Sistemas de comunicación PDF

Fase 2 miércoles, 9 de noviembre de 2022 11:22 a. m. En esta fase se incluyen los temas de Sistemas de comunicación y sistemas de transmisión de señales. Aquí abordaremos la evolución de los sistemas de comunicación y algunos sistemas actuales como el Wi-Fi y Bluetooth 3. Sistemas de comunicación...

Fase 2 miércoles, 9 de noviembre de 2022 11:22 a. m. En esta fase se incluyen los temas de Sistemas de comunicación y sistemas de transmisión de señales. Aquí abordaremos la evolución de los sistemas de comunicación y algunos sistemas actuales como el Wi-Fi y Bluetooth 3. Sistemas de comunicación Page 1 1. Historia de la teoría de la información jueves, 25 de junio de 2020 02:58 p. m. Introducción La teoría de la comunicación tuvo su origen en el estudio de comunicaciones eléctricas. El primer ejemplo de comunicaciones eléctricas es el código Morse. En este código, las letras del alfabeto están representadas por espacios, puntos y guiones/líneas. El espacio es la ausencia de corriente eléctrica, el punto es una corriente eléctrica de corta duración y la línea es una corriente eléctrica de duración más larga. Diversas combinaciones de puntos y guiones fueron asignados a las letras del alfabeto. Por ejemplo, la letra "E" que aparece más frecuentemente en el texto en inglés, se le asignó el símbolo más corto posible, un punto y en general las letras más usadas tienen las combinaciones más cortas posibles y las letras raramente usadas tienen combinaciones complicadas. Curiosamente, la elección no se guio por tablas de las frecuencias relativas de varias letras en el texto en inglés ni se contaron las letras en textos para obtener tales datos. 3. Sistemas de comunicación Page 2 varias letras en el texto en inglés ni se contaron las letras en textos para obtener tales datos. Las frecuencias relativas de aparición de varias letras se estimaron contando el número de letras en los distintos compartimentos de la caja de tipografía de una impresora tipográfica. Esta aproximación fue tan acertada que si usáramos métodos modernos para determinar el mejor código para aumentar la velocidad de escritura solo mejoraría en 15% Morse Code Translator | Morse Code World -.-. .-.. .- ... . / -.. . / ... . --.-- .- .-.. . ... / -.. . / - .-. .- -. ... -- .. ... .. --- -. Impresión Tipográfica Para poder enviar más mensajes en un mismo tiempo, la tasa de transferencia debe ser alta y justamente este fue un paso lógico, ¿Cómo podemos aumentar la tasa de transferencia?. Los guiones toman 3 veces más tiempo de enviar que los puntos. 3. Sistemas de comunicación Page 3 Los guiones toman 3 veces más tiempo de enviar que los puntos. Colocando más líneas que transmitan corriente podemos enviar el mensaje más rápido, pero eso hace más costoso el proyecto. Una solución más simple fue usar corriente en dirección opuesta. El telégrafo de una corriente envía corriente (un estado) o no (segundo estado), se puede decir que envía si no hay corriente es un 0 y si hay corriente es un 1. Un telégrafo de dos corrientes envía corriente positiva (1), negativa (-1) o no (0) por lo que podemos enviar un mensaje más rápido que el telégrafo de una corriente. Por ejemplo, si queremos enviar un punto enviamos una corriente (+), si queremos enviar una línea enviamos una corriente (-) y finalmente si queremos enviar un espacio no enviamos corriente (0). De esta manera podríamos aprovechar la misma línea de corriente. Telégrafo cuádruplex Thomas Edison diseñó un telégrafo cuádruplex variando la intensidad y la dirección de la corriente, en este diseño se tenían más estados de corriente, +3, +1, -1, -3, por lo cual se podían transmitir dos mensajes de manera simultánea. La siguiente tabla muestra la interpretación de estos mensajes. Corriente Mensaje 1 Mensaje 2 +3 1 1 +1 0 1 -1 0 0 -3 1 0 Que son todas las combinaciones posibles de dos dígitos con 0 y 1. En esta figura se muestran los puntos, guiones y espacios de dos mensajes simultáneos a través del telégrafo cuádruplex Con lo anterior vemos que podemos enviar mensajes con una mayor cantidad de información si: 1. Las señales que enviamos tiene pulsos sucesivos rápidos 2. Cuantos símbolos tenemos disponibles para enviar. Interferencia entre símbolos 3. Sistemas de comunicación Page 4 Interferencia entre símbolos Ruido Retomando la situación del ruido en los cables subterráneos y submarinos, tener más símbolos disponibles hace un poco más complicada la tarea de distinguir una señal de otra cuando existe ruido. Durante una tormenta magnética, señales externas aparecen en las líneas subterráneas y submarinas (El campo magnético de la tierra induce corriente en los cables. El cambio magnético de la tierra presumiblemente es causado por corrientes de partículas cargadas debido a tormentas solares). Y si miramos de cerca, como podemos hoy con amplificadores electrónicos sensibles, vemos que las corrientes no deseadas y minúsculas siempre están presentes. Esas corrientes no deseadas se pueden producir por 1. Movimiento Browniano de las partículas a. What Is Brownian Motion? | Properties of Matter | Chemistry | FuseSchool 2. Agitación de las moléculas de aire 3. Movimiento asociado a calor y temperatura. Esas corrientes no deseadas, les llamamos ruido que siempre está presente para interferir con la señal que enviamos. Entonces, si pudiéramos evitar la superposición de puntos y guiones cuando enviamos la señal, que se conoce como interferencia entre símbolos, el ruido tiende a distorsionar la señal recibida que hace más difícil la distinción entre muchos símbolos alterantes. Claro, si incrementamos la corriente, que se traduce como un incremento en la potencia de la señal transmitida, ayuda a disminuir los efectos del ruido, pero existen límites de corriente que se pueden usar. De hecho, si usamos un cable submarino e intentamos aumentar la corriente, también aumentaríamos el voltaje y un aumento en el voltaje puede destruir el aislante del cable produciendo un corto circuito. De hecho es probable la gran tensión de transmisión utilizada haya causado el fallo del primer cable de telégrafo transatlántico en 1858. El cable trasatlántico The Story of the First Transatlantic Cable 3. Sistemas de comunicación Page 5 Como puedes ver, el telegrafista debía comprender todas las limitaciones de la corriente usada, la velocidad con la que debía mandar los mensajes para evitar la interferencia entre símbolos. Pero fuera de que el telegrafista debería comprender de manera intuitiva estas limitaciones, era necesario tener un análisis más exacto. Los matemáticos se encargaron de resolver ese problema. - William Thomson y luego Lord Kelvin, calcularon precisamente cual sería la corriente recibida cuando un punto o guion se transmitía por un cable submarino. - Alexander Graham Bell, atacó aún más el problema con el cual inventó el telefono, que usa no de las señales lentamente enviadas del telégrafo, sino más bien de corrientes que varían en una amplia gama de amplitudes - Otros, entre ellos Henri Poincaré, Oliver Heaviside, Michael Pupin y G.A. Campbell. Pero fueron los métodos matemáticos de Joseph Fourier, aplicados a su estudios de transferencia de calor los que fueron aplicados al estudio de las ondas. De hecho sería imposible continuar si no comprendemos la contribución de Fourier, que es esencial para todas las comunicaciones y la teoría de la comunicación. Que para fortuna de todos, son ideas simples y se basan en la onda sinusoidal Teoría de Fourier Fourier logró probar un teorema con respecto a las ondas sinusoidales que asombró a todos. Demostró que cualquier cambio de una cantidad en el tiempo puede ser representada con mucha precisión como la suma de variaciones sinusoidales de diferentes amplitudes, fases y frecuencias. Entonces, su teoría se podía aplicar a casi cualquier problema, una cuerda vibrando, la altura de las olas del mar o la corriente en un cable de telégrafo o telefono. La siguiente figura muestra que la curva en la figura a es el resultado de la suma de las curvas b y c. 3. Sistemas de comunicación Page 6 Figura a Figura b Figura c Pudiera parecer solamente un truco matemático, pero toma en cuenta que estamos representando una cantidad física compleja con funciones más simples. Esto es posible debido a dos motivos: 1. Las señales, como en los circuitos, no cambian de forma cuando se transmiten. Es decir, no cambian de forma en el tiempo. 