de energía se propaga en una dirección perpendicular al plano determinado por los campos eléctrico y magnético, es decir formando un ángulo de 90 º con respecto a los sentidos de dichos campos (Fig.17).

    Como se puede ver en la figura, entre el hilo izquierdo y derecho existirá una diferencia de potencial que genera un campo eléctrico E, siendo la corriente la generadora del campo magnético.

    Si suponemos en primer lugar el instante correspondiente a la figura 17a con el generador de alterna aplicando una tensión con la polaridad indicada, un punto del hilo izquierdo cercano al generador adquiere carga positiva y en un punto del hilo derecho cercano al generador adquirirá carga negativa. Entre ambos puntos se formará pues un campo eléctrico E cuyo sentido es el indicado en la propia figura 17a y cuya intensidad es pequeña debido a la pequeña carga existente entre ambos hilos. Al mismo tiempo se genera un campo magnético H (no representado), cuyas líneas de fuerza rodean al dipolo. La mayor intensidad de campo magnético tiene lugar en el plano perpendicular al centro del dipolo, pues es donde hay mayor intensidad de corriente.

    A medida que aumenta el valor de la tensión proporcionada por el generador (Figs. 17b y 17c), aumenta la longitud de los conductores por las que se desplazan cargas eléctricas, aumentando con ello los campos. Al mismo tiempo los campos se desplazan desde la antena al exterior, es decir se propagan, radiándose su energía.

    Dado que cada conductor tiene una longitud igual a un cuarto de longitud de onda, al cabo de un cuarto de período toda longitud del hilo queda activada (Fig. 17b), generándose los campos eléctrico y magnético de mayor intensidad.

    Una vez la tensión del generador ha alcanzado su valor máximo, inicia su descenso, con lo que las cargas de los conductores regresan al generador y los campos magnético y eléctrico disminuyen de valor. Al hacerse nula la tensión del generador desaparecen las cargas de los conductores, con lo que los campos desaparecen.

    En la continuación del proceso, no representado, el generador de alta frecuencia cambia de polaridad, con lo cual se inicia un aumento del potencial positivo en el hilo de la derecha y negativo en el de la izquierda. En este caso también se producirían campos eléctrico y magnético crecientes mientras aumenta la tensión del generador pero, con sentidos opuestos a los dibujados en la figura 17. Esto último no provoca un cambio en el sentido de la propagación, puesto que al ser simúltaneo el cambio de sentido de los 2 campos, el sentido de propagación no cambia.

    Hay que destacar un hecho importante, y que sin el cual no sería posible la propagación a distancias alejadas: consiste en que cuando la tensión del generador decrece, y por lo tanto los campos empiezan a moverse hacia atrás (hacia el dipolo) y comienzan a disminuir su intensidad, puede parecer que los campos en los diversos puntos, y por lo tanto su energía, debería tener tiempo suficiente para retroceder hasta el dipolo antes de que el generador invierta su polaridad. Ello sin embargo, no es así, y una parte de la energía del campo es incapaz de retroceder hasta la antena.

    La causa de esto último se debe a que, al invertirse la polaridad y crearse nuevos campos alejándose del dipolo, la energía residual que no ha podido volver al dipolo, es rechazada por los nuevos campos invertidos y obligada a alejarse del dipolo aún más.

    Los campos eléctricos y magnético que no llegan a alcanzar el punto x del espacio, y por lo tanto regresan a la antena devolviendo a ésta la energía radiada, son los campos de inducción que se producen en cualquier circuito eléctrico cerrado.

    Para terminar hay que definir polarización de la onda electromagnética como la dirección del campo eléctrico E. Así si el campo eléctrico es vertical, por ser éste paralelo al conductor radiador, se dice que la polarización es vertical (antenas verticales).

    TEMA 7: PROPAGACIÓN DE LAS ONDAS RADIOELECTRICAS

  • INTRODUCCION

  • En los dos capítulos precedentes se han estudiado las ondas electromagnéticas desde el punto de vista de los fenómenos físicos que se producen en su propagación, así como la forma en que se propagan a partir de un dipolo eléctrico. En este tema estudiaremos la serie de fenómenos que influirán en su propagación una vez que la onda ha abandonado el dipolo.

    2. EL ESPECTRO ELECTROMAGNETICO

    El conjunto de todas las ondas electromagnéticas constituye el espectro electromagnético. Este espectro se ha dividido en grupos de longitudes de onda según el sistema decimal (kilométricas, hectométricas, etc) correspondiendo estas denominaciones a las longitudes de onda.

    Primero, haremos una clasificación general:
    & ondas audibles
    & radiodifusión
    & infrarrojos
    & espectro visible
    & rayos ultravioletas
    & rayos X
    & rayos gamma
    & rayos cósmicos
    para luego subdividir según longitudes de onda.

    2.1 ONDAS AUDIBLES

    No deben confundirse las ondas sonoras con las ondas electromagnéticas que son capaces de producir ondas sonoras previa la utilización de un transductor electroacústico (auricular o altavoz).

    En radio, las ondas sonoras deben ser transformadas en el emisor en señales eléctricas de igual frecuencia para que puedan ser transmitidas, y una vez hecho esto deberán de nuevo ser transformadas en ondas sonoras en el receptor.

    A las ondas audibles le corresponden longitudes de onda más largas ya que su frecuencia es la propia de las ondas sonoras, es decir todas aquellas comprendidas entre 20 Hz y 20 KHz.

    Aplicando la fórmula para el cálculo de la longitud de onda de las ondas electromagnéticas a partir de su frecuencia obtenemos:

    1 = 300 000 Km/s / 20 Hz = 15 000 Km

    2 = 300 000 Km/s / 20 000 Hz = 15 Km

    Si hacemos lo mismo con las señales eléctricas, aunque son de la misma frecuencia obtendremos lo siguiente:


    1 = 333 m/s / 20 Hz = 16,65 m

    2 = 333 m/s / 20 000 Hz = 0,02 m
    (muy inferior a la de las señales eléctricas)

    No son consideradas como ondas electromagnéticas por que a dichas frecuencias no se produce radiación.

    2.2 RADIODIFUSION

    Las ondas de radiodifusión son las más interesantes para nuestros fines, puesto que son las utilizadas para emisiones de radio y televisión.

    El espectro cubierto por estas frecuencias abarca desde los 10 Khz a 3000 Ghz. Entraremos en más detalle al final del tema.

    2.3 INFRARROJOS

    Los infrarrojos son radiaciones de ondas electromagnéticas que se manifiestan en forma de calor y comprenden desde los 750 Ghz hasta 3 Thz.

    2.4 ESPECTRO VISIBLE

    Dentro de este grupo se encuentran todas las radiaciones capaces de provocar sensaciones visuales.

    Su campo se extiende desde 375 x 1012 Hz hasta 750 x 1012 Hz, que representan longitudes de onda entre 0,8 y 0,4 m.

    El espectro visible se subdivide a su vez según la sensación de color que produce.

    2.5 RAYOS ULTRAVIOLETA

    Por encima de las radiaciones visibles se encuentran los rayos ultravioletas, no visibles, al igual que los infrarrojos, pero que actúan sobre nuestro cuerpo produciendo el conocido bronceado. La gama de frecuencias que abarca son entre 750 x 1012 y 3 x 1016 Hz.

    2.6 RAYOS X

    Los rayos X tienen aplicación en electromedicina, aunque también se producen en aparatos que trabajan con tensiones y frecuencias elevadas, como los receptores de TV en color. Abarcan frecuencias comprendidas entre 3 x 1016 y 6 x 1019 Hz.

    2.7 RAYOS GAMMA

    Estas radiaciones provienen de los materiales radioactivos y se propaga a frecuencias comprendidas entre 6 x 1019 y 3 x 1022 Hz.

    2.8 RAYOS COSMICOS

    Estos rayos son de procedencia espacial, y llegan a la Tierra a frecuencias por encima de los 3 x 1022 Hz.

    3. ONDAS RADIOELECTRICAS

    Esta gama de frecuencias fue dividida en 1953 por el Comité Consultivo Internacional de Radiodifusión (CCIR) en 9 grupos de longitudes de onda, y se expone a continuación:

    3.1 VLF (ondas miriamétricas)

    VLF o Very Low Frequency comprende la gama de frecuencias radioeléctricas más bajas, entre 10 y 30 Khz. Las longitudes de onda de estas frecuencias están comprendidas entre 30000 y 10000 metros. Las características de estas ondas son: propagación por onda de tierra, débil atenuación y estabilidad de propagación. Se utilizan para enlaces de radio a gran distancia.

