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Radiocomunicaciones

Es el proceso por el cual se propaga energía de un lugar a otro sin transferencia de materia, mediante ondas. Cuando estas ondas necesitan un medio material, se llaman ondas mecánicas.

Si se produce una vibración en un punto de un medio elástico, esta se transmite a todos los puntos de éste. Las ondas mecánicas son las perturbaciones que se transmiten por este medio. Cuando el movimiento es uniforme, se llama vibración armónica.

1.- Las ondas de sonoras (1)El movimiento ondulatorio

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1.- Las ondas de sonoras (2)Oscilación, ciclo o vibración completa : Es cuando una partícula se mueve desde un punto extremo, hasta el otro y vuelve (pasando dos veces por la posición de equilibrio).

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1.- Las ondas de sonoras (3)Si no aplicamos ninguna fuerza exterior, la amplitud de este movimiento va decreciendo progresivamente, pero a veces es posible compensar esta pérdida de amplitud con impulsos de forma que cada vibración sea idéntica a la precedente. En este caso decimos que el movimiento es periódico�

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1.- Las ondas de sonoras (4)

Frecuencia (f):Es el número de oscilaciones por unidad de tiempo.

Período (T) :Es el tiempo que tarda en tener lugar una vibración completa. De acuerdo a la propia definición, es lo inverso de la frecuencia T=1/fAmplitud (A):Altura de una onda, medida en el eje vertical.

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Largo de onda (L) :Longitud de un ciclo, expresado en metros

Nodo (N):Intersección de la onda con el eje horizontal o posición de equilibrio.

Ciclo (Hz):Es cuando una partícula se mueve desde un punto extremo, hasta el otro y vuelve (pasando dos veces por la posición de equilibrio). Peak (P):Altura máxima de una onda. Positiva o negativa

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1.- Las ondas de sonoras (6)Como viaja el sonido

¿Como son de pequeñas y de rápidas las variaciones de presión que causan el sonido?.

Cuando las rápidas variaciones de presión se centran entre 20 y 20.000 veces por segundo (igual a una frecuencia de 20 Hz a 20 kHz) el sonido es audibleaunque las variaciones de presión puedan ser a veces tan pequeñas como la millonésima parte de un Pascal.

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1.- Las ondas de sonoras (6)Los sonidos muy fuertes son causados por grandes variaciones de presión, por ejemplo una variación de 1 Pascal se oiría como un sonido muy fuerte, siempre y cuando la mayoría de la energía de dicho sonido estuviera contenida en las frecuencias medias (1kHz a 4 kHz) que es donde el oído humano es mas sensitivo.

El sonido lo puede producir diferentes fuentes, desde una persona hablando hasta un altavoz, que es una membrana móvil que comprime el aire generado ondas sonoras.

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Frecuencia - Onda - Transporte

El sonido se produce como consecuencia de las compresiones y expansiones de un medio elástico, o sea de las vibraciones que se generan en él.

La frecuencia de una onda sonora, se define como el número de pulsaciones (ciclos) que tiene por unidad de tiempo (segundo). La unidad correspondiente a un ciclo por segundo es el hertzio (Hz).

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Las frecuencias mas bajas se corresponden con lo que habitualmente llamamos sonidos "graves" , son sonidos de vibraciones lentas. Las frecuencias mas altas se corresponden con lo que llamamos sonidos "agudos" y son vibraciones muy rápidas.

El espectro de frecuencias audible varia según cada persona, edad etc. Sin embargo normalmente se acepta como el intervalos entre 20 Hz y 20 kHz.


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La propagación del sonido

La velocidad de propagación del sonido en el aire es de unos 334 m/s; y a 0º es de 331,6 m/s. Normalmente se le estima en 340 m/s

La velocidad es siempre independiente de la presión atmosférica.

En el agua la velocidad de propagación es de 1500 m/s. Es posible obtener medidas de temperatura de los océanos midiendo la diferencia de velocidad sobre grandes distancias.

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2.- Propagación de las ondas de radio (1)

Las Ondas Sonoras tienen corto alcance en su propagación, por tanto tienen gran atenuación para ser propagadas a largas distancias, por lo que se apoyan en las Ondas de Radio, que son un tipo de ondas electromagnéticas, lo que les da tres grandes ventajas:

1.- No es necesario un medio físico para su propagación. Las ondas electromagnéticas pueden propagarse incluso por el vacío.

2.- La velocidad es la misma que la de la luz, es decir 300.000 Km/seg.

3.- Objetos que a nuestra vista resultan opacos son transparentes a las ondas electromagnéticas.

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2.- Propagación de las ondas de radio (2)

Las ondas electromagnéticas se atenúan con la distancia, de igual forma y en la misma proporción que las ondas sonoras. Esta desventaja es posible minimizarla empleando una potencia elevada en la generación de la onda, además que tenemos la ventaja de la elevada sensibilidad de los receptores.

