bandas de frecuencias
52
Cuando se trata de satélites de comunicaciones, la porción del espectro radioeléctrico que utilizarán lo determina prácticamente todo: la capacidad del sistema, la potencia y el precio. Por eso, vamos a hacer un estudio de las principales bandas de frecuencias utilizadas en sistemas de satélites, para más adelante concretar un poco en el caso particular de Teledesic. La información disponible sobre este aspecto no es muy detallada y diariamente aparecen nuevas noticias. Para conocer los últimos detalles consultar nuestro apartado de buscadores , o la Web de la World Radio Conference Estudio de las bandas de frecuencias Frecuencias de Teledesic ESTUDIO DE LAS BANDAS DE FRECUENCIAS Las longitudes de onda diferentes poseen propiedades diferentes. Las longitudes de onda largas pueden recorrer grandes distancias y atravesar obstáculos. Las grandes longitudes de onda pueden rodear edificios o atravesar montañas, pero cuanto mayor sea la frecuencia (y por tanto, menor la longitud de onda), más fácilmente pueden detenerse las ondas. Cuando las frecuencias son lo
Transcript of bandas de frecuencias
Cuando se trata de satélites de comunicaciones, la porción del espectro radioeléctrico que utilizarán lo determina prácticamente todo: la capacidad del sistema, la potencia y el precio. Por eso, vamos a hacer un estudio de las principales bandas de frecuencias utilizadas en sistemas de satélites, para más adelante concretar un poco en el caso particular de Teledesic. La información disponible sobre este aspecto no es muy detallada y diariamente aparecen nuevas noticias. Para conocer los últimos detalles consultar nuestro apartado de buscadores, o la
Web de la World Radio Conference
Estudio de las bandas de frecuencias Frecuencias de Teledesic
ESTUDIO DE LAS BANDAS DE FRECUENCIAS
Las longitudes de onda diferentes poseen propiedades diferentes. Las longitudes de onda largas pueden recorrer grandes distancias y atravesar obstáculos. Las grandes longitudes de onda pueden rodear edificios o atravesar montañas, pero cuanto mayor sea la frecuencia (y por tanto, menor la longitud de onda), más fácilmente pueden detenerse las ondas.
Cuando las frecuencias son lo suficientemente altas (hablamos de decenas de gigahertzios), las ondas pueden ser detenidas por objetos como las hojas o las gotas de lluvia, provocando el fenómeno denominado "rain fade". Para superar este fenómeno se necesita bastante más potencia, lo que implica transmisores más potentes o antenas más enfocadas, que provocan que el precio del satélite aumente.
La ventaja de las frecuencias elevadas (las bandas Ku y Ka) es que permiten a los transmisores enviar más información por segundo. Esto es debido a que la información se deposita generalmente en cierta parte de la onda: la cresta, el valle, el principio o el fin. El compromiso de las altas frecuencias es que pueden transportar más información, pero necesitan más potencia para evitar los bloqueos, mayores antenas y equipos más caros.
Concretamente, las bandas más utilizadas en los sistemas de satélites son:
Banda L.
Rango de frecuencias: 1.53-2.7 GHz. Ventajas: grandes longitudes de onda
pueden penetrar a través de las estructuras terrestres; precisan transmisores de menor potencia.
Inconvenientes: poca capacidad de transmisión de datos.
Banda Ku.
Rango de frecuencias: en recepción 11.7-12.7 GHz, y en transmisión 14-17.8 GHz.
Ventajas: longitudes de onda medianas que traspasan la mayoría de los obstáculos y transportan una gran cantidad de datos.
Inconvenientes: la mayoría de las ubicaciones están adjudicadas.
Banda Ka.
Rango de frecuencias: 18-31 GHz. Ventajas: amplio espectro de ubicaciones
disponible; las longitudes de onda transportan grandes cantidades de datos.
Inconvenientes: son necesarios transmisores muy potentes; sensible a interferencias ambientales.
Para ver con más detalle los nombres de las distintas bandas de frecuencia, consulte la
siguiente tabla:
Tipo de Banda
Rango de Frecuencias
HF 1.8-30 MHz
VHF 50-146 MHz
P 0.230-1.000 GHz
UHF 0.430-1.300 GHz
L 1.530-2.700 GHz
S 2.700-3.500 GHz
C Downlink: 3.700-4.200 GHzUplink: 5.925-6.425 GHz
X Downlink: 7.250-7.745 GHzUplink: 7.900-8.395 GHz
Ku (Europa) Downlink: FSS: 10.700-11.700 GHzDBS: 11.700-12.500 GHzTelecom: 12.500-12.750 GHzUplink: FSS y Telecom: 14.000-14.800 GHz;DBS: 17.300-18.100 GHz
Ku (America)
Downlink: FSS: 11.700-12.200 GHzDBS: 12.200-12.700 GHzUplink: FSS: 14.000-14.500 GHzDBS: 17.300-17.800 GHz
Ka Entre 18 y 31 GHz
FRECUENCIAS DE TELEDESIC
La banda de frecuencias más baja con ancho espectral suficiente para satisfacer el servicio de banda ancha proporcionado por Teledesic, así como sus objetivos de calidad y capacidad es la banda Ka. Los enlaces de comunicación entre terminal y satélite operan dentro de la porción de la banda Ka que ha sido identificada internacionalmente para servicio fijo en satélites no geoestacionarios, y cuya licencia se ha concedido en EEUU para su uso en
Teledesic.