2. Se comportan de manera lineal. Esto significa que: a. Si conocemos varias señales de salida correspondientes a varias señales de entrada enviadas separadamente; b. Podemos calcular la señal de salida cuando las señales de entrada son enviadas juntas; c. simplemente sumando las señales de salida separadas. Cabe notar que el cable de un telégrafo se comporta de manera lineal de tal manera que las 3. Sistemas de comunicación Page 7 Cabe notar que el cable de un telégrafo se comporta de manera lineal de tal manera que las señales eléctricas en ellos se comportan de manera independiente sin interactuar uno con otro, dos señales de telégrafo pueden viajar en direcciones opuestas sin interferir una con otra. Con la linealidad en mente, podemos notar que las señales de salida correspondiente a algunas señales de entrada tienen variaciones en el tiempo (cambian de forma, como en las señales cuadradas que vimos más arriba). Sin embargo, podemos demostrar matemáticamente que, si usamos una señal sinusoidal como señal de entrada, la señal de salida tendrá el mismo periodo o frecuencia. La amplitud de la onda sinusoidal de salida puede tener menos amplitud que la señal de entrada; a esto le llamamos atenuación. También los picos de la onda sinusoidal de entrada pueden cambiar, a esto se lo conoce como cambio de fase o Retraso de la onda sinusoidal. Qué tanto se atenúa o retrasa una onda depende de la frecuencia de la onda sinusoidal enviada. De hecho, algunos circuitos pudieran no transmitir señales sinusoidales de algunas frecuencias. Entonces, si una señal de entrada sinusoidal se compone de diversas señales individuales, la señal de salida tendrá componentes de las mismas frecuencias pero con fases relativas o retrasos distintos y con amplitudes distintas (depende de la frecuencia). Por lo que, en general, la forma de la señal de salida tendrá una forma distinta que la suma de las señales de entrada. Como esto es algo muy importante en transmisión de señales, veremos la siguiente figura. Onda de entrada A Onda de entrada B Onda a la salida A No es atenuada ni desfasada Onda de salida B Es atenuada y desfasada Onda de salida A+B 3. Sistemas de comunicación Page 8 SEÑAL DE ENTRADA A+B Superposition of Transverse Waves La velocidad del telégrafo En 1917, Harry Nyquist quien obtuvo un Ph. D en Yale (muy raro en esa época) abordó el problema de la velocidad del telegrafo con matemáticas y en 1924 publicó sus resultados en un paper "Certain Factors Affectiv Telegraph Speed" (publicado por el actualmente conocido como IEEE, antes AIEE). Certain Factors Affecting Telegraph Speed Journal: Bell System Technical Journal, 1924 Author: Nyquist, Harry https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/j.1538-7305.1924.tb01361.x Este paper aborda un número de problemas de los telegrafos y aclara la relación entre la velocidad del telegrafo y el número de valores de corriente (+1, -1 o +3,+1,-1,-3). Nyquist afirma que si enviamos simbolos a un ritmo constante, la velocidad de transmisión, W, está relacionada con el numero x de distintos simbolos por la relación. En donde K es una constante que depende de cuantos valores de corriente sucesivos son enviados por segundo. Con esto podemos ver que el diseño de Edison del telegrafo Cuadruplex duplicaba la velocidad del primer diseño Velocida d de simbolos por segundo 2 Velocidad de simbolos transmisión Velocidad de transmisión Velocidad de transmisión 3. Sistemas de comunicación Page 9 simbolos transmisión 0.3 simbolos por segundo transmisión 0.6 transmisión 0.9 3 simbolos (+60%, respecto al de 2 simbolos ) Velocidad de transmisión 0.48 simbolos por segundo Velocidad de transmisión 0.96 simbolos por segundo Velocidad de transmisión 1.44 simbolos por segundo 4 simbolos (+100%, respecto al de 2 simbolos ) Velocidad de transmisión 0.6 simbolos por segundo Velocidad de transmisión 1.2 simbolos por segundo Velocidad de transmisión 1.8 simbolos por segundo Para cuando Nyquist escribió sus estudios, era una práctica común enviar señales de telégrafo y telefónicas en los mismos cables. La telefonía hace uso de frecuencias superiores a 150 cps (ciclos por segundo), mientras que la telegrafía se puede realizar mediante señales de frecuencia más baja. Nyquist mostró cómo las señales de telégrafo podían ser tan moldeadas que no tenían componentes sinusoidales de alta frecuencia suficiente para ser escuchadas como interferencia por teléfonos conectados a la misma línea. Señaló que la velocidad de la línea, y por lo tanto también la velocidad de transmisión, era proporcional a la anchura o extensión del rango o banda de las frecuencias utilizadas en la telegrafía; ahora llamamos a este rango de frecuencias el ancho de banda de un circuito o de una señal. El ancho de banda es un concepto clave en muchas aplicaciones de telecomunicaciones. En las comunicaciones radioeléctricas, por ejemplo, el ancho de banda es el rango de frecuencia ocupado por una señal portadora modulada. El sintonizador de un receptor de radio FM abarca un rango limitado de frecuencias. Una agencia gubernamental (como la Comisión Federal de Comunicaciones en los Estados Unidos) puede prorratear el ancho de banda disponible a nivel regional a los titulares de licencias de radiodifusión para que sus señales no interfieran mutuamente. En este contexto, el ancho de banda también se conoce como espaciado de canal. Para otras aplicaciones hay otras definiciones. Una definición de ancho de banda, para un sistema, podría ser el rango de frecuencias sobre el cual el sistema produce un nivel de rendimiento especificado. Una definición menos estricta y más prácticamente útil se referirá a las frecuencias más allá de las cuales el rendimiento se degrada. En el caso de la respuesta de frecuencia, la degradación podría, por ejemplo, significar más de 3 dB por debajo del valor máximo o podría significar por debajo de un cierto valor absoluto. Al igual que con cualquier definición del ancho de una función, muchas definiciones son adecuadas para diferentes propósitos. En el contexto, por ejemplo, del teorema de muestreo y la frecuencia de muestreo de Nyquist, el ancho de banda se refiere típicamente al ancho de banda base. En el contexto de la velocidad de