    3.2 LF (ondas kilométricas)

    LF o Low Frequency comprende la gama de frecuencias radioeléctricas entre 30 y 300 Khz. Las características de propagación de estas ondas son similares a las de VLF, pero menos estables.

    Se utilizan para enlaces de radio a gran distancia y ayuda a la navegación aérea y marítima.

    3.3 MF (ondas hectométricas)

    MF o Medium Frequency abarca frecuencias entre 300 y 3000 Khz.

    Las características de propagación de estas ondas son similares a la dos precedentes, pero con una absorción elevada durante el día y propagación prevalentemente ionosférica durante la noche.

    Se emplean en radiodifusión.


    3.4 HF (ondas decamétricas)

    HF o High Frequency comprende la gama de los 3 a los 30 Mhz.

    La propagación de estas ondas es prevalentemente ionosférica, con fuertes variaciones según la estación del año y según las horas del día y de la noche.

    Se emplean en comunicaciones de todo tipo a media y larga distancia.

    3.5 VHF (ondas métricas)

    VHF o Very Low Frequency abarca todas aquellas frecuencias comprendidas entre 30 y 300 Mhz.

    La propagación de estas frecuencias radioeléctricas es generalmente directa, aunque en ocasiones la propagación es ionosférica o troposférica.

    Se emplean en enlaces de radio a corta distancia, emisiones de radio en frecuencia modulada y en televisión.

    3.6 UHF (ondas decimétricas)

    UHF o Ultra High Frequency abarca todas las frecuencias comprendidas entre 300 y 3000 Mhz.

    La propagación de estas ondas es exclusivamente directa, con posibilidad de enlaces por reflexión o a través de satélites artificiales.

    Son utilizadas en enlaces de radio, televisión, radar y ayuda a la navegación aérea.

    3.7 SHF (onda centimétricas)

    SHF o Super High Frequency abarca todas las frecuencias entre 3 y 30 Ghz.

    La propagación es exclusivamente directa, con posibilidad de enlaces por reflexión o a través de satélites artificiales.

    Se utilizan para enlaces de radio y en radar.

    3.8 EHF (ondas milimétricas)

    EHF o Extremely High Frequency comprende frecuencias entre 30 y 300 Ghz.

    La propagación es exclusivamente directa, con posibilidad de enlaces por reflexión o a través de satélites artificiales.

    Se utiliza en enlaces de radio y radar.

    El CCIR dividió el espectro de ondas radioeléctricas, sin embargo también es muy utilizada la clasificación en bandas (Anexo I).



    4. TRANSMISION DE ONDAS ELETROMAGNETICAS

    Toda onda electromagnética procedente de una antena emisora se expande en todas direcciones según un frente de propagación en forma de esfera. Esta propagación avanza sobre la superficie de la Tierra en dos direcciones (por ello recibe el nombre de onda terrestre) y otra siguiendo el camino de las capas altas de la atmósfera (ondas espaciales).

    En la figura 1 se refleja este hecho.






















    En el caso de las ondas terrestres éstas se encuentran en su trayectoria toda clase de obstáculos que se oponen a su paso (montañas, edificios, bosques, etc.). Estos obstáculos van reduciendo su energía a medida que se aleja de su punto de origen, hasta llegar a anularla por completo. Hay que reseñar que las pérdidas aumentan con la frecuencia, hasta tal punto que algunas señales de FM y TV reducen su alcance a sólo algunas decenas de kilómetros.

    Son así las ondas largas, de baja frecuencia, las que alcanzan distancias más alejadas a través de las ondas terrestres.

    El otro camino tomado por las ondas electromagnéticas es hacia el espacio exterior (ondas espaciales), es decir la dirección vertical al punto de emisión o antena y con un determinado ángulo respecto a ésta que sea suficiente para que los frentes de onda no se orienten hacia la superficie terrestre, aunque también encuentran obstáculos que hace algunas veces que regresen a la Tierra.

    4.1 ONDAS TERRESTRES

    En la figura 2 se han representado las formas de propagación de estas ondas, que son dos:
    - onda terrestre directa
    - onda terrestre reflejada

    En el primer caso no existe ningún tipo de obstáculo entre emisor y antena receptora, por lo que el frente de onda llega directamente.

    El segundo caso se produce cuando una onda directa es reflejada por la tierra, mar o cualquier obstáculo importante, por ejemplo una montaña.

    En ambos casos la onda sigue la curvatura de la Tierra, por lo que si ésta fuese un conductor perfecto se alcanzarían distancias enormes. Hay que destacar que entre las ondas terrestres y el suelo se inducen tensiones que dan lugar a una cierta pérdida de energía y que cuánto mayor sea su frecuencia mayor será su atenuación.









    Así pues en el caso de emisiones por ondas terrestres los mayores alcances se obtienen con frecuencias bajas.

    Teniendo en cuenta que en el caso de ondas directas no existe obstáculo, resulta lógico pensar que cuánto más altas se encuentren las antenas mayor será el alcance. Por esto las antenas emisoras de radiodifusión y televisión se disponen a grandes alturas.

    Cuando una antena receptora y emisora están a la vista, la señal que se recibe en la primera es la resultante de la suma de la directa y la reflejada (Fig.2). La llegada de una onda reflejada al receptor que esté recibiendo una onda directa puede reforzar o atenuar a ésta última.

    Efectivamente, si ambas ondas están en fase, se suman valores instantáneos y a la antena receptora llegará una señal de mayor amplitud (Fig. 3a).

    Si, por el contrario, la onda reflejada está en oposición de fase con respecto a la directa, se restarán sus valores instantáneos y a la antena receptora llegará una señal de menor amplitud que la de la propia onda directa (Fig. 3b).

    Al llegar una onda directa a tierra, en el punto de incidencia se refleja invirtiendo su fase. Si la distancia entre antena emisora y receptora es pequeña y están a la misma altura del suelo, la distancia recorrida por la onda reflejada es casi la misma que la de la onda directa, por lo que ambas llegarán al mismo tiempo al punto de recepción y se anularán por llegar desfasadas 180º. Normalmente siempre existirá una señal en antena receptora ya que la amortiguación que sufre la onda reflejada es mayor que la de la onda directa.

    Las dos ondas estarán en fase cuando la señal reflejada llegue a la antena receptora un múltiplo impar de una semilongitud de onda y, por el contrario, estarán en oposición de fase cuando llegue un número par de semilongitudes de onda. Así pues si se diera el caso que no hubiera señal en la antena receptora por los motivos apuntados bastaría con acercar o alejar la antena receptora una distancia igual a una semilongitud de onda.

    Hay más factores que influyen en la propagación de las ondas terrestres; así, la tierra seca posee una gran resistencia al paso de la corriente eléctrica, pero la tierra húmeda favorece su propagación ya que se hace más conductora. Mejor se propagarán por tanto sobre el mar que sobre tierra firme, además no se tienen obstáculos que impidan la propagación.

    4.2 ONDAS ESPACIALES

    Igualmente que las ondas terrestres, las ondas espaciales se subdividen en dos grandes grupos:
    - ondas troposféricas
    - ondas ionosféricas

    El sentido de la propagación de estas ondas se puede ver en la figura 1.

    Son ondas troposféricas aquellas que se propagan por zonas cercanas a la superficie terrestre, hasta unos 10 Km, mientras que entre las ondas ionosféricas se clasifican todas aquellas que lo hacen entre 35 y 400 Km, hasta la ionosfera.


    En la troposfera es una zona de la atmósfera donde se producen las nubes y dónde las ondas radioeléctricas sufren modificaciones debido a la influencia de capas de aire. Esta zona comprende entre los 300 y los 10000 metros de altura sobre el nivel del mar.

    La propagación de las ondas troposféricas dependen, de la humedad y temperatura del aire contenido en la troposfera, así pues contaremos con propagaciones irregulares y variables.

    Las masas cambiantes de nubosidad o zonas de turbulencias y estratos más o menos paralelos con diferentes temperaturas y grados de humedad facilitan la propagación (Fig.4).