Los enlaces descendentes operan entre 18.8 GHz y 19.3 GHz, y los ascendentes operan entre 28.6 GHz y 29.1 GHz. Por otra parte, los enlaces entre satélites se producen en la banda de los 40-50 GHz
En telecomunicación, la multiplexación es la combinación de dos o más canales de información en un solo medio de transmisión usando un dispositivo llamado multiplexor. El proceso inverso se conoce como demultiplexación. Un concepto muy similar es el de control de acceso al medio.
Existen muchas estrategias de multiplexación según el protocolo de comunicación empleado, que puede combinarlas para alcanzar el uso más eficiente; los más utilizados son:
la multiplexación por división de tiempo o TDM (Time division multiplexing ); la multiplexación por división de frecuencia o FDM (Frequency-division
multiplexing) y su equivalente para medios ópticos, por división de longitud de onda o WDM (de Wavelength);
la multiplexación por división en código o CDM (Code division multiplexing);
Cuando existe un esquema o protocolo de multiplexación pensado para que múltiples usuarios compartan un medio común, como por ejemplo en telefonía móvil o WiFi, suele denominarse control de acceso al medio o método de acceso múltiple. Como métodos de acceso múltiple destacan:
el acceso múltiple por división de frecuencia o FDMA; el acceso múltiple por división de tiempo o TDMA; el acceso múltiple por división de código o CDMA.
Multiplexación en informática [editar]
En informática y electrónica, la multiplexación se refiere al mismo concepto si se trata de buses de datos que haya que compartir entre varios dispositivos (discos, memoria, etc.). Otro tipo de multiplexación en informática es el de la CPU, en la que a un proceso le es asignado un quantum de tiempo durante el cual puede ejecutar sus instrucciones, antes de ceder el sitio a otro proceso que esté esperando en la cola de procesos listo a ser despachado por el planificador de procesos. También en informática, se denomina multiplexar a combinar en un mismo archivo contenedor, varias pistas de dos archivos, por ejemplo de audio y vídeo, para su correcta reproducción.
Multiplexación en telecomunicaciones [editar]
En las telecomunicaciones se usa la multiplexación para dividir las señales en el medio por el que vayan a viajar dentro del espectro radioeléctrico. El término es equivalente al control de acceso al medio.
De esta manera, para transmitir los canales de televisión por aire, vamos a tener un ancho de frecuencia x, el cual habrá que multiplexar para que entren la mayor cantidad posible de canales de tv. Entonces se dividen los canales en un ancho de banda de 6Mhz (en gran parte de Europa y Latinoamérica, mientras que en otros países o regiones el ancho de banda es de 8 Mhz). En este caso se utiliza una multiplexación por división de frecuencia FDM..
Multiplexación en los protocolos de la capa de transporte en el Modelo OSI
Multiplexar un paquete de datos, significa tomar los datos de la capa de aplicación, etiquetarlos con un número de puerto (TCP o UDP) que identifica a la aplicación emisora, y enviar dicho paquete a la capa de red
Definición
La multiplexación es el procedimiento por el cual diferentes informaciones pueden compartir un mismo canal de comunicaciones. El proceso inverso, es decir la extracción de una determinada señal (que lleva información) de entre las múltiples que se pueden encontrar en un cierto canal de comunicaciones de denomina demultiplexación.
Tipos de multiplexación
Existen muy distintas formas de llevar a cabo la multiplexación (y su inverso, la demultiplexación). Las más utlizadas son:
la multiplexación en el dominio del tiempo, la multiplexación en el dominio de la frecuencia, la multiplexación por código y la multiplexación en longitudes de onda.
La multiplexación en el dominio del tiempo (TDMA) consiste en asignar a diferentes informaciones diferentes “ventanas temporales” de forma que no se mezclen. Este tipo de multiplexación se utiliza habitualmente para entrelazar diferentes informaciones digitales y formar un caudal mayor.
La multiplexación en el dominio de la frecuencia (FDMA) utiliza el procedimiento de la modulación para que las informaciones de interés se sitúen cada una de ellas sobre señales “portadoras” de diferente frecuencia. Las comunicaciones móviles 2G son un ejemplo de uso de la multiplexación en el dominio de la frecuencia y de la multiplexación en el dominio del tiempo simultáneamente.