símbolos Nyquist o la capacidad de canal Shannon-Hartley para sistemas de comunicación se refiere al ancho de banda de paso. El ancho de banda Rayleigh de un simple pulso de radar se define como el inverso de su duración. Por ejemplo, un pulso de un microsegundo tiene un ancho de banda Rayleigh de un megahercio. El ancho de banda esencial se define como la porción de un espectro de señal en el dominio de frecuencia que contiene la mayor parte de la energía de la señal. http://en.wikipedia.org/wiki/Bandwidth_(signal_processing) 3. Sistemas de comunicación Page 10 La evolución de las telecomunicaciones • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • 1834 - 1838 - Invención del telégrafo 1844 - Primera línea telegráfica de Baltimore a Washington, DC. 1858 - Se tiende el primer cable trasatlántico y, después de 26 días, falla 1871 - Se organiza la Sociedad de Ingenieros Telegrafistas en Londres 1876 - Se desarrolla y patenta el teléfono (Bell) 1884 - Se forma el Instituto Americano de Ingenieros Electricistas (AIEE) 1889 - Se forma el Instituto de Ingenieros Electricistas (IEE) a partir de los Telegrafistas 1894 - Se demuestra la comunicación inalámbrica a lo largo de 150 yardas (Oliver Lodge) 1900 - Se transmite la primera señal transatlántica Inalámbrica (Guglielmo Marconi) 1905 - Se transmite voz y música por radio 1907 - Se forma la Asociación de Ingenieros Telegrafistas Inalámbricos en USA. 1909 - Se establece el Wireless Institute en USA. 1912 - Se forma el Instituto de Ingenieros Radiofónicos (IRE). 1915 - Línea telefónica transcontinental por Bell Systems 1920 - Primeras transmisiones de radio. 1926 - Aparece el invento de la televisión 1927 - Se crea la Comisión Federal de Radio en USA. 1928 - Primer sistema de televisión totalmente electrónico. 1931 - Se inicia el servicio de teletipo. 1933 - Edwin H. Armstrong inventa la FM. 1935 - Se desarrolla el primer radar práctico 1936 - La BBC (Británica) comienza las primeras transmisiones de televisión. 1941 - John Atanasoff inventa la computadora y se autorizan las transmisiones de televisión en USA. 1945 - John Mauchly desarrolla la computadora digital analógica ENIAC 1947 - Se diseña el transistor en los laboratorios Bell 1950s - Se desarrollan enlaces de telefonía y comunicación vía microondas. 1953 - Llega la televisión a colores y se tiene el primer cable telefónico transatlántico. 1957 - La URSS lanza el primer satélite terrestre 1958 - Se publican los principios de los láseres y se construye el primer circuito integrado de silicio. 1961 - Se inician las transmisiones FM en Estados Unidos 1962 - Se envían señales de televisión vía satélite entre USA y Europa. 1963 - Bell Systems introduce el primer teléfono de tonos y se forma el IEEE con la fusión del IRE y el AIEE. 1964 - Servicio del sistema conmutador de telefonía electrónica. 1965 - Primer satélite comercial 1968 - Sistemas de televisión por cable 1971 - Intel desarrolla el primer microprocesador. 1972 - Motorola presenta el primer teléfono celular 1976 - Se desarrollan las computadoras personales 1980 - Bell System desarrolla el sistema de comunicación de fibra óptica. 1981 - IBM introduce la computadora personal 1984 - Sale al mercado la computadora Apple. 1985 - Los faxes se vuelven de uso cotidiano 1989 - Motorola introduce el teléfono celular de bolsillo 1990 - a la fecha - El procesamiento digital permite más y mejores formas de comunicación 3. Sistemas de comunicación Page 11 Quiz Microsoft Forms 3. Sistemas de comunicación Page 12 2. El Decibel (dB) martes, 28 de febrero de 2023 09:57 a. m. Intensidad Las ondas sonoras se introducen en un medio por la vibración de un objeto. Por ejemplo, una bocina obliga a las moléculas de aire circundantes a comprimirse y expandirse, creando una perturbación de la presión. Consiste en un patrón alterno de compresiones. La perturbación luego viaja de partícula en partícula a través del medio, transportando energía a medida que se mueve. La energía que es transportada por la perturbación fue originalmente impartida al medio por la bocina. La cantidad de energía que se transfiere al medio depende de la amplitud de las vibraciones de la membrana de la bocina. Si se pone más energía en la membrana (es decir, se hace más trabajo para desplazar la membrana), entonces la membrana se mueve con una mayor amplitud. La mayor amplitud de vibración de la membrana de la bocina imparte más energía al medio, haciendo que las partículas de aire se desplacen a una mayor distancia de su posición de descanso. Posteriormente, la amplitud de vibración de las partículas del medio aumenta, lo que corresponde a una mayor cantidad de energía transportada por las partículas. Intensidad de sonido La cantidad de energía que se transporta más allá de un área dada del medio por unidad de tiempo se conoce como la intensidad de la onda de sonido. Cuanto mayor es la amplitud de las vibraciones de las partículas del medio, mayor es la velocidad a la que se transporta la energía a través de él, y más intensa es la onda sonora. La intensidad es la energía/tiempo/área; Y dado que la relación energía/tiempo es equivalente a la cantidad de potencia, la intensidad es simplemente la potencia/área. 3. Sistemas de comunicación Page 13 equivalente a la cantidad de potencia, la intensidad es simplemente la potencia/área. Las unidades típicas para expresar la intensidad de una onda son . A medida que una onda sonora transporta su energía a través de un medio bidimensional o tridimensional, la intensidad de la onda sonora disminuye con el aumento de la distancia desde la fuente. La disminución de la intensidad con el aumento de la distancia se explica por el hecho de que la onda se extiende sobre una superficie circular (2 dimensiones) o esférica (3 dimensiones) y, por lo tanto, la energía de la onda de sonido se distribuye en un área de superficie mayor. El diagrama muestra que la onda de sonido en un medio de 2 dimensiones se extiende en el espacio sobre un patrón circular. Dado que la energía se conserva y el área a través de la cual se transporta esta energía está aumentando, la intensidad (que es una cantidad que se mide por área) debe disminuir. La relación matemática entre intensidad y distancia a veces se denomina relación cuadrática inversa. La intensidad varía inversamente con el cuadrado de la distancia desde la fuente. Entonces, si la distancia desde la fuente se duplica (aumentada en un factor de 2), entonces la intensidad disminuye en un factor de 4. Del mismo modo, si la distancia desde la fuente se cuadruplica, entonces la intensidad se reduce en un factor de 16. Aplicado al diagrama, la intensidad en el punto B es un cuarto de la intensidad del punto A y la intensidad en el punto C es un dieciseisavo de la intensidad en el punto A. Dado que la relación intensidad-distancia es una relación inversa, un aumento en una cantidad corresponde a una disminución en la otra cantidad. Y dado que la relación intensidad-distancia es una relación cuadrática inversa, cualquiera que sea el factor por el cual se aumenta la distancia, la intensidad se disminuye en un factor igual al cuadrado del factor de cambio de distancia. Los datos de muestra de la tabla siguiente ilustran la relación cuadrática inversa entre potencia y distancia. Distancia Intensidad 1m 160 unidades 3. Sistemas