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3.- Generación de las ondas de radio (1)Las ondas de radio son generadas aplicando una corriente alterna de radiofrecuencia a una antena. La antena es un conductor eléctrico de características especiales que debido a la acción de la señal aplicada genera campos magnéticos y eléctricos variables a su alrededor, produciendo la señal de radio en forma de ondas electromagnéticas.

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3.- Generación de las ondas de radio (2)

Estas ondas se transmiten desde un punto central (la antena emisora) de forma radial y en todas direcciones (omnidireccional).

La forma en que se expanden esas ondas de radio, es similar con lo que ocurre al tirar una piedra en la superficie tranquila de un lago: a partir del punto donde cae la piedra, se generan una serie de ondas concéntricas que se extienden hasta desaparecer o llegar la orilla.

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3.- Generación de las ondas de radio (3)Frente de Onda. Atenuación. Ley Cuadrado de la Distancia

La radiación electromagnética se propaga por el espacio siguiendo un comportamiento determinado. Al alejarnos de una fuente de radiación electromagnética, la intensidad que percibimos se va haciendo cada vez menor.

Imaginemos que la radiación está contenida en una esfera que inicialmente es la fuente que la produce. A medida que la radiación electromagnética se aleja de la fuente, esta esfera imaginaria aumentaría de tamaño de forma que la intensidad que inicialmente se concentraba en la superficie de una esfera de pequeño radio, ahora tendráque repartirse por la nueva esfera cuya superficie es mucho mayor.

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Frente de Onda. Atenuación. Ley Cuadrado de la Distancia

El área de esta esfera aumenta proporcionalmente al cuadrado de la distancia que la separa de su centro, en el que se encuentra la fuente.

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Frente de Onda. Atenuación. Ley Cuadrado de la Distancia

La fórmula exacta es donde A es el área de la esfera y Rla distancia recorrida por la radiación o, lo que es lo mismo, el radio de la esfera. Por lo tanto, la intensidad de la señal se debilita a medida que se aleja de la fuente, fenómeno que se conoce como la ley del cuadrado de la distancia.

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4.- Campo Electromagnético de la Corriente Alterna

Las cargas eléctricas o electrones que fluyen por el cable o conductor de un circuito de corriente alterna (CA) no lo hacen precisamente por el centro o por toda el área del mismo, como ocurre con la corriente continua o directa (CD), sino que se mueven más bien próximos a su superficie o por su superficie, dependiendo de la frecuencia que posea dicha corriente, provocando la aparición de un campo magnético a su alrededor.

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Energía eléctrica que fluye por un conductor :

A.- Sección transversal de un cable o conductor de cobre.

B.- Corriente de baja frecuencia circulando por el cable.

C.- Al incrementarse la frecuencia, la corriente tiende a fluir más hacia la superficie del cable.

D.- A partir de los 30 kHz de frecuencia de la corriente, se generan ondas electromagnéticas de radio, que se propagan desde la superficie del cable hacia el espacio.

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Onda de tierra: En principio las ondas de radio se desplazan el línea recta, atravesando la mayoría de los objetos que estén en su camino con mayor o menor atenuación. Las pérdidas por dicha atenuación dependen de la frecuencia de la transmisión y de las características eléctricas de la tierra o el material atravesado.

5.- Tipos de Ondas Radioeléctricas

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Onda de tierra:5.- Tipos de Ondas Radioeléctricas

En términos generales a menor frecuencia mayor es el alcance de la onda y cuanto menor sea la densidad del material más fácil será atravesarlo. Parte de esta onda es reflejada por la superficie terrestre

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Onda visual o directa : Es refractada en la baja atmósfera (refracción troposférica), debido a los cambios en la conductividad relativa en sus capas.

Onda espacial: La atenuación en el aire es muy pequeña, lo que hace que la onda pueda alcanzar las capas altas de la atmósfera (ionósfera) y ser reflejada en su mayor parte de vuelta a tierra.

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El mayor inconveniente que tendremos es que la transmisión de estos tres frentes no se hace a la misma velocidad, ya que las ondas reflejadas se retrasan con respecto a la onda directa, produciendose un desfase que genera ruido (e incluso llegando a anular la onda si el desfase es de 180 grados). Para reducir este este efecto hay que elevar la antena, ya que aumentando la altura se disminuye el ángulo de desfase.

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Otro inconveniente es que en onda media la onda espacialno regresa a tierra durante el día pero sí durante la noche, debido a que la altura de la ionósfera se reduce. En cuanto a onda corta tenemos adicionalmente el inconveniente que a partir de una frecuencia crítica las ondas no son reflejadas a tierra y escapan al espacio.

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Transmisión a larga distanciaBasándonos en el efecto de refracción en la ionósfera y en la capa terrestre. es posible transmitir a largas distancias. Para ello debemos emplear ondas de gran energía y de baja frecuencia.