La multiplexación en el código (CDMA) mezcla la información con diferentes códigos ortogonales entre sí, de tal manera que es posible recuperar la información de interés haciendo la operación matemática adecuada con el código correspondiente. Las comunicaciones móviles 3G son un ejemplo de uso de esta técnica.
La multiplexación en longitud de onda (WDMA) se podria calificar como una variante de la multiplezación en el dominio de la frecuencia realizada en frecuencias próximas a la luz, se basa en que una fibra óptica puede estar simultáneamente iluminada por varias
fuentes luminosas,[1] (incluso aquellas que no se consideren luz visible) cada una de las cuales transporta información.
En telecomunicaciones, se denomina modulación a la incorporación de la información contenida en una señal, generalmente de baja frecuencia, sobre una señal de alta frecuencia.
En el proceso de modulación, la señal de alta frecuencia (portadora) quedará modificada en alguno de sus parámetros (amplitud, frecuencia, fase, etc.) de manera proporcional a la amplitud de la señal de baja frecuencia (moduladora). La señal obtenida se denomina señal modulada.
La modulación es un proceso clave para la transmisión de información a través de prácticamente cualquier canal de comunicaciones. Entre las ventajas que aporta, la modulación permite: • Transmitir distintas señales por un mismo medio sin que se solapen entre sí
• Facilitar el filtrado de ruidos e interferencias
• Reducir el tamaño de las antenas requeridas para transmitir información sobre el espectro radioeléctrico (la relación entre frecuencia y longitud de onda es inversamente proporcional, y el tamaño de las antenas está relacionado con la longitud de onda de las señales a transmitir)
Un ejemplo de uso de la modulación es la emisión de señales de radio. Los dos “tipos de radio” más conocidos son la AM y la FM, que no son más que las siglas inglesas de “modulación de frecuencia” y “modulación de amplitud”. En el primer caso, la señal portadora ve modificada su amplitud en proporción directa con la amplitud de la señal moduladora. En el caso de la FM, es la frecuencia de la portadora la que sufre variaciones menores en proporción con la señal moduladora.
Para sintonizar una emisora determinada se debe situar el dial del aparato receptor sobre la frecuencia portadora, y el receptor realizará la operación inversa a la modulación, denominada demodulación, para obtener de nuevo una señal de baja frecuencia que podamos escuchar (recordemos que el umbral de frecuencias que escucha el oído humano va de los aproximadamente 20 hertzios (Hz) a los 20-22 KHz).
Tipos de modulación
A continuación se enumeran algunos de los tipos de modulación más frecuentes, según el parámetro de la señal portadora sobre el que se produzcan modificaciones:
• Modulación en doble banda lateral (DSB)
• Modulación de amplitud (AM)
• Modulación de fase (PM)
• Modulación de frecuencia (FM)
• Modulación banda lateral única (BLU)
• Modulación de amplitud en cuadratura (QAM)
• Modulación por división ortogonal de frecuencia (OFDM)
• Modulación por longitud de onda
Algunas modulaciones por impulsos son idóneas para modular señales digitales:
• Modulación por impulsos codificados (PCM)
• Modulación por anchura de impulsos (PWM)
• Modulación por amplitud de impulsos (PAM)
• Modulación por posición de impulsos (PPM)
Para señales binarias (1s y 0s) de baja velocidad existen modulaciones por desplazamiento:
• Modulación por desplazamiento de amplitud (ASK)
• Modulación por desplazamiento de frecuencia (FSK)
• Modulación por desplazamiento de fase (PSK)
• Modulación por desplazamiento de amplitud y fase (APSK o APK)
Antena
De Wikipedia, la enciclopedia libreSaltar a navegación, búsquedaPara otros usos de este término, véase Antena (desambiguación).
Antena de onda corta "Cortina", Moosbrunn, Austria
Antena para Comunicaciones por satélite en banda-C de 15 m de diámetro.
Una antena es un dispositivo diseñado con el objetivo de emitir o recibir ondas electromagnéticas hacia el espacio libre. Una antena transmisora transforma voltajes en ondas electromagnéticas, y una receptora realiza la función inversa. En el caso que las antenas estén conectadas por medio de guiaondas, esta función de transformación se realiza en el propio emisor o receptor.
Existe una gran diversidad de tipos de antena, dependiendo del uso a que van a ser destinadas. En unos casos deben expandir en lo posible la potencia radiada, es decir, no deben ser directivas (ejemplo: una emisora de radio generalista o la central de los teléfonos móviles), otras veces deben serlo para canalizar la potencia y no interferir a otros servicios (antenas entre estaciones de radioenlaces). También es una antena la ferrita que permite oir un radio-receptor a transistores, o la que está integrada en la computadora portátil para conectarse a las redes Wi-Fi.