de comunicación Page 14 1m 160 unidades 2m 40 unidades 3m 17.8 unidades 4m 10 unidades Umbral y escala Los seres humanos están equipados con oídos muy sensibles capaces de detectar ondas sonoras de intensidad extremadamente baja. El sonido más débil que el oído humano típico puede detectar tiene una intensidad de . Esta intensidad corresponde a una onda de presión en la que una compresión de las partículas del medio aumenta la presión del aire en esa región de compresión en apenas 0.3 mil millonésimas partes de una atmósfera. Un sonido con una intensidad de corresponde a un sonido que desplazará las partículas de aire por apenas una mil millonésima parte de un centímetro. El oído humano puede detectar tal sonido. Este sonido más débil que un oído humano puede detectar se conoce como el umbral de audición (threshold of hearing TOH). El sonido más intenso que el oído puede detectar con seguridad sin sufrir ningún daño físico es más de mil millones de veces más intenso que el umbral de audición. Dado que el rango de intensidades que el oído humano puede detectar es tan grande, la escala que utilizan con frecuencia los físicos para medir la intensidad es una escala basada en potencias de 10. Este tipo de escala a veces se denomina escala logarítmica. La escala para medir la intensidad es la escala de decibelios o decibel. Al umbral de audición se le asigna un nivel sonoro de 0 decibeles (abreviado 0 dB); este sonido corresponde a una intensidad de . ) se le asigna un nivel sonoro de • A un sonido que es 10 veces más intenso ( 10 dB. ) se le asigna un nivel • A un sonido que es 10*10 o 100 veces más intenso ( de sonido de 20 db. ) se le asigna un • A un sonido que es 10*10*10 o 1000 veces más intenso ( nivel de sonido de 30 db. ) se le asigna • A un sonido que es 10*10*10*10 o 10000 veces más intenso ( un nivel de sonido de 40 db. Esta escala se basa en potencias de 10. Si un sonido es 10 veces más intenso que otro sonido, entonces tiene un nivel de sonido que es 10*x más decibeles que el sonido menos intenso. La siguiente tabla enumera algunos sonidos comunes con una estimación de su intensidad y nivel de decibeles. Fuente Intensidad Nivel de intensidad 3. Sistemas de comunicación Page 15 # de veces mayor que el TOH (nuestra referencia) intensidad Umbral de audición (TOH) 0 dB Susurro de hojas 10 dB Susurrar 20 dB Conversación normal 60 dB Tráfico de calle ocupado 70 dB Aspiradora 80 dB Gran Orquesta 98 dB Audífonos al máximo nivel 100 dB Concierto en las primeras filas del rock 110 dB Umbral de dolor 130 dB Despegue de aviones militares 140 dB Perforación instantánea del tímpano 160 dB (nuestra referencia) Mientras que la intensidad de un sonido es una cantidad muy objetiva que se puede medir con instrumentación sensible, el volumen de un sonido es más una respuesta subjetiva que variará con una serie de factores. El mismo sonido no será percibido como que tiene el mismo volumen para todos los individuos. La edad es un factor que afecta la respuesta del oído humano a un sonido. Dos sonidos con la misma intensidad pero diferentes frecuencias no se percibirán como que tienen el mismo volumen. Debido a la tendencia del oído humano a amplificar sonidos que tienen frecuencias en el rango de 1000 Hz a 5000 Hz, los sonidos con estas intensidades parecen más fuertes para el oído humano. A pesar de la distinción entre intensidad y volumen, es seguro afirmar que los sonidos más intensos se percibirán como los sonidos más fuertes. Ejercicio 1. El zumbido de un mosquito a menudo se clasifica con 40 dB. La conversación normal a menudo tiene 60 dB. ¿Cuántas veces más intensa es la conversación normal en 3. Sistemas de comunicación Page 16 menudo tiene 60 dB. ¿Cuántas veces más intensa es la conversación normal en comparación con el zumbido de un mosquito? a. 2 b. 20 c. 100 d. 200 e. 400 Respuesta: Esta diferencia de 20 dB significa que es más intenso, es decir 100. 2. La tabla representa el nivel de decibelios para varias fuentes de sonido. Usa la tabla para hacer comparaciones de las intensidades de los siguientes sonidos. Fuente dB Concierto primera fila 110 Concierto fila 15 100 Fabrica 90 Conversación 60 Biblioteca 40 Umbral de audición 0 ¿Cuántas veces más intensa es la primera fila de un concierto que... a. ¿La fila 15 del mismo concierto? b. ¿La fábrica? c. ¿Conversación normal? d. ¿La biblioteca? e. ¿El sonido que la mayoría de los humanos apenas pueden escuchar? Respuesta: a. 110 dB - 100 dB = 10 dB ( b. 110 dB - 90 dB = 20 dB ( c. 110 dB - 60 dB = 50 dB ( d. 110 dB - 40 dB = 70 dB ( e. 110 dB - 0 dB = 110 dB ( veces más intenso) veces más intenso) veces más intenso) veces más intenso) 3. En una noche, la primera fila del concierto de Twisted Sister resulta en un nivel de sonido de 120 dB. Unos audífonos producen 100 dB. ¿Cuántos audífonos se necesitarían para producir la misma intensidad que la primera fila del concierto de Twisted Sister? Respuesta: Hay una diferencia de 20 dB por lo que necesitarías audífonos. 3. Sistemas de comunicación Page 17 dispositivos, es decir 100 4. Supongamos que estás trabajando en un laboratorio de comunicaciones y estás evaluando la calidad de una señal de radio que se transmite desde una estación base a un teléfono móvil. Quieres medir la relación señal-ruido (SNR, por sus siglas en inglés) de la señal para determinar cuán claro se escucha el mensaje en el teléfono móvil en comparación con el ruido de fondo. - Medición de señal y ruido: Utilizas un equipo de medición para capturar la señal de radio que llega al teléfono móvil y también para medir el nivel de ruido presente en el canal de comunicación. - Cálculo del SNR en decibeles: Luego, calculas la relación señal-ruido en decibeles utilizando la fórmula de decibelios. Supongamos que la potencia de la señal es de 1000 mW y la potencia del ruido es de 1 mW. SNR(dB)=10⋅log10(1000mW/1mW) = 30dB - Interpretación: El resultado de 30 dB indica que la señal es 30 veces más potente que el ruido en el canal de comunicación. Un SNR más alto significa una mejor calidad de la comunicación, ya que la señal es más fuerte en comparación con el ruido de fondo. En este caso, un SNR de 30 dB es considerado bueno y se espera que la calidad de la llamada sea alta. Niveles de referencia En la sección anterior usamos como nivel de referencia el umbral de audición (0 dB) y realizamos la siguiente operación, la diferencia en el nivel de sonido, entre los dos se define como: Es decir, la operación que hicimos fue la siguiente El eje x = 3. Sistemas de comunicación Page 18 El eje x = La gráfica anterior tiene intersección con el eje x cuando , como nuestra referencia es el límite de audición, todos los valores de serán mayores , por lo que estaremos en la parte positiva del eje y. Por otro lado, si estaríamos en la parte negativa del eje y. Si se utiliza el "sufijo A", el nivel de presión acústica se indica en unidades de dBA. El nivel de presión acústica en la escala dBA es fácil de medir y, por lo tanto, se usa ampliamente. From <https://animations.physics.unsw.edu.au/jw/dB.htm> La unidad de decibelios también se puede combinar con un nivel de referencia, indicado por un sufijo, para crear una unidad absoluta de potencia eléctrica, por ejemplo, se puede combinar con "m" para "milliwatt" para producir el "dBm". - Un nivel de potencia de 0 