    Estas diferencias de humedad y temperatura entre las capas de aire conllevan una dispersión de las ondas, por lo que a este tipo de propagación se le denomina por dispersión. Este tipo es muy poco utilizado en zonas montañosas, pero si lo es en grandes llanos o sobre la superficie del mar (Fig. 5).

    En televisión y telefonía se utiliza este tipo de comunicación, empleando antenas direccionales y grandes potencias. Las inclemencias meteorológicas (lluvia, tormentas, nieve, etc.) influyen en la estabilidad de propagación de las señales radioeléctricas por la troposfera.


















    La ionosfera abarca desde 35 hasta 400 Km sobre el nivel del mar, y consiste en una capa fuertemente ionizada debida a la acción de las radiaciones solares, detectable a partir de los 70 Km de altura.

    Esta capa puede subdividirse en tres capas diferentes:

    • Capa D, que refleja las ondas radioeléctricas de frecuencia del orden de 500 Khz; su grado de ionización y por lo tanto la frecuencia crítica reflejada depende ostensiblemente de la actividad solar. La ionización es muy pequeña, haciéndose presente sólo durante el día y sólo se reflejan las ondas largas (Fig. 6). Durante la noche apenas existe esta capa, y como consecuencia de todo ello es de escaso interés para nuestro estudio.

    • Capa E, que permite la reflexión de ondas electromagnéticas y se encuentra entre los 80 y los 140 Km. La frecuencia crítica de reflexión es de unos 4,5 Mhz. La ionización en esta capa disminuye considerablemente por la noche, pero sin anularse por completo. Las perturbaciones solares modifican sus propiedades físicas, así pues resulta de gran interés para las comunicaciones a gran distancia de emisiones de onda media.

    • Capa F, situada entre 150 y algo más de 500 Km, es la que ofrece mayor interés para las radiocomunicaciones. La principal característica es que la ionización no desaparece durante la noche, y durante el día se divide en otras dos capas. Se podría decir que las estaciones del año suponen una gran influencia en esta capa.

    En la figura 6 se han dibujado las trayectorias seguidas por ondas radioeléctricas de diferente frecuencia.

    Todos los tipos de onda sufren una refracción en una capa u otra, que será más o menos acusada según la frecuencia y el ángulo con el que incidan. Sin embargo, las ondas de frecuencia más bajas (ondas largas) sufren una curvación en su trayectoria que propician la reflexión y por lo tanto el retorno a la Tierra.

    El mismo fenómeno se produce con las ondas media y corta, pero al profundizar más en la ionosfera las reflexiones se producen en puntos más altos, con lo cual el regreso a la Tierra se produce en un punto más alejado del centro emisor.





































    Una onda que se refleja en la ionosfera sigue, en principio, una trayectoria rectilínea hasta alcanzar un punto imaginario P de la ionosfera, aunque en realidad la trayectoria se curva y retorna antes de alcanzar dicho punto.

    Sin embargo, este punto imaginario nos permite determinar el ángulo de incidencia i formado por la trayectoria ascendente de la radiación con la vertical a la superficie terrestre que pasa por P. De esta manera podemos trazar el ángulo reflejado r (Fig. 7), entre la misma vertical y la trayectoria de la radiación reflejada.

    Como en toda reflexión se cumple la igualdad:

    i = r

    La ionosfera ejerce influencia sobre la onda electromagnética que a ella llega según el ángulo de incidencia i , la frecuencia, etc.

    4.2.1 Influencia de la ionosfera sobre la onda electromagnética según el ángulo de incidencia

    Nos encontramos con tres casos diferentes:
    • Angulo de incidencia muy grande: la onda se refleja en la ionosfera sin apenas atravesarla, regresando a la Tierra.
    • Angulo de incidencia de valor medio: las ondas electromagnéticas penetran en la ionosfera más o menos según el valor del ángulo de incidencia. En el interior de la ionosfera las ondas sufren una refracción, curvándose lo suficiente como para que retornen a la Tierra (Fig. 8).

    En este caso se dice que la onda ha sufrido una refracción y una reflexión, siendo la segunda consecuencia de la primera dada la curvatura de la trayectoria.
    • Angulo de incidencia muy pequeño o nulo: las ondas electromagnéticas inciden sobre la ionosfera sufriendo una refracción, pero como el ángulo de incidencia es muy pequeño, no llegan a curvarse lo suficiente como para regresar a la tierra, con lo cual atraviesan la ionosfera alcanzando el espacio abierto, en donde se pierden.

    En la figura 8 se observa como la refracción hace que la salida de la onda se produzca en un punto no coincidente con la vertical de la antena que la emite. Observe en la figura 8 la trayectoria en forma de S invertida debida a esta doble refracción de la onda al pasar de un medio poco denso a otro más denso de iones y de éste último a otro menos denso.






















    A lo largo de este capítulo se han hecho constantes referencias al ángulo de incidencia, es decir el ángulo formado por la trayectoria de la onda con la vertical a la superficie de la Tierra del punto de incidencia. Cabe decir que en muchas ocasiones se sustituye este concepto por el de ángulo de propagación o ángulo de radiación . Este ángulo es el formado por la trayectoria de la onda emitida y la superficie de la Tierra, como vemos en la figura 9.

    Así pues podemos escribir:
     +  = 90º (aunque no sea exactamente complementario por la curvatura de la tierra, la diferencia se desprecia)

    De donde se deduce que cuanto mayor sea el ángulo de incidencia menor será el ángulo de propagación y viceversa.
















    4.2.2 Influencia de las diferentes capas sobre la trayectoria de una onda electromagnética

    La diferente densidad de las capas de la ionosfera hace que la trayectoria seguida por una onda eletromagnética al atravesarlas sea imprevisible. Sabemos que la capa D apenas influye sobre la trayectoria de las ondas, pero si ocurre con las capas E y F, sobre todo durante el día.

    En la figura 10 se ha representado la trayectoria seguida por una onda, la cual alcanza en línea recta la capa E de la ionosfera pero que, una vez en ella, sufre un refracción debido a la mayor ionización de la misma.


















    La ionización no provoca la suficiente curvatura en la trayectoria, por lo que la onda penetra en esta capa hasta las zonas más altas con menor ionización, en cuyo caso sufre una nueva refracción pero en sentido opuesto, siguiendo su camino hasta la capa F. En ésta puede darse el caso que atraviese la capa F1, pero no F2 donde sufre una reflexión regresando a la tierra.

    En su retorno hay nuevas refracciones al atravesar la capa E, con lo cual llega a un punto de recepción R'.

    4.2.3 Influencia de la frecuencia sobre la propagación en la ionosfera de ondas electromagnéticas

    Una onda larga o de baja frecuencia puede llegar a alcanzar la ionosfera y ser reflejada por ésta si el ángulo de incidencia es óptimo. Si la frecuencia aumenta, la onda se refracta en la ionosfera en un punto que dependerá del valor de la frecuencia y del grado de ionización de la ionosfera.

    Teniendo en cuenta que durante el día las capas de la ionosfera están más cerca de la Tierra, el alcance de la radiación será menor, pero al llegar la noche el alcance será mayor a igualdad de frecuencia radiada. Si la radiación alcanza una frecuencia lo suficientemente elevada, atravesará las capas bajas y alcanzará la capa F2 de la misma. Debido a que la absorción de la ionosfera para las altas frecuencias es menor que para las bajas, se aprovechará mejor la señal (si el ángulo de incidencia es el adecuado, ya que si no se perdería en el espacio).

    Esto es representado en la figura 11 en donde se han dibujado la relación entre los alcances de las radiaciones electromagnéticas de diferentes frecuencias según la hora del día y la distancia que se desea alcanzar.

    Se observa que la distancia alcanzada es mucho mayor al aumentar la frecuencia (aunque depende mucho de la estación y de la actividad solar).

















    4.2.4 Transmisión por satélite

    Por lo anteriormente estudiado, podemos concluir que aunque la ionosfera es un elemento natura utilizable para comunicaciones radioeléctricas a grandes distancias, sus constantes variaciones de altura y densidad de ionización hacen imprevisibles los alcances de emisión.

    Esto no ocurriría si la ionosfera se encontrara a una altura siempre fija y si las estaciones del año y las manchas solares no influyeran sobre ella.