Las características de las antenas dependen de la relación entre sus dimensiones y la longitud de onda de la señal de radiofrecuencia transmitida o recibida. Si las dimensiones de la antena son mucho más pequeñas que la longitud de onda, las antenas se denominan elementales. Las antenas resonantes tienen dimensiones del orden de media longitud de onda.
Contenido
[ocultar] 1 Parámetros de una antena
o 1.1 Diagrama de radiación (Patrón de radiación) o 1.2 Ancho de banda o 1.3 Directividad o 1.4 Ganancia o 1.5 Impedancia de entrada o 1.6 Anchura de haz o 1.7 Polarización o 1.8 Relación Delante/Atrás
2 Tipos básicos de antenas o 2.1 Antenas de hilo
2.1.1 Antenas helicoidales o 2.2 Antenas de apertura o 2.3 Antenas planas
3 Clasificación funcional o 3.1 Antenas con reflector
3.1.1 Tipos básicos de antenas con reflector 3.1.1.1 Foco primario 3.1.1.2 Offset 3.1.1.3 Cassegrain 3.1.1.4 Alimentadores para antenas con reflector (bocinas) 3.1.1.5 Lentes dieléctricas
3.1.2 Ingeniería con estas antenas [3] 3.1.2.1 Iluminación parabólica sobre pedestal 3.1.2.2 Ganancia en estas antenas 3.1.2.3 Ganancias típicas
o 3.2 Antenas planas 3.2.1 Tipos básicos de antenas planas 3.2.2 Antenas de bucle magnético
3.2.2.1 Antenas Microstrip [4] 3.2.2.2 Antenas de apertura sintética (SAR)
3.2.3 Aplicaciones de las antenas planas 3.2.3.1 Radio digital por satélite 3.2.3.2 SAR
3.2.4 Ingeniería con antenas planas 3.2.4.1 Efecto del Dieléctrico
o 3.3 Antenas de dipolos 3.3.1 Tipos básicos de antenas de dipolo
3.3.1.1 Dipolo corto 3.3.1.2 Dipolo de media onda 3.3.1.3 Dipolo doblado 3.3.1.4 Antena Yagi 3.3.1.5 Log periódica 3.3.1.6 Array
3.3.2 Ingeniería con estas antenas 3.3.2.1 Log Periódica 3.3.2.2 Yagi 3.3.2.3 Dipolo doblado 3.3.2.4 Arrays
3.3.3 Arrays de Dipolos para Redes GSM/UMTS 3.3.3.1 Acoplamiento entre Elementos Radiantes
4 Antenas en recepción 5 Influencia de la Tierra 6 Referencias 7 Véase también 8 Notas
9 Enlaces externos
[editar] Parámetros de una antena
Las antenas se caracterizan eléctricamente por una serie de parámetros, estando los más habituales descritos a continuación:
[editar] Diagrama de radiación (Patrón de radiación)
Es la representación gráfica de las características de radiación de una antena. Es habitual representar el módulo del campo eléctrico o la densidad de potencia radiada, aunque también se pueden encontrar diagramas de polarización o de fase.
Diagrama de radiación
[editar] Ancho de banda
Es el margen de frecuencias en el cual los parámetros de la antena cumplen unas determinadas características. Se puede definir un ancho de banda de impedancia, de polarización, de ganancia o de otros parámetros.
[editar] Directividad
Es la relación entre la densidad de potencia radiada en la dirección de máxima radiación, a una cierta distancia r y la potencia total radiada dividida por el área de la esfera de radio r. La directividad se puede calcular a partir del diagrama de radiación. La ganancia de una antena es igual a la directividad multiplicada por la eficiencia.
[editar] Ganancia
Es la relación entre la densidad de potencia radiada en la dirección del máximo a una distancia r y la potencia total entregada a la antena dividida por el área de una esfera de radio r. La eficiencia de una antena es la relación entre la ganancia y la directividad.
Dicha relación, coincide con la relación entre la potencia total radiada y la potencia entregada a la antena.1
[editar] Impedancia de entrada
Es la impedancia de la antena en sus terminales. Es la relación entre la tensión y la
corriente de entrada. . La impedancia es compleja. La parte real de la impedancia se denomina Resistencia de Antena y la parte imaginaria es la reactancia. La resistencia de antena es la suma de la resistencia de radiación y la resistencia de pérdidas. Las antenas se denominan resonantes cuando se anula su reactancia de entrada.
[editar] Anchura de haz
Es un parámetro de radiación, ligado al diagrama de radiación. Se puede definir el ancho de haz a -3dB, que es el intervalo angular en el que la densidad de potencia radiada es igual a la mitad de la máxima. También se puede definir el ancho de haz entre ceros, que es el intervalo angular del haz principal del diagrama de radiación, entre los dos ceros adyacentes al máximo.