dBm corresponde a un milliwatt - 1 dBm es un decibelio mayor (alrededor de 1.259 mW). Lo anterior quiere decir lo siguiente, si referenciamos (indicando miliwatt), por lo que una potencia agregamos el sufijo m nos resultaría en 0 dBm. Ejemplo 1. Si a la entrada de una fibra óptica tenemos 0 dBm y a la salida de una fibra óptica medimos una potencia de -10 dBm, calcula la pérdida de la fibra. Respuesta: A la entrada de la fibra tenemos 0 dBm y a la salida medimos -10 dBm, lo que significa 3. Sistemas de comunicación Page 19 Es decir, tuvo una pérdida de 0.9mW lo que representa una pérdida del 90%. La siguiente tabla nos ayudará a comprender la pérdida en dB. dB P1 P2 Porcentaje de pérdida 1 100% 79% 21% 2 100% 63% 37% 3 100% 50% 50% 4 100% 40% 60% 5 100% 32% 68% 6 100% 25% 75% 7 100% 20% 80% 8 100% 16% 84% 9 100% 13% 87% 10 100% 10% 90% 11 100% 8% 92% 12 100% 6% 94% 13 100% 5% 95% 14 100% 4% 96% 15 100% 3% 97% 16 100% 3% 97% 17 100% 2% 98% 18 100% 2% 98% 19 100% 1% 99% Justamente podemos relacionar como un porcentaje de pérdida, por lo que en el caso anterior es decir, tendremos 90% de pérdida, asociado a 10 dB. Microsoft Forms 3. Sistemas de comunicación Page 20 3. Sistemas de comunicación Page 21 3. Sistemas de comunicación y transmisión jueves, 25 de junio de 2020 02:58 p. m. Ancho de banda y capacidad de información Propagación de ondas electromagnéticas Líneas de transmisión Propagación de ondas en líneas de transmisión Pérdidas en líneas de transmisión Frente de onda esférica y ley del inverso cuadrado Atenuación y absorción de ondas Tipos de ondas de radio Onda Terrestre Onda espacial Onda celeste o ionosférica Ancho de banda y capacidad de información (Ley de Hartley) Las dos limitaciones más importantes en el funcionamiento de un sistema de comunicaciones son el ruido y el ancho de banda, términos que ya conocemos. El ancho de banda de un canal de comunicaciones es la diferencia entre las frecuencias máxima y mínima que pueden pasar por el canal. Como regla general, un canal de comunicaciones no puede propagar una señal que contenga una frecuencia que cambie con mayor rapidez que la amplitud de banda del canal. La ley de Hartley nos dice Donde I es la capacidad de información B es el ancho de banda del sistema en Hertz t es el tiempo de transmisión en segundos Nos indica que la capacidad de información es una función lineal y es proporcional al ancho de banda como al tiempo de comunicación. En general, mientras más compleja sea la señal de información, se requiere más amplitud de banda para transportarla en determinado tiempo. La relación entre la capacidad de información de un canal de comunicaciones, en bits por segundo (bps), con el ancho de banda y la relación de señal a ruido se conoce como el límite de Shannon de capacidad de información y es: Siendo I la capacidad de información en bits por segundo B el ancho de banda en Hertz S/N la relación de potencia de señal a ruido (adimensional) Ejemplo Para un canal de comunicaciones en banda de voz, con relación de potencia de señal a radio de 1000 (30dB) y un ancho de banda de 2.7 kHz, el límite de Shannon de capacidad de información es NOTA: Esto nos dice que se pueden transferir 26.9 kbps por un canal de 2.7 kHz, pero no se puede 3. Sistemas de comunicación Page 22 NOTA: Esto nos dice que se pueden transferir 26.9 kbps por un canal de 2.7 kHz, pero no se puede hacer en un sistema binario. Para alcanzar una rapidez de transmisión de información, cada símbolo que se transfiere debe contener más de un bit de información. Por lo tanto, para llegar al límite, se deben usar sistemas digitales de transmisión que tengan más de dos símbolos de salida. El límite de Shannon lo podemos reordenar para obtener Con esto podemos determinar cuánto ancho de banda se requiere para propagar determinada cantidad de datos por un sistema. Propagación de ondas electromagnéticas Cuando se definió el estándar IEEE 802.11 (el que regula las redes locales inalámbricas), se especificó también los tres rangos de frecuencia disponibles para los dispositivos que desearan emitir de esta forma: 2.4 GHz, 3.6 GHz y 5 GHz. La mayoría de dispositivos actuales operan, por defecto, en la franja de frecuencias cercana a 2.4 GHz. Cada rango de frecuencias fue subdividido, a su vez, en multitud de canales. Para 2.4 GHz, son 14 canales, separados por 5 MHz, a esta separación se le conoce como banda de guarda; cada país y zona geográfica aplica sus propias restricciones al número de canales disponibles. Por ejemplo, en Norteamérica tan sólo se utilizan los 11 primeros, mientras que en Europa, 13. El problema de esta distribución es que cada canal necesita 22MHz de ancho de banda para operar, y como se puede apreciar en la figura esto produce un solapamiento de varios canales contiguos. El canal 1 se superpone con los canales 2, 3, 4 y 5, y por tanto los dispositivos que emitan en ese rango de frecuencias pueden generar interferencias. Lo mismo ocurre con el canal 6 y los canales 7, 8, 9 y 10. Parece lógico pensar entonces que, si nuestra conexión Wi-Fi tiene fallos, podría intentarse mejorar la red cambiando el canal a otro menos usado entre los puntos de acceso cercanos y que no se superponga con ellos. From <https://smr.iesharia.org/wiki/doku.php/src:ut7:proyectos:tipos> Ejemplo (1) Calcula el límite teórico de transferencia de información de un canal Wi-Fi Respuesta: Primero debemos conocer el ancho de banda que es de 22 MHz ( 3. Sistemas de comunicación Page 23 . Luego Primero debemos conocer el ancho de banda que es de 22 MHz ( . Luego debemos de conocer la relación S/N, si definimos una S/N = 10 dB, entonces. 76107495.60 bps Este es el límite teórico y asume una codificación y decodificación perfecta (encoding decoding), en la práctica hay muchos factores que afectan este valor por lo que este límite no se alcanza en aplicaciones reales pero sirve como un límite superior de un canal. El límite real para un canal de 22Mhz es de 11Mbps usando la modulación DSSS, 5.9 Mbps usando TCP y 7.1 Mbps usando UDP. Líneas de transmisión Una línea de transmisión es un sistema de conductores metálicos utilizado para transferir energía eléctrica de un punto a otro. En términos más específicos, consta de dos o más conductores separados por un aislante, generalmente dieléctrico. Ejemplos de líneas de transmisión incluyen pares de alambres o sistemas de pares de alambres. Estas líneas pueden tener longitudes que varían desde unas pocas pulgadas hasta varios miles de millas. Las líneas de transmisión se emplean para propagar tanto corriente directa como alterna de baja frecuencia, como la corriente eléctrica de 60 ciclos por segundo (Hz) y las señales de audio. También se utilizan para transmitir frecuencias muy elevadas, como señales de frecuencia intermedia y radiofrecuencia. Cuando transmiten señales de baja frecuencia, el comportamiento de una línea de transmisión es relativamente simple y predecible. Sin embargo, cuando se trata de señales de alta frecuencia, las características de las líneas de transmisión se vuelven más complejas, y su comportamiento adquiere particularidades especiales. Animated Sticker for iOS & Android | GIPHY Propagación de ondas en líneas de transmisión Las ondas electromagnéticas viajan a la velocidad de la luz cuando se propagan en el vacío, y casi a 3. Sistemas de