    Estos factores son imposibles de modificar por el hombre, pero se ha encontrado una solución que consiste en la utilización de satélites artificiales geoestacionarios como elementos de alcance entre dos puntos de la Tierra. Para ello se utilizan frecuencias elevadas, varios Ghz, como es el caso de la televisión vía satélite (Fig. 14).

















    Para recibir y transmitir necesitamos antenas parabólicas dirigidas al satélite con gran precisión. Los satélites permanecen en órbita de forma geoestacionaria y devuelven la señal al punto de recepción de la Tierra una vez amplificadas en el mismo (Fig. 14).

    En la actualidad son utilizados para emisiones de televisión, radiodifusión y radioaficionados.


    4.3 DESVANECIMIENTO (Fading)

    Se denomina desvanecimiento o fading al fenómeno de cambio de intensidad de la señal captada en la antena receptora, aunque la intensidad en la antena emisora se mantenga fija.

    Es un fenómeno producido por diferentes causas, tales como la recepción de señales con trayectorias diferentes, cambios en la ionosfera, etc.

    En el primer caso de que una misma señal que ha recorrido dos o más caminos diferentes por reflexiones en la ionosfera, se da que dichas señales llegarán a la antena receptora en tiempos distintos. También estas señales como consecuencia de que no recorren la misma distancia llegarán con diferente amortiguación.

    Las señales que llegan se sumarán o restarán según el tipo de desfase.

    En el caso de cambios en la altura y densidad de la ionosfera, la trayectoria de la señal reflejada aumentará o disminuirá continuamente su distancia al punto de recepción.

    Para evitar los desvanecimientos de señal, se disponen dos o más antenas equidistantes una cierta distancia entre ellas y conectadas al mismo receptor. A alguna de ellas le llegará la señal en fase y a otras en oposición de fase, por estar situada en otro punto.

    4.4 DESCARGAS ATMOSFERICAS

    Las descargas producidas con las tormentas entre nubes o entre la Tierra y las nubes producen radiaciones de alta frecuencia que cubren todo el espectro, por lo que son captadas por las antenas receptoras.

    Por supuesto cuánto mas cerca esté la tormenta mayor serán estos ruidos, puesto que como toda onda también las provocadas por las tormentas se amortiguan con la distancia, aunque se podrá llegar a recibir ruidos atmosféricos muy alejados que no son vistas ni oídas directamente desde la recepción. Esto último se debe a que las ondas radioeléctricas producidas por las tormentas se propagan en todas direcciones reflejándose en la ionosfera.

    4.5 TERMINOLOGIA UTILIZADA PARA DEFINIR EL ESTADO DE LA IONOSFERA
    & Frecuencia crítica

    Recibe el nombre de frecuencia crítica la frecuencia más alta que puede ser reflejada por la ionosfera cuando incide sobre ella verticalemente. Por encima de ella la onda se perdería en el espacio y por debajo retornará a la Tierra.
    & Frecuencia máxima de reflexión

    Es la frecuencia más alta que puede reflejar la ionosfera. Por encima de esta frecuencia ya no habrá reflexión sea cual sea el ángulo de incidencia.
    & Máxima frecuencia utilizable (MUF)

    Es el límite superior de las frecuencias que pueden ser utilizadas a una hora determinada para la transmisión de radio sin que la señal varíe continuamente, debido a la inestabilidad de la ionosfera y utilizando la máxima frecuencia de reflexión. Su valor es un 10% inferior a la frecuencia máxima de reflexión.
    & Mínima frecuencia utilizable (LUF)

    Es la frecuencia más baja en la que la señal recibida del emisor supera un determinado valor respecto al ruido de ambiente.

    Tanto la MUF como la LUF varían continuamente durante el día y el año, y durante los ciclos de actividad solar.
    & Distancia de salto

    Indica la distancia entre el emisor y el receptor cuando a éste último llega una onda reflejada en la ionosfera. Entre ambos puntos no se escuchará la señal emitida ya que la onda salta por encima (Fig. 15).



















    TEMA 8: CLASES DE EMISIÓN Y MODULACIÓN

  • INTRODUCCION

  • En los capítulos anteriores se ha considerado la señal radioeléctrica como una oscilación de igual frecuencia y amplitud que se propaga en todas direcciones. Sin embargo esta señal, aunque es esencial, no es suficiente, pues aunque en el punto de recepción se sintonice no produciría en el altavoz el más mínimo ruido, y por lo tanto carece de valor.

    En toda comunicación existe un código de información, por ejemplo las sílabas por los hombres pronunciadas tienen distintas frecuencias, a las que deben añadirse los armónicos que le proporciona el timbre diferenciador entre distintos interlocutores.

    Así pues la señal de radiofrecuencia será el medio que permitirá llevar información de uno a otro lugar. Por ello la señal recibe el nombre de portadora y llevará la información.

    La señal de baja frecuencia capaz de modificar algún parámetro de la señal portadora recibirá la denominación de moduladora. Existen diversas formas de modular una portadora de radiofrecuencia con una señal de baja frecuencia.

    2. ELEMENTOS DE UN SISTEMA DE COMUNICACIÓN

    La figura 1 muestra los elementos funcionales de un sistema completo de comunicación. Por conveniencia, se han aislado como entidades distintas, aunque en los sistemas reales no sea así. Hay que tener en cuenta factores no deseados que inevitablemente forman parte de la comunicación.

    Omitiendo los transductores, hay tres partes esenciales en un sistema de comunicación eléctrica: el transmisor, el receptor y el canal de transmisión.

    2.1 TRANSMISOR

    El transmisor envía el mensaje al canal en forma de señal. Para lograr una transmisión eficiente se debe de procesar la señal. La modulación es un proceso orientado al acoplamiento de la señal a transmitir a las propiedades del canal, por medio de una onda portadora.

    2.2 RECEPTOR

    La función del receptor es extraer del canal la señal deseada y entregarla al transductor de salida. Como las señales recibidas suelen ser muy bajas, debido a la atenuación que sufren en el canal, el receptor debe tener varias etapas de amplificación.

    En todo caso la operación más importante es la demodulación con lo que la señal vuelve a su forma original.

    2.3 CANAL DE TRANSMISION

    El canal, o medio de transmisión, es el enlace, entre el emisor y el receptor. Puede ser de varios tipos como: línea bifilar, línea coaxial, fibra óptica, enlace de radio y enlace óptico.

    Todos los canales de transmisión se caracterizan por la atenuación que imponen a la señal, es decir, la disminución progresiva de la potencia de la señal conforme aumenta la distancia, siendo éste un factor determinante.

    2.3.1 Línea bifilar

    La línea bifilar está formada por dos hilos conductores situados paralelamente. La línea bifilar ha sido tradicionalmente el sistema utilizado en telefonía. Su ventaja fundamental radica en el precio, ya que es el más económico de todos los canales de transmisión que utilizan soporte físico.

    Una línea bifilar es sensible a interferencias de tipo electromagnético. La interferencia de tipo magnético se puede reducir si el bucle formados por los dos hilos es pequeño. Estos se consigue manteniendo una separación pequeña entre ellos y trenzando los cables.

    La interferencia de tipo eléctrico es más difícil de evitar, aunque se puede reducir manteniendo los hilos juntos.

    El ancho de banda que suele soportar una línea bifilar suele ser pequeño por lo cual, para un número de canales alto, es preciso aumentar el número de pares. Esto produce, en la mayoría de los casos, diafonía y un aumento considerable del peso del sistema.

    Por otra parte, la capacidad parásita del par de hilos es pequeña, por lo que impone menos exigencias al emisor.

    Es evidente que la línea bifilar mantiene la continuidad óhmica entre el emisor y receptor lo cual puede producir problemas debido a la falta de independencia de los dos sistemas.

    2.3.2 Línea coaxial

    Una línea coaxial está formada por dos conductores concéntricos separados por un aislante. El conductor interno lleva la información y el externo suele estar conectado a la tensión de referencia del circuito y hace de pantalla electrostática del conductor interno.

    La línea coaxial ha supuesto tradicionalmente la alternativa frente a la línea bifilar cuando el número de canales a transmitir es alto, debido al mayor ancho de banda que puede soportar, aunque su precio también sea mayor.