[editar] Polarización
Las antenas crean campos electromagnéticos radiados. Se define la polarización electromagnética en una determinada dirección, como la figura geométrica que traza el extremo del vector campo eléctrico a una cierta distancia de la antena, al variar el tiempo. La polarización puede ser lineal, circular y elíptica. La polarización lineal puede tomar distintas orientaciones (horizontal, vertical, +45º, -45º). Las polarizaciones circular o elíptica pueden ser a derechas o izquierdas (dextrógiras o levógiras), según el sentido de giro del campo (observado alejándose desde la antena).
Se llama diagrama copolar al diagrama de radiación con la polarización deseada y diagrama contrapolar (crosspolar, en inglés) al diagrama de radiación con la polarización contraria.
[editar] Relación Delante/Atrás
Es la relación entre la potencia radiada en la dirección principal y la potencia radiada en la dirección opuesta. En inglés este parámetro se denomina Front to Back Ratio F/B.
[editar] Tipos básicos de antenas
Existen tres tipos básicos de antenas: antenas de hilo, antenas de apertura y antenas planas.
[editar] Antenas de hilo
Las antenas de hilo son antenas cuyos elementos radiantes son conductores de hilo que tienen una sección despreciable respecto a la longitud de onda de trabajo.2 . Las
dimensiones suelen ser como máximo de una longitud de onda. Se utilizan extensamente en las bandas de MF, HF, VHF y UHF. Se pueden encontrar agrupaciones de antenas de hilo. Ejemplos de antenas de hilo son:
El monopolo vertical El dipolo y su evolución, la antena Yagi La antena espira La antena hélice
Las antenas de hilo se analizan a partir de las corrientes eléctricas de los conductores.
[editar] Antenas helicoidales
La antena helicoidal es un tipo especial de antena que se usa principalmente en VHF y UHF. Un conductor describe una hélice, consiguiendo así una polarización circular.
[editar] Antenas de apertura
La antenas de apertura son aquellas que utilizan superficies o aperturas para direccionar el haz electromagnético de forma que concentran la emisión y recepción de su sistema radiante en una dirección, formando ángulos sólidos. La más conocida y utilizada es la antena parabólica, tanto en enlaces de radio terrestres como satélites. La ganancia de dichas antenas estará relacionada con la superficie de la parábola, a mayor tamaño mayor colimación del haz tendremos y por lo tanto mayor ganancia en una menor apertura angular. El elemento radiante es el alimentador, el cual puede iluminar en forma directa a la parábola o en forma indirecta mediante un subreflector, dependiendo del diseño de la misma. El alimentador está generalmente ubicado en el foco de la parábola. El alimentador, en sí mismo, también es una antena de apertura (se denominan antenas de bocina) que puede utilizarse sin reflector, cuando el objetivo es una cobertura más amplia (e.g. cuando se pretende cubrir la totalidad de la superficie de la tierra desde un satélite en órbita geoestacionaria).
Se puede calcular la directividad de este cierto tipo de antenas, , con la siguiente expresión, donde es el área y es la longitud de onda:
Reflectores parabólicos
Hay varios tipos de antenas de apertura, como la antena de bocina, la antena parabólica, la antena parabólica del Radar Doppler y superficies reflectoras en general.
[editar] Antenas planas
Un tipo particular de antena plana son las antenas de apertura sintética, típicas de los radares de apertura sintética (SAR).
[editar] Clasificación funcional
La clasificación tradicional de las antenas se basa, fundamentalmente, en la forma en que se distribuye el campo electromagnético en la propia antena o en la tecnología utilizada. No obstante, también pueden hacerse clasificaciones desde un punto de vista práctico: una catalogación de las antenas desde el punto de vista de sus prestaciones y tecnología, casos de uso concretos y discusiones acerca de los parámetros de ingeniería que ayuden al entendimiento de su funcionamiento.
A continuación se desarrolla la aproximación práctica propuesta por la Universidad Europea de Madrid (Laureate International Universities).[cita requerida]
[editar] Antenas con reflector
La manera de producir y recibir ondas electromagnéticas que viajan en el espacio sin hilos, es a través de reflectores parabólicos, también conocidos como antenas.
Su utilización radica en una propiedad por la cual las ondas que inciden paralelamente al eje principal se reflejan y van a parar a un punto denominado foco que está centrado en el paraboloide, en el caso de una antena receptora, en cambio si se trata de una antena emisora, las ondas que emanan del foco (dispositivo de emisión) se ven reflejadas y abandonan el reflector en forma paralela al eje de la antena.
[editar] Tipos básicos de antenas con reflector
Antena Foco Primario
[editar] Foco primario
La superficie de estas antenas es un paraboloide de revolución. Las ondas electromagnéticas inciden paralelamente al eje principal, se reflejan y dirigen al foco.
El foco está centrado en el paraboloide.
Tienen un rendimiento máximo de aproximadamente el 60%, es decir, de toda la energía que llega a la superficie de la antena, el 60% lo hace al foco y se aprovecha, el
resto se pierde debido principalmente a dos efectos, el efecto spillover y el efecto bloqueo.