comunicación Page 24 Las ondas electromagnéticas viajan a la velocidad de la luz cuando se propagan en el vacío, y casi a la velocidad de la luz cuando lo hacen a través de aire. Sin embargo, en las líneas metálicas de transmisión, donde el conductor suele ser cobre, y en los materiales dieléctricos, la velocidad varía mucho de acuerdo con el tipo de cable, y una onda electromagnética viaja con mucha mayor lentitud. Factor de velocidad El factor de velocidad (o constante de velocidad) se define como la relación de la velocidad real de propagación a través de determinado medio, entre la velocidad de propagación a través del espacio vacío. La definición matemática del factor de velocidad es: En donde es la velocidad real de propagación (m/s) es el factor de velocidad c es la velocidad de la luz es la permitividad relativa del material Capacitancia Es la capacidad de un dispositivo para almacenar carga eléctrica se mide en Faradios. Inductancia Es la propiedad de un circuito eléctrico que produce una fuerza electromotriz (voltaje)por un cambio de corriente en el tiempo. Se mide en Henry o Henrios. Los inductores almacenan energía magnética, mientras que los capacitores almacenan energía eléctrica. Ambos componentes requieren un tiempo finito para absorber o liberar energía. Como resultado, la velocidad de propagación de una onda electromagnética a lo largo de una línea de transmisión varía en función de la inductancia (L) y la capacitancia (C). Se puede demostrar que el tiempo de carga es igual a . En consecuencia, existe una relación entre la inductancia, la capacitancia y la velocidad de propagación según la siguiente fórmula. Si la distancia se normaliza a 1m, obtenemos Ejemplo 1. Para un tramo de cable coaxial RG8A/U con capacitancia distribuida distribuida y constante dieléctrica relativa de propagación y el factor de velocidad. 3. Sistemas de comunicación Page 25 , inductancia , determinar la velocidad Respuesta: Pérdidas en líneas de transmisión Pérdidas en el conductor • También se conoce como pérdida por calentamiento del conductor. • Implica una pérdida de energía proporcional a la corriente eléctrica al cuadrado multiplicada por la resistencia (I^2 * R). • Para mitigar esta pérdida, se pueden acortar los cables o aumentar su diámetro, lo que incrementa la impedancia y, por consiguiente, reduce la corriente. • La pérdida de energía en el conductor también está influenciada por la frecuencia, debido a un fenómeno conocido como el efecto de superficie. Este fenómeno se basa en que la densidad del flujo de corriente es mayor en el centro del cable en comparación con la superficie, lo que resulta en que las líneas del campo magnético cerca del centro del conductor rodeen la corriente y reduzcan la movilidad de los electrones confinados. 3. Sistemas de comunicación Page 26 reduzcan la movilidad de los electrones confinados. • Varían desde una fracción de decibel por 100 m en los cables coaxiales rígidos con dieléctrico de aire, hasta 200 dB por 100m en una línea flexible de dieléctrico rígido. Pérdida por calentamiento dieléctrico • Si existe una diferencia de potencial (voltaje) entre los dos conductores de una línea de transmisión, causa calentamiento. • Para las líneas con dieléctrico de aire, el calentamiento es despreciable. • En líneas rígidas, el calentamiento aumenta con la frecuencia Pérdida por radiación • Si la separación entre los conductores de una línea de transmisión es una fracción apreciable de una longitud de onda, los campos electrostático y electromagnético que rodean al conductor hacen que la linea funcione como si fuera una antena y transfiera energía a cualquier material conductor cercano. • La cantidad de energía irradiada depende del material dieléctrico, la distancia entre conductores y la longitud de la linea • Se reducen blindando el cable. • Los cables coaxiales blindados tienen menor pérdida por radiación que las líneas de dos alambres paralelos • La pérdida por radiación también es proporcional a la frecuencia Pérdida por acoplamiento • Se presenta cuando existe una conexión con o de una linea de transmisión, o cuando se conecta dos tramos separados de linea de transmisión. • Las conexiones mecánicas o discontinuidades. • Las uniones tienden a calentar, irradian energía y disipan potencia Efecto corona • Es la ruptura del dieléctrico • En general si se produce el efecto corona, la línea se destruye. 3. Sistemas de comunicación Page 27 • En general si se produce el efecto corona, la línea se destruye. Frente de onda esférico y la ley del cuadrado inverso Frente de onda esférico y la Ley del Cuadrado Inverso Un radiador isotrópico se refiere a una fuente puntual que emite potencia de manera constante y uniforme en todas las direcciones, como se representa en la figura. Aunque no existen radiadores isotrópicos exactos en la práctica, esta idea se asemeja a la de una antena omnidireccional. El radiador isotrópico crea un frente de onda esférico con un radio R. Todos los puntos situados a una distancia R de la fuente se encuentran en la superficie de una esfera y experimentan la misma densidad de potencia. En cualquier momento, la potencia se distribuye de manera uniforme por toda la superficie de la esfera. Por lo tanto, la densidad de potencia en cualquier punto de la esfera se calcula dividiendo la potencia total irradiada entre el área total de la esfera. La ecuación que describe la densidad de potencia en cualquier punto de la superficie de un frente de onda esférico es la siguiente: 3. Sistemas de comunicación Page 28 En donde es la potencia total irradiada (watts) R es el radio de la esfera Ley del cuadrado inverso A medida que el frente de onda se aleja de la fuente, la densidad de potencia disminuye. La potencia total distribuida sobre la superficie de la esfera sigue siendo constante. Sin embargo, dado que el área de la esfera aumenta de manera proporcional al cuadrado de la distancia desde la fuente, es decir, al cuadrado del radio de la esfera, la densidad de potencia disminuye inversamente al cuadrado de la distancia desde la fuente. Esta relación se conoce como la Ley del Cuadrado Inverso. En consecuencia, la densidad de potencia en cualquier punto de la superficie de la esfera exterior se calcula de la siguiente manera: Y la densidad de potencia en cualquier punto de la esfera interior es Por lo tanto Según la ecuación, a medida que se duplica la distancia a la fuente, la densidad de potencia decrece en un factor de 4. Ejemplo Calcular, para una antena isotrópica que emite 100W de potencia: a) La densidad de potencia a una distancia de 1,000 metros de la fuente. b) La densidad de potencia a una distancia de 2,000 metros de la fuente. Solución: O bien 3. Sistemas de comunicación Page 29 O bien o sea Atenuación y absorción de ondas La Ley del Inverso Cuadrado describe de manera matemática cómo la densidad de potencia disminuye a medida que nos alejamos de la fuente emisora. Cuando un frente de onda se distancia de la fuente, el campo electromagnético continuo que emana de la fuente se disemina. En otras palabras, las ondas se separan cada vez más entre sí, lo que resulta en una menor cantidad de ondas por unidad de área. No se produce una pérdida real o disipación de la potencia irradiada, ya que el frente de onda simplemente se aleja de la fuente. La