    La capacidad parásita de la línea coaxial es mucho mayor que la de la línea bifilar debido al condensador formado entre los dos conductores. Esta suele ser del orden de 50 a 100 pF/m, dependiendo de las dimensiones y distancia entre conductores.

    La línea coaxial es insensible a interferencias de tipo eléctrico debido al apantallamiento que produce el conductor exterior sobre el interior. Es, sin embargo, sensible a interferencias de tipo magnético, aún cuando el hecho de la proximidad entre los dos conductores las reduce en gran medida. También mantiene la continuidad óhmica entre el emisor y el receptor.

    2.3.3 Fibra óptica

    Una fibra óptica está formada por un material conductor de la luz recubierto de otro material opaco. El material conductor de la luz en las fibras de bajo precio suele ser plástico.

    Al tratarse de un material aislante a través del cual circula un rayo luminoso, no hay continuidad óhmica entre los sistemas emisor y receptor. Se tiene así una independencia total entre los dos elementos con todas las ventajas que esto puede suponer, por ejemplo en el caso de que exista una diferencia de potencial alta entre las tomas de tierra del emisor y del receptor.

    La fibra óptica es en general más barata que un cable coaxial y puede soportar igual o más información que éste, debido al gran ancho de banda que posee. Además, al ser un sistema basado en transmisión óptica, es totalmente insensible a interferencias de origen electromagnético.

    En resumen, las ventajas de un sistema óptico de comunicación por fibra óptica son: bajas pérdidas, gran ancho de banda, pequeño tamaño, bajo precio, flexibilidad, resistencia a las radiaciones, alta estabilidad con la temperatura, facilidad de instalación y transporte, aislamiento eléctrico, innecesidad de apantallamientos, disponibilidad de materia prima.

    2.3.4 Enlace óptico

    El enlace óptico aquí tratado se fundamenta en una emisión de radiación infrarroja vía aire, a diferencia del caso anterior, en el cual la radiación emitida era conducida por el interior de la fibra. Esto comporta, naturalmente, una mayor atenuación y una menor directividad. Se trata de un sistema clásico utilizado en muchos mandos a distancia.

    Es un sistema útil para cortas distancias, relativamente barato y cómodo para este tipo de aplicaciones. Debe tenerse en cuenta, sin embargo, que ha de existir visión óptica entre el emisor y el receptor ya que los rayos infrarrojos no atraviesan las superficies opacas. Por otra parte, si se utiliza un radiador difuso, el sistema gana mucha eficiencia. Debe advertirse que una superficie transparente a la radiación visible puede no serlo a la radiación infrarroja, y viceversa.

    Tampoco es sensible a las interferencias electromagnéticas por su condición de óptico, ni supone continuidad óhmica entre emisor y receptor.

    2.3.5 Enlace por radio

    El sistema radio es hoy en día quizás el más utilizado en comunicaciones y radiodifusión comercial. Un sistema por radio resulta en general bastante barato debido a la ausencia de soporte físico. Sin embargo esto produce lógicamente una degradación de la información a causa de la atenuación producida por el medio.

    En lo referente al ancho de banda es en general grande y sólo depende de la frecuencia de la onda portadora, pudiendo ser ésta, para el caso de comunicaciones, muy alta (microondas). No obstante, dada la abundancia de aplicaciones, el espectro radioeléctrico disponible en la práctica está limitado por convenios internacionales.

    2.4 TRANSDUCTORES DE ENTRADA-SALIDA

    Un transductor es un dispositivo capaz de convertir variaciones de señales eléctricas en variaciones de cualquier otra magnitud física (de presión, temperatura, etc.) o viceversa. En realidad son fundamentales dentro de la cadena de comunicación puesto que permiten que la voz, las imágenes y en general cualquier tipo de información pueda ser procesada por los circuitos electrónicos.

    3. PERTURBACIONES


    3.1 DISTORSION Y RUIDO

    Durante la transmisión de la señal ocurren ciertos efectos no deseados. Uno de ellos es la atenuación, la cual reduce la intensidad de la señal. Otros problemas graves son la distorsión, el ruido y las interferencias, que se manifiestan como alteraciones de la forma de la señal. Al introducirse estas perturbaciones en el sistema, es una práctica común y conveniente imputárselas al canal, pues el transmisor y el receptor son considerados ideales y, en cualquier caso, suelen admitir un mayor control que el canal.

    En términos generales, cualquier perturbación no intencional de la señal puede clasificarse como “ruido”, y algunas veces es difícil distinguir las diferentes causas que originan una señal contaminada. Existen razones fundadas para separar esos tres efectos como sigue:
    Distorsión: Es la alteración de la señal debida a la respuesta imperfecta del sistema a ella misma. A diferencia del ruido y la interferencia, la distorsión desaparece cuando la señal deja de aplicarse. El diseño de sistemas perfeccionados o redes de compensación reduce la distorsión.
    Ruido: Se debe entender por ruido las señales aleatorias e impredecibles de tipo eléctrico originadas en forma natural dentro o fuera del sistema. Cuando estas variaciones se agregan a la señal portadora de la información, ésta puede quedar en gran parte oculta o eliminada totalmente.

    3.2 INTERFERENCIAS

    Un punto importante a tener en cuenta en todo sistema de comunicaciones es la existencia de interferencias en el canal de transmisión.

    Interferencia es la contaminación por señales extrañas, generalmente artificiales y de forma similar a las de la señal. El problema es particularmente común en emisoras de radio, donde pueden ser captadas dos o más señales simultáneamente por el receptor.

    La solución al problema de interferencia es obvia: eliminar en una u otra forma la señal interferente, su fuente o hacer el sistema insensible a interferencias.

    En cuanto a su origen, las interferencias se pueden clasificar en internas al sistema de comunicaciones o externas, siendo las externas de carácter natural o artificial en función de la naturaleza de la fuente que las produce.

    En cuanto al mecanismo que produce la interferencia, su clasificación es la de la Tabla 8.1.















    Básicamente existen dos mecanismos: conducción y radiación. Las interferencias conducidas son principalmente resistivas y se deben a la resistencia no nula que tienen las líneas. Por otra parte las interferencias radiadas pueden ser o inductivas o capacitivas en función de que el campo predominante sea magnético o eléctrico. Generalmente, sin embargo, la interferencia no se presenta de una forma tan diferenciada sino que aparecen fenómenos combinados de tipo electromagnético.

    3.2.1 Interferencias resistivas

    Las interferencias de tipo resistivo son las de más difícil comprensión, aún cuando la razón de su existencia resulta obvia. Las resistencias o en general las impedancias no nulas que poseen los cables de referencia y de señal de los sistemas electrónicos y las corrientes que por ellos circulan producen unas tensiones parásitas que se suman a la señal útil produciendo una interferencia. Estas serán de muy distintas características en función de la frecuencia de trabajo.

    Un ejemplo claro puede ser el de la figura 2 en el que, si hay una corriente en la línea de puesta a tierra, las tensiones de referencia del emisor y receptor (1 y 2) no son iguales, con lo cual por los cables de señal circulará una corriente interferente que se sumará a la señal útil.

    3.2.2 Interferencias capacitivas

    Entre dos conductores cualesquiera, existe una capacidad eléctrica que depende de su geometría y de la constante dieléctrica del material, o materiales, dispuestos entre ambos.

    En un sistema con varios conductores y un plano de tierra, basta que uno de dichos conductores esté a un potencial respecto a tierra para que todos los demás alcancen también un cierto potencial, que depende de su posición respecto al conductor “activo”, respecto a los otros conductores, y respecto al plano de tierra.

    Esta es la situación habitual prácticamente en todos los casos de comunicaciones, ya que siempre existe un plano de tierra, una fuente interferente y el conductor que sufre la interferencia (Fig. 3).

    Si los cables de conexión están trenzados, el acoplo capacitivo con la red y con el plano de tierra probablemente sea igual, pero no mejora la situación en lo que a otras capacidades parásitas, y apareamiento de impedancias, se refiere.


    3.2.3 Interferencias inductivas

    Cuando una corriente circula por un circuito cerrado produce un flujo magnético ()que es proporcional a la corriente (i). El factor de proporcionalidad es lo que se denomina inductancia (L). Así pues:
     = Li

    Para una densidad de flujo dada, la tensión interferente aumenta con la frecuencia y con el área de circuito. Hay que evitar por tanto que los cables de señal formen un bucle con área grande y para ello, y como norma general, lo mejor es utiliza cables trenzados. En caso en que una fuente de interferencia esté bien localizada, se la puede apantallar con material de alta susceptibilidad magnética.