Su relativa gran superficie implica un menor ángulo de anchura del haz (3 dB), por lo que la antena debe montarse con mayor precisión que una antena offset normal. La lluvia y la nieve pueden acumularse en el plato e interferir en la señal; Además como el LNB va montado centralmente, bloquea muchas señales con su propia sombra sobre la superficie de la antena.
Antena Offset
[editar] Offset
Una antena offset esta formada por una sección de un reflector paraboloide de forma oval. La superficie de la antena ya no es redonda, sino oval y simétrica (elipse). El punto focal no está montado en el centro del plato, sino a un lado del mismo (offset), de tal forma que el foco queda fuera de la superficie de la antena. Debido a esto, el rendimiento es algo mayor que en la de Foco Primario, pudiendo ser de un 70% o algo más.
[editar] Cassegrain
Este tipo de antenas presentan una gran directividad, una elevada potencia en el transmisor y un receptor de bajo ruido. Utilizar una gran antena reflectora implica grandes distancias del transmisor al foco (y la imposibilidad de colocar equipos en él) por lo que una solución es emplear un segundo reflector o subreflector. En el caso del reflector parabólico Cassegrain el subreflector es hiperbólico.
El reflector principal refleja la radiación incidente hacia el foco primario. El reflector secundario posee un foco en común con el reflector parabólico.
El sistema de alimentación está situado en el foco secundario, de manera que el centro de fases del alimentador coincide con el foco secundario del hiperboloide.
El paraboloide convierte una onda plana incidente en una esférica dirigida hacia el foco primario, que es entonces reflejada por el subreflector para formar una onda esférica incidente en el alimentador.
[editar] Alimentadores para antenas con reflector (bocinas)
Las bocinas son utilizadas como alimentador en las antenas, es decir, se utilizan para iluminar el reflector formando lo que se conoce como antena parabólica. La bocina de alimentación se encuentra situada en el foco del paraboloide.
Una única bocina puede utilizarse como una antena de cobertura global en satélites; además se pueden agrupar varias bocinas (alimentándolas con una amplitud y una fase diferentes), para conseguir un determinado diagrama de radiación y dar cobertura a un país o continente. La agrupación de bocinas sería el alimentador del reflector.
En una transmisión la bocina emite energía desde el foco hacia la superficie del reflector, consiguiendo radiar sobre el rango de cobertura deseado, mientras que en una recepción el reflector actúa como un acumulador de energía de la señal, que es concentrada hacia la bocina alimentadora.
Las bocinas pueden transmitir ó recibir dos ondas con polarización distinta, siempre que la polarización sea ortogonal. Esto se consigue con un dispositivo llamado acoplador ortomodo (OMT), que es un sistema de guía de ondas en forma de T, donde por la guía principal se propagan dos modos dominantes ortogonales y cada guía adosada soporta uno de los dos modos anteriores.
La polarización ha de ser ortogonal para que no se produzcan interferencias.
De acuerdo con la forma de la apertura, las bocinas pueden ser de dos tipos: piramidal y cónica.
Bocina piramidal
Bocina Piramidal
Es un tipo de bocina rectangular. Se ensancha tanto en el plano E como en el H, lo que permite radiar haces estrechos en ambos planos. Este tipo de bocinas son adecuadas para sistemas de polarización lineal. Su ganancia puede calcularse exactamente a partir de sus dimensiones físicas por ello se suelen utilizar como patrones de comparación en las medidas de ganancia. El diseño de una bocina piramidal requiere que su garganta coincida con la guía rectangular de alimentación.
Bocina cónica
Se utilizan fundamentalmente en antenas de satélites de haz global. Son las más adecuadas para utilizar polarizaciones circulares, aunque también pueden utilizar polarización lineal.
Bocina Cónica Corrugada (corrugaciones en la cara interna)
Según el modo de propagación transmitido se clasifican como: bocinas de modo dominante, bocinas de modo dual y bocinas corrugadas.
Bocinas de modo dominante: se sintoniza al modo predominante de la guía de onda circular, el modo TE11.
Bocinas multimodo: se sintoniza al modo de propagación TE11 de la onda que se propaga por la guía de onda, junto al modo TM11 que es el siguiente modo de propagación.
Bocinas corrugadas (o híbridas): se ajustan a un modo híbrido (HE11), con lo que se consigue un ancho de haz amplio y simétrico gracias a lo cual el reflector se alimenta uniformemente. Además con este tipo de bocinas se consigue una polarización más pura.
Bocina con lente dieléctrica
[editar] Lentes dieléctricas
Otra manera de concentrar la radiación de una fuente primaria (foco) es con la utilización de una lente dieléctrica.
Gracias a la utilización de una lente dieléctrica en la boca del alimentador de una antena (bocina), se consigue disminuir el error de fase.