onda se expande o se dispersa sobre un área mayor, lo que resulta en una disminución de la densidad de potencia. La disminución de la densidad de potencia con la distancia se asemeja a una pérdida de potencia y se conoce como atenuación de la onda. Dado que esta atenuación se debe a la dispersión esférica de la onda, a veces se denomina atenuación espacial de la onda. La atenuación de la onda se expresa generalmente en términos del logaritmo común de la relación de densidades de potencia, lo que se conoce como pérdida en decibelios (dB). La definición matemática es la siguiente: Por otro lado, es importante tener en cuenta que la atmósfera no es un vacío; está compuesta por átomos y moléculas de diversas sustancias en sus estados gaseoso, líquido y sólido. Algunos de estos elementos tienen la capacidad de absorber ondas electromagnéticas. La absorción de ondas por la atmósfera puede ser comparada con una pérdida de potencia que sigue una relación . Una vez que la energía es absorbida, se considera perdida de manera permanente, lo que resulta en una atenuación en las intensidades, así como en una reducción correspondiente de la densidad de potencia. Molecules and Light 3. Sistemas de comunicación Page 30 Como se puede apreciar en la siguiente gráfica, el eje horizontal (eje x) corresponde a las longitudes de onda, mientras que el eje vertical (eje y) indica la opacidad de la atmósfera para dichas longitudes de onda. Como se puede observar, la atmósfera se muestra opaca, lo que significa que no permite el paso de ondas, en la mayor parte del espectro electromagnético, con algunas excepciones destacables. La gráfica que sigue, al igual que la anterior, presenta en el eje horizontal (eje x) las longitudes de onda. Sin embargo, en el eje vertical (eje y) representa la irradiancia, que es la energía de la radiación solar. Esta gráfica es inversa en relación a la anterior, es decir, ahora nos proporciona información sobre la radiación solar que efectivamente alcanza la superficie terrestre. 3. Sistemas de comunicación Page 31 información sobre la radiación solar que efectivamente alcanza la superficie terrestre. Tipos de ondas de radio Las ondas electromagnéticas de radio que se desplazan a través de la atmósfera terrestre son denominadas ondas terrestres, y las comunicaciones entre dos o más puntos en la Tierra reciben el nombre de radiocomunicaciones terrestres. Estas ondas terrestres están influenciadas tanto por las condiciones atmosféricas como por la propia superficie terrestre. En el contexto de las radiocomunicaciones terrestres, las ondas pueden propagarse de diversas maneras, y esto depende del tipo de sistema de comunicación y del entorno específico. Las ondas electromagnéticas, en su mayoría, viajan en línea recta, a menos que sean afectadas por la Tierra o su atmósfera, lo que altera sus trayectorias. En esencia, existen tres métodos principales de propagación de ondas electromagnéticas dentro de la atmósfera terrestre: 3. Sistemas de comunicación Page 32 Onda Terrestre a) b) c) d) e) Adecuadas para frecuencias inferiores a 1.5 MHz. Ondas electromagnéticas que se desplazan por encima de la superficie terrestre. A veces conocidas como ondas superficiales. Deben tener una polarización vertical. El campo eléctrico genera voltajes en la superficie terrestre, lo que provoca la circulación de corrientes similares a las líneas de transmisión. f) También experimentan pérdidas debido a la resistencia y al dieléctrico, y se atenúan a medida que se propagan. Tienen una buena propagación sobre superficies conductoras como el agua salada, pero no funcionan bien sobre superficies desérticas. g) h) Refractive Properties of Gradient Index Optics i) Son típicamente empleadas en comunicaciones entre embarcaciones y entre embarcaciones y la costa, para radionavegación y comunicaciones móviles marítimas. j) Demandan una potencia de transmisión relativamente elevada. k) Necesitan antenas de considerable tamaño. l) Con la potencia adecuada, las ondas terrestres permiten la comunicación entre dos ubicaciones en cualquier parte del mundo. m) Estas ondas se ven menos afectadas por las cambiantes condiciones atmosféricas. From <https://chat.openai.com/c/c0ece612-afa9-403c-a8ea-acba245cd9f6> Onda espacial a) Ideal para frecuencias muy elevadas. b) Algunos ejemplos son radio FM, las microondas y la transmisión por satélite. 3. Sistemas de comunicación Page 33 b) Algunos ejemplos son radio FM, las microondas y la transmisión por satélite. a. Las estaciones de radio FM y microondas usan frecuencias entre 30 MHz y 300 GHz () b. Los satélites usan frecuencias superiores a 10 GHz. c) Son más eficientes que las redes cableadas. d) Requieren alineación y que no existan obstáculos entre las antenas. e) Incluye energía irradiada que viaja en los kilómetros inferiores de la atmósfera terrestre. f) Incluyen ondas directas y reflejadas por el suelo. a. Las ondas directas viajan directamente entre antenas g) Las ondas directas se les llama transmisión por línea de vista (Line Of Sight - LOS). Y se limitan a la curvatura de la Tierra h) i) La curvatura de la Tierra presenta un horizonte en la propagación, se suele llamar horizonte de radio. j) A causa de la refracción atmosférica, el horizonte de radio está más allá del horizonte óptico para la atmosfera estándar común. k) EL horizonte de radio está, más o menos, a cuatro tercios del horizonte óptico l) La refracción se debe a la troposfera a cambios en su densidad, temperatura, contenido de vapor de agua y conductividad relativa. m) El horizonte de radio se puede alargar solo aumentando la elevación de las antenas de transmisión o recepción respecto a la superficie terrestre. n) El horizonte visual de radio para una antena es a. i. d es la distancia al horizonte de radio en millas ii. h es la altura de la antena sobre el nivel del mar en millas b. La distancia máxima entre una antena de transmisión y una de recepción es i. ii. Ondas celestes o ionosféricas a) Ideal para frecuencias entre 1.8 MHz y 8MHz a. Los radios de largo alcance (o radios de onda corta con frecuencias entre 3 y 30 MHz) usan ondas que rebotan en la ionosfera b) Son ondas electromagnéticas que se dirigen sobre el nivel del horizonte. c) Se irradian (normalmente) en una dirección que forma un ángulo relativamente grande con la superficie de la Tierra. d) Se irradian hacia el cielo, donde son reflejadas o refractadas por la ionosfera a. La ionosfera es la región del espacio que está entre 80 y 600 km sobre la superficie terrestre b. La energía radiante del sol ioniza las moléculas de aire y forma electrones libres i. Cuando una onda de radio atraviesa la ionosfera, el campo eléctrico de la onda ejerce una fuerza sobre los electrones libres y transfiere energía cinética. ii. Los electrones en movimiento reducen la constante dieléctrica (y producen corriente eléctrica) 3. Sistemas de comunicación Page 34 eléctrica) iii. Si la constante dieléctrica disminuye, la velocidad de propagación aumenta y las ondas electromagnéticas se desvías y se alejan de las regiones de alta densidad de electrones hacia regiones de baja densidad de electrones, o sea, aumenta la refracción. iv. Al alejarse la onda de la Tierra aumenta la ionización. c. d. Corrientes eléctricas debido a la ionización e) En esencia son tres las capas que forman la ionosfera: las Capas D, E y F. *La ionización depende de la radiación solar a. b. Capa D i. Es la más inferior de la ionosfera. 