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6.- La modulaciónEn las transmisiones inalámbricas, al proceso de inyectar o añadir señales de baja frecuencia o audiofrecuencia (como las del sonido) a una onda portadora alta frecuencia, se le denomina "modulación de la señal de audio". Mediante ese procedimiento una onda de radiofrecuencia que contenga señales de audio se puede modular en amplitud (Amplitud Modulada AM) o en frecuencia (Frecuencia Modulada FM).

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C.- La onda de baja frecuencia o audiofrecuencia (B), inyectada en la onda de alta frecuencia o radiofrecuencia (A). Por medio de esa combinación se obtiene una señal de radio de amplitud modulada (AM), capaz de transportar sonidos por vía inalámbrica a largas distancias para ser captados por un radiorreceptor.

D.- La onda de audiofrecuencia (B) modulada en frecuencia, obteniéndose una señal de radio de frecuencia modulada (FM).

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La modulación, parte de dos ondas:

Onda portadora: Es la encargada de fijar la frecuencia de transmisión y es la que alteraremos para que transporte la información que queremos.

Onda moduladora: Es la onda que queremos transmitir (voz, música, datos, etc...).

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La modulación, parte de dos ondas:

El proceso de modulación se basa en alterar de una forma determinada la onda portadora en función de la onda moduladora, obteniéndose como resultado final la onda modulada que será radiada.

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Modulación en amplitud (AM)

Fue el primer método de transmisión por radio. Se basa en variar la amplitud de la onda portadora en función de la amplitud de la onda moduladora, obteniendo como resultado una onda modulada que contiene a la moduladora. Si unimos los extremos de la onda modulada obtendremos la señal moduladora y su simétrica (trazado en verde en el siguiente gráfico):

Tipos de Modulación :

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Un parámetro importante es el porcentaje de modulación, que indica la amplitud mínima o nivel cero de la onda modulada. Una modulación al 100% indica que la amplitud mínima será cero.

Porcentaje de Modulación

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La onda modulada final se puede descomponer en tres señales: una de frecuencia igual a la portadora y otras resultando de sumar y restar la frecuencia de la moduladora a la de la portadora.

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Es decir, si tuviéramos una portadora de 500 KHz y la onda moduladora posee una frecuencia máxima de 20 KHz (como las señales musicales) obtendremos tres ondas: una de 500 KHz y dos bandas laterales de 480 KHz y 520 KHz.

Esto es importante para saber el Ancho de Banda (Band Wave) que ocupa la transmisión (en este caso 20+20=40 KHz).

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Modulación en frecuencia (FM)

Es la técnica de transmisión por radio más popular actualmente. La FM es tan popular porque es capaz de transmitir más información del sonido que queremos transmitir, ya que en AM si se transmiten sonidos que están a frecuencias muy altas se consume un gran Ancho de Banda.

La modulación en frecuencia se basa en variar la frecuencia de la portadora con arreglo a la amplitud de la moduladora.

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7.- Espectro y Bandas de Frecuencias (1)

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7.- Espectro y Bandas de Frecuencias (2)

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8.- Antenas (1)

Elemento físico utilizado para enviar y recibir ondas de radio que se propaguen a través del aire.

En el concepto antena deben considerarse, el elemento irradiante propiamente tal, el cable que transporta la señal desde el equipo hasta la antena y sus dispositivos de acoplamiento. Todos ellos tienen participación activa en la transmisión de la señal.

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8.- Antenas (1)Su elección debe hacerse en base a :

•Espacio disponible•Cantidad de bandas de funcionamiento deseado•Tipo de propagación que se usará•Polarización•Impedancia•Ganancia

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8.- Antenas (2)

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Antenas (3)

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Antenas (4)

Radiación de Energía Electromagnética

Radiación Isotrópica

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ANTENAS (5)

Antenas directivas de varios elementos directores

Patrones de radiación : Horizontal y Vertical

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ANTENAS (7)

Ganancia de antenas directivas

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9.- Líneas de Transmisión9.1 Cable coaxial (1)

Es llamado así porque su construcción es de forma axial(concéntrica), tenemos el conductor central, un recubrimiento di-eléctrico, una malla de alambre y un recubrimiento externo (que sirve como recubrimiento y como aislante). La construcción del cable debe ser firme y uniforme, de no ser así, no tendrá un funcionamiento adecuado.

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9.1 Cable coaxial (2)

•Capa de aislante que recubre el núcleo o conductor, generalmente de polivinilo (PVC), tiene la función de guardar una distancia uniforme del conductor con el exterior.

•Núcleo de cobre sólido, o de acero con capa de cobre, o bien de una serie de fibras de alambre de cobre entrelazadas (dependiendo del fabricante).

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•Capa de blindaje metálico o malla, generalmente cobre o aleación de aluminio entretejido (a veces solo consta de papel metálico). Su función es eliminar las interferencias, además evita que el eje común se rompa o se sesge demasiado perdiendo su simetría y con ello se afectará la calidad de la señal.

•Recubrimiento exterior, generalmente de color negro (coaxial delgado) o amarillo (coaxial grueso), por lo general de vinilo, xelón, o polietileno uniforme para mantener la calidad de la señal.

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