Este tipo de lentes transforma el frente de ondas esférico en un frente de ondas planas a la salida de la lente, con lo que se consigue ampliar la ganancia.
Con las lentes dieléctricas también se consigue modificar la distribución de amplitud, haciéndola más uniforme y aumentando la eficiencia de apertura del sistema.
[editar] Ingeniería con estas antenas3
[editar] Iluminación parabólica sobre pedestal
Para distribuciones parabólicas sobre pedestal el modelo de campo de apertura es el siguiente:
Eab(r) = C + (1 - C) [1 - (r / a) 2] n
Iluminación sobre el borde de la parábola (dB)
Nivel del lóbulo secundario
Radio de la apertura
a = D / 2
Distribuciones parabólicas sobre pedestal: parámetros de campo radiado
Iluminación en el borde n=1 n=2
C (dB) C HP (rad) SLL (dB) E HP (rad) SLL (dB) E
-8 0,398 1,12 λ /2a -21,5 0,942 1,14 λ /2a -24,7 0,918
-10 0,316 1,14 λ /2a -22,3 0,917 1,17 λ /2a -27,0 0,877
-12 0,251 1,16 λ /2a -22,9 0,893 1,20 λ /2a -29,5 0,834
-14 0,200 1,17 λ /2a -23,4 0,871 1,23 λ /2a -31,7 0,792
-16 0,158 1,19 λ /2a -23,8 0,850 1,26 λ /2a -33,5 0,754
-18 0,126 1,20 λ /2a -24,1 0,833 1,29 λ /2a -34,5 0,719
-20 0,100 1,21 λ /2a -24,3 0,817 1,32 λ /2a -34,7 0,690
Ancho de Haz a -3dB
Nivel de lóbulo lateral
Eficiencia de iluminación
[editar] Ganancia en estas antenas
La ganancia se puede calcular como: G = 4
Área de la apertura
Eficiencia total
La eficiencia total es debida a las siguientes eficiencias parciales:
Rendimiento de radiación (típicamente el del alimentador).
Eficiencia de iluminación (o de apertura). Eficiencia de spillover. Eficiencia por contrapolar. Eficiencia por error en la superficie. Eficiencia por bloqueo. Pérdidas por desplazamientos del alimentador.
Eficiencia de Iluminación aplicando el modelo de iluminación parabólica sobre pedestal (n=2)
Eficiencia de Iluminación:
Son las pérdidas de ganancia relacionadas con la iluminación no uniforme de la apertura.
Eficiencia de Spillover:
Es la pérdida de ganancia debida a la radiación del alimentador fuera del ángulo que contiene el reflector.
A medida que la ilumnación del borde crece aumenta la eficiencia de iluminación pero disminuye la eficiencia de spillover.
El punto óptimo para la eficiencia Combinada (Iluminación y Spillover), se situa típicamente en torno a C=-10dB,-12dB.
Eficiencia combinada
Eficiencia por Contrapolar:
Es la medida de la pérdida de energía en la que el componente contrapolar radiada.
En los sitemas centrados que no introducen componente contrapolar, esta eficiencia mide las características del alimentador.
Eficiencia por error en la superficie:
Esta relacionada con las desviaciones del frente de fase en la apertura respecto a la onda plana ideal, debidas a las distorsiones de la superficie de los reflectores.
Eficiencia por Bloqueo:
Aparece a causa de la porción de apertura bloqueda por:
Alimentador (ó Subreflector). Soportes del alimentador ó del subreflector.
Pérdidas por desplazamientos:
Desplazamiento lateral:
El desplazamiento lateral del alimentador causa un apuntamiento del haz en sentido contrario al movimiento del alimentador.
Se produce una caida de la Ganancia y el Efecto de Coma (incremento asimétrico en el nivel de los lóbulos secundarios hasta juntarse uno de ellos con el lóbulo principal).
Desplazamiento axial:
La variación en la posición del alimentador a lo largo del eje z produce un error de fase de orden cuadrático en el campo de apertura que rellena los nulos del diagrama de radiación y disminuye la ganancia.
[editar] Ganancias típicas
La ganancia de una antena reflectora de apertura circular se obtine como:
G =
La eficiencia total que se suele obtener es del orden de:
Reflector simple centrado: 60% Sistema Cassegrain centrado: 65 al 70% Sistema Offset: 70 al 75% Sistema doble con superficies conformadas para máxima ganacia: 85 al 90%
[editar] Antenas planas
[editar] Tipos básicos de antenas planas
[editar] Antenas de bucle magnético
Las antenas de bucle magnético consisten en un bucle de forma circular, octogonal o rectangular. El perimetro de la antena puede ser del orden de la longitud de onda, o bien bastante menor.
Estas antenas tienen una elevada direccionalidad, con el maximo de recepción en el plano de la antena, y el minimo en el plano perpendicular al plano de la antena,
Son poco afectadas por la tierra a partir de alturas superiores a un metro y medio.