    4. MODULACIONES

    4.1 UTILIDAD DE LAS MODULACIONES

    Muchas señales de entrada no pueden ser enviadas directamente hacia el canal, tal como provienen del transductor. Para ello se modifica una onda portadora, cuyas propiedades se adaptan mejor al medio de transmisión en cuestión, para representar el mensaje. La modulación es la alteración sistemática de la onda portadora e acuerdo con el mensaje (señal moduladora) y puede ser también una codificación.

    A pesar de la multitud de variedades de modulación, es posible identificar dos tipos básicos de modulación en relación con la clase de onda portadora: la modulación de onda continua (CW), en la cual la portadora es simplemente una forma de onda senoidal, y la modulación de pulsos, en la cual la portadora es un tren periódico de pulsos.

    Puesto que la modulación de onda continua es un proceso continuo, es posible adaptarla a señales que están variando constantemente con el tiempo. Por lo general, la portadora senoidal es de mayor frecuencia que cualquiera de las componentes de frecuencia contenidas en la señal moduladora. El proceso de modulación se caracteriza pues por una traslación de frecuencia, es decir, el espectro del mensaje (su contenido de frecuencia) se corre hacia arriba a otra banda de mayor frecuencia.

    La modulación de pulsos es un proceso discontinuo o discreto, en el sentido de que los pulsos aparecen sólo en ciertos intervalos de tiempo. Por eso la modulación de pulsos se adapta mejor a los mensajes que son discretos por naturaleza. Con la ayuda del muestreo, las señales que varían continuamente pueden ser transmitidas sobre portadoras pulsadas. A menudo, tanto en los telégrafos como en los teletipos, la modulación de pulsos y la codificación van de la mano.

    La modulación se precisa para acoplar la señal con el medio de transmisión. Sin embargo, este acoplamiento implica varias consideraciones que merecen una ulterior ampliación.

    Modulación por facilidad de radiación: Una radiación eficiente de energía electromagnética requiere de elementos radiadores (antenas) cuyas dimensiones físicas sean por lo menos de 1/10 de su longitud. Pero muchas señales, especialmente de audio, tienen componentes de frecuencia del orden de los 100 Hz o menores, para lo cual se necesitarían antenas de unos 300 Km de longitud si se radiaran directamente. Estas señales se pueden imprimir sobre una portadora de alta frecuencia, con lo que se logra una reducción sustancial del tamaño de la antena.

    Modulación para reducir el ruido y la interferencia: Es imposible eliminar totalmente el ruido del sistema, y, aunque es posible eliminar la interferencia, puede no ser práctico. Sólo ciertos tipos de modulación tienen la útil propiedad de disminuir tanto el ruido como la interferencia. La disminución requiere sin embargo, generalmente un ancho de banda de transmisión mucho mayor que el de la señal original.

    Modulación por asignación de frecuencia: El propietario de un aparato de radio o televisión puede seleccionar una de varias estaciones, aún cuando todas las estaciones estén transmitiendo material de programa similar en el mismo medio de transmisión.

    Es posible separar cualquiera de las estaciones, dado que cada una tiene asignada una frecuencia portadora diferente. Si no fuera por la modulación, sólo operaría una estación en cada área.

    Modulación para multicanalización: A menudo se desea transmitir muchas señales en forma simultánea entre dos puntos. Las técnicas de multicanalización son formas intrínsecas de modulación, permitiendo la transición de señales múltiples sobre un canal, de tal manera que cada señal puede ser captada en el extremo receptor. Las aplicaciones de la multicanalización comprenden telemetría de datos, emisión de FM estereofónica y telefonía de larga distancia.

    Modulación para superar las limitaciones del equipo: El diseño de un sistema queda supeditado generalmente a la disponibilidad del equipo, el cual a menudo presenta inconvenientes en relación con las frecuencias involucradas. La modulación se puede usar para situar una señal en la parte del espectro de frecuencia donde las limitaciones del equipo sean mínimas o donde se encuentren más fácilmente los requisitos de diseño. Por esto, los dispositivos de modulación se encuentran también en los receptores, como ocurre con los transmisores.

    4.2 LIMITACION DE ANCHO DE BANDA

    La figura 1 muestra el elemento tiempo como una parte integrante de los sistemas de comunicación. La utilización de sistemas eficientes conduce a una reducción del tiempo de transmisión.

    Dado que se está trabajando con un sistema eléctrico, que inevitablemente almacena energía en mayor o menor grado y un cambio en la energía almacenada requiere una cantidad definida de tiempo, resulta que no se puede incrementar la velocidad de la señalización en forma arbitraria, ya que, el sistema dejará de responder a los cambios de la señal.

    Una medida conveniente de la velocidad de la señal es su ancho de banda, o ancho del espectro de la señal. El régimen al cual puede un sistema cambiar energía almacenada, se refleja en su respuesta de frecuencia útil, medida en términos del ancho de banda del sistema.

    La transmisión de gran cantidad de información en una pequeña cantidad de tiempo, requiere señales de banda ancha para representar la información y para acomodar las señales.

    Cuando se requiere una transmisión en tiempo real, el diseño debe asegurar un adecuado ancho de banda del sistema. Si el ancho de banda es insuficiente, puede ser necesario disminuir la velocidad de señalización, incrementándose así el tiempo de transmisión.

    Por ello los ingenieros en comunicaciones están investigando constantemente nuevas fuentes portadoras de alta frecuencia para compensar el factor de ancho de banda.

    En la figura 4 se muestran las porciones del espectro electromagnético en uso o potencialmente disponible para comunicación eléctrica. Se indican en ella las aplicaciones representativas y los medios de transmisión. A modo de guía se puede considerar que el ancho de banda disponible en cualquier punto es aproximadamente el 10 % de la frecuencia portadora.




    4.3 TIPOS DE MODULACION


    4.3.1 Modulación en amplitud (AM)

    Este proceso de modulación consiste en modificar la amplitud o nivel se la señal portadora en cada instante, según las amplitudes o niveles de la señal moduladora.

    Para comprender este sistema de modulación debemos observar la figura 16, en cuya parte superior se ha representado una señal de 20 Khz de audio que empieza a generarse en el instante correspondiente a 50 s, y cuya amplitud oscila entre dos valores máximos Vm y
    -Vm.

    En b de la figura 16 se ha dibujado una señal de radiofrecuencia de 100 Khz senoidal y que no cambia ni de amplitud ni de frecuencia entre 0 y 50 s. Entre 0 y 50 s se tiene pues una portadora de 100 Khz no modulada, puesto que en dicho espacio de tiempo no se genera señal de audio.

    En la práctica la frecuencia portadora fp es muy superior a la de la moduladora fm.

    A partir de los 50 s tiene lugar la modulación, aplicando la fm sobre la amplitud de la portadora fp. Se observa asimismo que la portadora contiene la información de audio, a partir de ese instante, y que se presenta como una envolvente.

    Hay que destacar que la amplitud de la moduladora no debe ser en ningún instante superior a la amplitud de la señal portadora, ya que desaparecería la emisión de la portadora.

    Características de la AM

    1.- el ancho de banda de transmisión es exactamente dos veces el ancho de banda del mensaje.
    Br = 2 W

    Este resultado señala que la AM no es conveniente cuando se deba conservar el ancho de banda. Después de todo, el mensaje debería ser enviado en banda base con la mitad del ancho de banda de la AM.

    2.- al menos la mitad de la potencia transmitida promedio en la onda modulada reside en la portadora, independiente del mensaje y que no contiene ninguna información.

    3.- La señal de AM puede recuperarse en el receptor mediante un sencillo circuito detector de envolvente.

    Debido a su simplicidad es la más utilizada en radiodifusión.

    Indice de modulación

    Se representa por la letra m, y expresa el grado de profundidad a la que se modula una onda portadora.

    En la figura 16b la magnitud de la onda moduladora Vm penetra en la portadora Vp por lo que el índice de modulación viene dado por la expresión:

    m = Vm / Vp

    El índice de modulación en AM puede variar, según el nivel de amplitud de la señal moduladora, entre 0 y 1. Cuando m es cero no existe modulación, es decir no hay señal moduladora y por lo tanto la portadora mantiene su amplitud original (Figura 19).