3. Sistemas de comunicación Page 35 i. Es la más inferior de la ionosfera. ii. Refleja ondas de radio de muy baja frecuencia iii. Se encuentra entre 60 y 90 km sobre la superficie de la Tierra iv. Tiene poca ionización porque está más alejada del Sol. v. Tiene poco efecto sobre la dirección de propagación de las ondas de radio. vi. Durante el día puede absorber grandes cantidades de energía electromagnética vii. Desaparece durante la noche. viii. Refleja las ondas (Very Low Frequency) VLF y (Low Frequency)LF ix. Absorbe las ondas (Medium Frequency) MF y (High Frecuency) HF c. Capa E i. Se ubica entre 80 y 112 km sobre la superficie terrestre ii. Reflejan ondas de radio de baja frecuencia iii. También se conoce como capa Kennelly-Heaviside iv. Desaparece casi por completo durante la noche v. Refleja las ondas HF durante el día vi. La parte superior de la capa E se conoce como capa E esporádica, porque parece llegar e irse de forma impredecible vii. La capa E esporádica se produce durante los destellos solares y durante la actividad de manchas solares, cuando aparece se produce una mejoría en la radiotransmisión a grandes distancias d. Capa F i. Está formada por dos capas y ii. Durante el día, la capa se encuentra entre 140 y 250 km sobre la superficie de la Tierra iii. La capa está entre 250 y 350 km en el verano iv. Durante la noche las capas se combinan y forman una sola capa v. La capa absorbe y atenúa algunas ondas de HF vi. La mayoría de las ondas atraviesan la capa pero la capa las refleja hacia la tierra. Pérdidas en trayectorias en espacio libre La pérdida en trayectoria por espacio libre suele definirse como la reducción de la energía experimentada por una onda electromagnética al propagarse en línea recta a través del vacío, sin absorción ni reflexión de energía en objetos cercanos. Sin embargo, esta definición es inapropiada y puede inducir a error. La pérdida en trayectoria por espacio libre es una cantidad técnica artificial que se originó debido a la manipulación de las ecuaciones de presupuesto de un enlace de comunicaciones. En estas ecuaciones, se incluye la ganancia de la antena transmisora, la pérdida en trayectoria por espacio libre y el área efectiva de la antena receptora. En realidad, no se pierde energía, sino que esta se distribuye a medida que la onda se aleja de la fuente, resultando en una menor densidad de potencia en ciertos puntos a cierta distancia de la fuente. Por lo tanto, un término más adecuado para describir este fenómeno es "pérdida por dispersión". La pérdida por dispersión se debe a la ley del inverso cuadrado. La ecuación que define la pérdida en trayectoria por espacio libre es la siguiente: 3. Sistemas de comunicación Page 36 Siendo la pérdida por trayectoria del espacio libre (adimensional) D la distancia en kilómetros f la frecuencia en Hertz la longitud de onda en metros c la velocidad de la luz en el espacio libre La ecuación expresada en dB es: Ejemplo Determinar la pérdida por trayectoria en el espacio libre para una frecuencia de 6 GHz y una distancia de 50 km. Quiz Microsoft Forms 3. Sistemas de comunicación Page 37 3. Sistemas de comunicación Page 38 4. Antenas martes, 27 de octubre de 2020 09:41 p. m. Introducción Una antena es un dispositivo eléctrico que se utiliza para transmitir o recibir señales electromagnéticas, como ondas de radio, microondas o señales de televisión. Tienen la capacidad de convertir señales eléctricas en ondas electromagnéticas para su propagación y viceversa, convirtiendo las ondas electromagnéticas captadas en señales eléctricas para su procesamiento. Cuando se aplica una corriente eléctrica a una antena, esta crea un campo electromagnético alrededor de ella que emite ondas electromagnéticas en el espacio circundante. Del mismo modo, cuando las ondas electromagnéticas llegan a una antena, inducen una corriente eléctrica en la antena, que luego se puede utilizar para recibir y procesar la información contenida en esas ondas. Las antenas vienen en una variedad de formas y tamaños, diseñadas específicamente para diferentes aplicaciones y frecuencias de operación. 1. 2. 3. 4. 5. Antenas de dipolo Antenas de panel Antenas parabólicas Antenas de array Antenas de cuadro 3. Sistemas de comunicación Page 39 Primer trasmisor de radio que consistía en una hoja de cobre elevada conectada a una brecha de chispa Righi (izquierda) alimentada por una bobina de inducción (centro) con una tecla de telégrafo (derecha) para encenderla y apagarla para deletrear mensajes de texto en código Morse. Antena para televisión hecha de una lata de refresco Guía de onda Una guía de ondas es un tipo especial de línea de transmisión formado por un tubo metálico conductor, a través del cual se propaga energía electromagnética. Una guía de onda se usa para 3. Sistemas de comunicación Page 40 conductor, a través del cual se propaga energía electromagnética. Una guía de onda se usa para interconectar en forma eficiente ondas electromagnéticas entre una antena y un receptor Se usan en radares, telecomunicaciones, incluso en hornos de microondas. La guía de onda debe estar hecha de un material que no absorba las microondas (como metal) Funcionamiento Sabemos que un dipolo eléctrico se define como la separación de cargas de polaridad opuesta (es decir, positivas y negativas). Un dipolo como antena es una varilla metálica horizontal que se excita externamente. Funciona porque el campo eléctrico recrea un campo magnético y viceversa. Generalmente, la antena dipolo se alimenta en el centro para transmitir y recibir energía RF. Se considera que es la antena práctica más simple. Sin embargo, hay una clasificación sobre la base de la longitud del dipolo eléctrico y su orientación. Las antenas dipolo se clasifican generalmente como: • Antena dipolo de media onda: Es una antena que tiene una longitud igual a la mitad de la longitud de onda en la frecuencia de operación. • Antena dipolo de cuarto de onda: Cuando la longitud total del dipolo es una cuarta parte de la longitud de onda en la frecuencia de funcionamiento, entonces se conoce como un dipolo de onda de cuarto. • Antena dipolo plegada: Una antena dipolo plegada se forma combinando dos antenas dipolo de media onda en orientación paralela. • Antena dipolo dual: Los dipolos duales son las antenas que están formadas por la combinación de dos dipolos y por lo tanto necesitan un espacio muy grande. 3. Sistemas de comunicación Page 41 combinación de dos dipolos y por lo tanto necesitan un espacio muy grande. Aquí discutiremos la antena dipolo de media onda. Una antena dipolo de media onda es una antena construida utilizando un tubo conductor o elemento metálico que tiene una longitud igual a la media longitud de onda eléctrica. La excitación al dipolo de media onda se proporciona en el centro. Por lo tanto, podemos decir que la alimentación al dipolo está presente en cuarto punto de longitud de onda. Esta antena se llama "media onda" porque su longitud es aproximadamente la mitad de la longitud de onda de la frecuencia a la que está diseñada para funcionar. Cómo una antena de dipolo de media onda: 1. Longitud y resonancia La longitud total de un dipolo de media onda es igual a la m