    Modulación de amplitud con banda lateral única

    Hay que tener en cuenta que podemos eliminar una de las dos bandas sin perjudicar a la información, permitiendo con ello la reducción del ancho de banda ocupado por la emisión y de esta forma aumentando el número de emisoras que pueden trabajar en una banda determinada sin interferirse. También podemos reducir la amplitud de la portadora, ahorrando con ello una gran cantidad de energía radiada.

    4.3.2 Modulación en frecuencia (FM)

    En este tipo de modulación, la frecuencia instantánea de la onda portadora varía proporcionalmente al mensaje.

    Las emisiones de frecuencia modulada (FM) son muy importantes dada la frecuencia con la que son utilizadas en la radiodifusión de alta calidad, sonido de televisión y para transmisiones vía satélite y microondas. Con esta modulación las comunicaciones son inmunes casi por completo a los parásitos, dando lugar a la calidad de recepción que hemos citado. Ello se debe a que las señales parásitas están moduladas en amplitud, y la FM es insensible a los cambios de amplitud de las señales radioeléctricas.

    En contra cabe destacar la exigencia de un mayor ancho de banda.






















    En la figura 24 se observa la forma de modular en frecuencia una portadora de 200 Khz con una señal de audio de 10 Khz. En este caso entre 0 y 20 s se genera una portadora fp cuya frecuencia hemos cifrado en 200 Khz. Esta frecuencia es constante durante dicho período ya que no existe señal moduladora fm.

    A partir de 20 s y hasta los 45 s, la señal moduladora aumenta su nivel desde 0 a +Vm, con lo cual la frecuencia de la portadora sube de 200 a 275 Khz.

    En resumen, la frecuencia portadora sube o baja de valor con respecto a su valor nominal según el nivel de la señal moduladora, con lo que nos encontramos con una frecuencia de valor variable según el nivel de la moduladora, es decir con una frecuencia modulada.

    Grado de modulación en FM

    Se define como el porcentaje que supone una desviación de frecuencia dada con respecto a la máxima desviación establecida. Este porcentaje recibe en FM la denominación de relación de desviación Rd y viene dado por:

    Rd = 100 f / fmax

    En donde f es el incremento o desviación de frecuencia y fmax es la desviación de frecuencia máxima.

    La gran ventaja de la FM sobre la AM radica en la alta inmunidad al ruido y a las interferencias, por lo cual es comúnmente usada en sistemas de comunicación que requieren una relación S/N elevada.


    4.3.3 Modulación de fase (PM)

    La modulación de fase, abreviadamente PM tiene muchas semejanzas con la modulación de frecuencia ya que cuando una oscilación varía en frecuencia también lo hace la fase correspondiente. Como consecuencia de ello las ecuaciones de onda de la modulación de fase son las mismas que las de modulación de frecuencia y, de hecho, ambos tipos de modulación se clasifican dentro de un grupo común denominado modulación angular.

    En la modulación de fase es la desviación de fase la que es proporcional a la amplitud de la señal moduladora y el régimen con el que varía esta desviación está de acuerdo con la frecuencia de la señal moduladora.

    4.3.4 Modulación de impulsos

    En este sistema de emisión se sustituye la onda portadora senoidal por una serie de impulsos rectangulares.

    El ancho de banda en este tipo de emisión debería de ser infinito para una transmisión sin distorsión, lo cual lógicamente no es factible. La transmisión de impulsos da pues lugar, debido a la limitación del ancho de banda, a alguna deformación en la forma original de la onda, dejando ésta de ser perfectamente cuadrada.

    En la figura 30 se ha dibujado un tren de impulsos. Se trata de una serie de impulsos iguales, que se repiten a intervalos de tiempo iguales. Dicha señal no contiene información alguna, puesto que las magnitudes que en ella intervienen no modifican su valor.
















    Para que un tren de impulsos contenga información bastará con variar uno cualquiera de sus parámetros, de acuerdo con la forma de onda de la información, es decir de acuerdo con las variaciones proporcionadas por una señal moduladora.

    Al igual que en el caso de las portadoras senoidales, también podemos intervenir sobre tres parámetros, dando lugar a tres tipos de modulación:
    a) Impulsos modulados en amplitud (PAM)
    b) Impulsos modulados en duración (PDM)
    c) Impulsos modulados en fase o posición (PPM)

    No se trata pues de una emisión de impulsos codificados, como por ejemplo un sistema binario, sino de hacer variar un parámetro cualquiera, con lo cual el sistema no puede ser considerado como digital, sino como analógico, ya que se toman valores intermedios entre dos extremos de un parámetro.

    La modulación de impulsos se basa en el concepto de toma de muestras de la señal de información, llamado también muestreo.

    De acuerdo con este concepto, y conociendo el valor máximo de frecuencia que puede alcanzar una señal moduladora analógica, ésta puede ser transmitida y reproducida mediante un determinado número de muestras instantáneas de su nivel. Este máximo es:

    N = 2,4 f donde f es la frecuencia máxima de la señal de información a transmitir

    Ancho de banda en la emisión de impulsos modulados

    Los tres sistemas de modulación de impulsos requieren un gran ancho de banda, ya que la frecuencia fundamental es doble y el tiempo de establecimiento corto. Ello viene dado por:


    B = K / 2Te en donde K es un factor que varía entre 2 y 5 según el tipo de servicio y Te es el tiempo de establecimiento, es decir el tiempo que tarda cada impulso en pasar de uno a otro estado.

    Como consecuencia de lo expuesto, la modulación por impulsos sólo es utilizada con frecuencias de emisión dentro de las gamas de la UHF y de las microondas, donde la separación entre canales es lo suficientemente amplia.












































































    4.3.5 Modulación por codificación de impulsos (PCM)

    El sistema de modulación por codificación de impulsos es una variante de los sistemas anteriormente estudiados, y consiste en un sistema de modulación en el cual el margen de amplitud de cresta a cresta de la señal a transmitir se divide en cierto número de valores normalizados, teniendo cada uno de ellos su código de tres posiciones.

    En primer lugar la señal a transmitir debe ser sometida a un muestreo, es decir a una toma de su valor de amplitud en períodos de tiempo iguales.

    Con un código binario de 8 bits se pueden identificar un total de 28 = 256 niveles.

    Hay que reseñar que el sistema permite el multiplexado, es decir el envío de varios canales de información por un mismo canal de transmisión. Hay dos técnicas de multicanalización: por división en frecuencia (FDM) y por división en el tiempo (TDM).

    En el caso de la figura 34 los cinco canales de información se transmiten después secuencialmente, uno detrás del otro, por lo que obtenemos un sistema de multiplexado de la información. En el receptor bastará pues seleccionar el canal que se desea recibir y decodificarlo para restituir la forma de onda analógica del mismo.

    Finalmente, en la parte inferior de la figura 34 se ha dibujado los impulsos en tres niveles (positivo, nulo y negativo) de unos impulsos transmitidos por el sistema AMI. El sistema AMI (Alterned Mark Inversion pulse code o código de impulsos por inversión de marca alternada), consiste en invertir la polaridad de los impulsos impares, de forma que la señal transmitida tenga tres niveles.









    Fig. 34




















    4.4 DENOMINACION DE LAS EMISIONES

    Para la distinción de las diferentes clases de emisiones, se ha establecido por la UIT, que las emisoras se denominen de acuerdo con el ancho de banda necesario y su clase de modulación y transmisión. Para ello se utiliza un código de siete símbolos compuesto por letras y cifras. Los cuatro primeros símbolos indican el ancho de banda y los tres restantes la clase de modulación, de transmisión y otras características adicionales.

    4.4.1 Identificación ancho de banda

    El código de tres letras es el siguiente:

    • de 0 a 999 Hz H
    • de 1 a 999 Khz K
    • de 1 a 999 Mhz M
    • de 1 a 999 Ghz G

    4.4.2 Clases de emisión

    Las clases de emisión se identifican con tres símbolos. El primero indica la clase de modulación de la portadora, el segundo una cifra que indica la naturaleza de la señal moduladora y el tercero una letra que indica el tipo de información o forma de telecomunicación.



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    INSTALACION DE UNA ANTENA PARABOLICA




    NORMATIVA

    Sobre la instalación de antenas parabólicas confluyen tres órdenes de legislación. Por orden jerárquico encontramos, en primer lugar el régimen jurídico administrativo general, dentro del que podemos distinguir, a su vez, normas aplicables a las antenas terrestres, por un lado, y normas relativas a las antenas parabólicas, por otro.

    En segundo lugar, hay que tener en cuenta las ordenanzas municipales, normas que emanan de los ayuntamientos, relativas, en general, a materias de disciplina, gestión y ordenación urbanística. Las ordenanzas municipales varían de una ciudad a otra, y en el caso que nos ocupa, es decir, la instalación de antenas parabólicas, sólo podemos mencionar dos iniciativas: la del Ayuntamiento de Barcelona, que fue aprobada en junio de 1998, y la del Ayuntamiento de Madrid, que ya ha anunciado la próxima entrada en vigor de una Ordenanza sobre este tema.

    Por último, encontramos la legislación aplicable a las viviendas, distinguiendo la legislación aplicable a las comunidades de propietarios, constituida por la Ley 49/1960, del 21 de julio, de Propiedad Horizontal, y la de viviendas arrendadas, constituida por la Ley 29/1994, del 24 de noviembre, de Arrendamientos Urbanos. La instalación de antenas parabólicas se rige por el Real Decreto 136/1997, del 31 de Enero, por el que se aprueba el Reglamento Técnico de Telecomunicaciones por satélite, que a su vez desarrolla la Ley 37/1995, del 12 de diciembre, de Telecomunicaciones por satélite.

    En virtud de este reglamento se ha suprimido, desde el 31 de enero de 1997, la necesidad de autorización administrativa que, hasta ese momento, venía siendo preceptiva para la instalación de antenas parabólicas, siendo ahora tan sólo necesaria la autocertificación del fabricante que garantice que la antena cumple los requisitos técnicos exigidos. Esta liberalización refleja la postura abierta y flexible de la Administración, en consonancia con el proceso de apertura del mercado de las telecomunicaciones por satélite.

    Por otro lado, los ayuntamientos pueden exigir, para la instalación de antenas parabólicas, la previa concesión de una licencia urbanística. Estas licencias suelen abordar cuestiones puramente estéticas o técnicas como, por ejemplo, seguridad del edificio, no interferencia con otro tipo de señales, etc.

    Merece aquí la pena detenerse brevemente en la Ordenanza del Ayuntamiento de Barcelona, aprobada el 27 de junio, que ha sido el pionero en aprobar normas respecto de la instalación de antenas parabólicas. Las líneas fundamentales de esta norma son:

    • Sólo se permite una antena por cada función tecnológica.

    • Se exige, además, que la antena se sitúe en el lugar menos visible del edificio.

    • Es necesaria la previa licencia municipal, con el correspondiente abono de tasas.

    Por su parte, el Ayuntamiento de Madrid ha hecho público recientemente que también va a entrar a regular la colocación de las antenas parabólicas en los edificios, si bien su intención es la de fomentar la instalación de antenas colectivas frente a la proliferación de antenas individuales, por motivos tanto medioambientales como puramente estéticos.

    Finalmente, vamos a abordar el tercer obstáculo que hay que superar para la instalación de una antena parabólica, y que radica en las comunidades de propietarios.


    Propiedad horizontal

    De una manera sencilla puede definirse la propiedad horizontal como aquélla en la que coexisten dos derechos: el de cada propietario individual sobre su elemento privativo y el de todos los miembros de la comunidad sobre los llamados elementos comunes.

    Ambos derechos, en ocasiones, entran en conflicto, precisamente por la utilización de los elementos comunes de los edificios, como el tejado o la azotea, en los que suelen situarse las antenas parabólicas. Se tratará de explicar a continuación el régimen de utilización de los elementos comunes de los edificios de viviendas.

    Con carácter general, la utilización de los elementos comunes requiere el acuerdo de los propietarios de las viviendas, ya sea por unanimidad, es decir, el acuerdo de la totalidad de los propietarios, o por mayoría, o dicho de otra manera, de la mitad más uno de los propietarios. Tal es el caso de la instalación de antenas parabólicas.

    Para contar con el acuerdo mencionado es necesario convocar a la Junta de propietarios. La Junta ha de ser convocada por el Presidente de la Comunidad, pudiendo solicitar su convocatoria la cuarta parte de los propietarios, o el número de éstos que representa el 25% de las cuotas de participación en el inmueble. La Junta también puede convocarse cuando, estando reunidos todos los propietarios, éstos decidan espontáneamente convocarse en Junta.

    La convocatoria debe notificarse por escrito y debe indicar con claridad en el Orden del Día el asunto a tratar, por ejemplo: “Instalación de una antena colectiva de satélite”, así como el lugar, día y hora en que se celebrará la Junta en primera o, en su caso, en segunda convocatoria.

    En primera convocatoria se exige el voto de la mayoría del total de los propietarios que, a su vez, representen la mayoría de las cuotas de participación, mientras que en segunda convocatoria serán válidos los acuerdos adoptados por la mayoría de los asistentes a la reunión, siempre que éstos representen, a su vez, más de la mitad del valor de las cuotas de participación. Por ello, en la práctica, el acuerdo para instalar una antena se aprueba en segunda convocatoria.

    Los acuerdos aprobados en las juntas de propietarios pueden ser impugnados en el plazo de treinta días siguientes a su adopción ante la autoridad judicial por cualquiera de los propietarios que no esté conforme con él, que no haya asistido a la Junta o si éste se ha aprobado sin respetar las normas de convocatoria o aprobación de acuerdos, situación que, en la práctica, suele darse con relativa frecuencia.


    Individuales y colectivas

    La instalación de una antena parabólica individual en una parte del elemento privativo del propietario (por ejemplo, en la ventana o balcón) requiere la previa comunicación a quien represente los intereses de la comunidad si la antena no es visible desde el exterior, ni supone una alteración de la estructura o configuración exterior del edificio. Por el contrario, si la instalación de antena parabólica individual supone una alteración de la apariencia exterior o estética del edificio o afecta a un elemento común, es necesario obtener una autorización de la comunidad mediante acuerdo, válidamente adoptado en la Junta de Propietarios, con todos los inconvenientes que ello implica y a los que nos acabamos de referir.

    La instalación de una antena parabólica colectiva en el tejado o azotea, por afectar a un elemento común del edificio, requiere, en todo caso, el acuerdo de la Junta de propietarios. Si hubiera algún propietario en contra de dicha instalación, habría que resolver el problema en base al artículo 10 de la Ley de Propiedad Horizontal, que permite a tal propietario excluirse de los gastos de instalación y mantenimiento, cuando éstos excedan el importe correspondiente a una mensualidad ordinaria. Por otro lado, el disidente puede, en cualquier momento participar de las ventajas de la antena parabólica, previo reembolso de la cuota que le corresponde en los gastos de instalación y mantenimiento.

    Por otra parte, si las 4/5 partes de los vecinos están de acuerdo en instalar una antena parabólica colectiva, y su instalación afecta necesariamente al piso o elemento privativo de algún propietario, éste no sólo no puede oponerse sino que está obligado a permitir en su piso todas las servidumbres necesarias para la instalación de servicios de interés colectivo.


    Consentimiento del arrendador

    Todo lo dicho anteriormente puede aplicarse, por analogía, a las urbanizaciones privadas, también conocidas como Propiedad Horizontal Tumbada. Sin embargo, la instalación de una antena parabólica por el inquilino de una vivienda arrendada tiene, además de las dificultades propias de las comunidades de vecinos, la dificultad añadida impuesta por la Ley de Arrendamientos Urbanos (LAU), según la cual el arrendatario o inquilino necesita el consentimiento por escrito del arrendador para instalar una antena parabólica. El arrendatario ha de correr, además, con los gastos de instalación de la antena, si bien, una vez finalizado el contrato de arrendamiento, si el arrendador quiere mantenerla, habrá de abonar los gastos correspondientes al arrendatario.

    Finalmente, el propietario de una vivienda individual o aislada que desee instalar una antena parabólica en su casa tendrá que respetar los requisitos técnicos establecidos en el mencionado Real Decreto 136/1997, relativos a la autocertificación del fabricante, además de la normativa municipal que, en materia de urbanismo, pudiera ser aplicable.