En contrapartida, estas antenas desarrollan tensiones de varios kilovolts en bornes, lo que significa que los materiales deben ser capaces de desarrollar esas tensiones. Las medidas de seguridad también se ven afectadas.
Finalmente, el ancho de banda es de unos pocos kilohertz, lo que significa que en caso de cambio de frecuencia require un nuevo ajuste de la impedancia.
[editar] Antenas Microstrip4
Existen varios tipos de antenas microstrip, la más común es la antena parche.Esta antena es de banda estrecha y esta fabricada cubriendo los elementos de la antena en un metal con sustrato dieléctrico formando una superficie plana. Las formas más comunes de los parches son cuadrados, rectangulares, circulares y elípticas pero es posible cualquier forma.
Estas antenas suelen estar montadas en aviones ,naves espaciales o incorporadas a radios de comunicaciones móviles. Las antenas microstrip son baratas de construir gracias a su simple estructura .Estas antenas también son utilizadas en UHF ya que el tamaño de la antenas es directamente proporcional al ancho de banda de la frecuencia de resonancia .Una sola antena microstrip puede tener una ganacia de 6-9dBi.Un array de estas antenas consigue mayores ganancias que una sola antena microstrip. La antena microstrip más utilizada es la de parche rectangular .Esta antena es aproximadamente la mitad de la sección de la longitud de onda de la linea de transmisión de una microstrip rectangular. Una ventaja de estas antenas es la diversidad de polarización, pueden ser fácilmente diseñadas para estar polarizadas en vertical, horizontal, circular derecha o circular izquierda.
Este tipo de antenas se diseñan a partir de líneas de transmisión o resonadores sobre substrato dieléctrico. Su estructura consiste en un parche metálico sobre un substrato dieléctrico sin pérdidas. El grosor varia entre 0.003 y 0.05 y su constante dieléctrica puede tomar valores entre 2 y 12. En la parte inferior hay un plano conductor perfecto.
Las antenas parche son un tipo popular de antena cuyo nombre viene del hecho de que consisten básicamente en un parche de metal tapado por un soporte plano que normalmente es de plástico y lo protege de daños.
Antena parche
Configuración
La antena parche más simple usa un parche con una longitud que es las mitad de la longitud de onda y un soporte más largo. El flujo de la corriente va en la dirección del cable de alimentación, así el vector de potencia y el campo magnético siguen la misma dirección que la corriente. Una antena simple de este tipo radia una onda polarizada linealmente.
Ganancia
En una antena microstrip con parche rectangular mientras la longitud del parche sea la misma que la del dipolo resonante podemos tener 2 dB de ganancia de la directividad de la línea vertical del parche. Si el parche es cuadrado pueden ser otros 2 o 3 dB. El soporte plano impide la radiación alrededor de la antena reduciendo la potencia media en todas las direcciones en un factor de 2.lo que hace que la ganancia aumente en 3 dB. Un patrón típico de diagrama de radiación de una antena polarizada linealmente de 900 Mhz es el dibujado en la siguiente gráfica. La gráfica muestra un corte en el plano horizontal, el plano vertical es muy similar.
En esta gráfica podemos ver que en un ángulo de 90º la radiación es máxima, mientras que si nos vamos alejando la radiación es menor y acaba cayendo 3 dB. También se puede ver que por detrás del parche hay una pequeña radiación.
Comparación entre dos antenas: la antena "A" con un parche de 2×2 dm y la antena "B" con 3×3 dm. Puede observarse cómo varía el ancho de banda y la perdida de retorno según va aumentando la frecuencia.
Impedancia del ancho de banda
La impedancia del ancho de banda de una antena está influenciado por el espacio que hay entre el parche y el soporte plano, cuanta menos distancia haya se radiara menos energía y más energía se quedara en la inductancia y capacitancia de la antena con lo que el factor Q aumenta. La ecuación para estimar el ancho de banda de estas antenas es:
Donde d es la altura del parche, W es el ancho, Z0 es la impedancia de espacio libre y Rrad es la resistencia de radiación de la antena. Una ecuación reducida podría ser:
Polarización circular
Polarización circular
También es posible fabricar antenas con ondas polarizadas circularmente. Mirando el dibujo se puede ver como se introduce un retardador de frecuencia que lo que hace es desfasar el vector en 90º y así se consigue que sea una radiación circular.
Algunas de las aplicaciones de estas antenas son para antenas de los sistemas de teledetección, sistemas de posicionamiento global, antenas de móviles, aplicadores de calor de tratamientos de hipertermia, altímetros de aviones, aplicaciones militares y todos los sistemas a frecuencias de microondas.
Estas antenas se pueden alimentar de varias formas:
A través de líneas impresas A través de ranuras Sondas coaxiales Acoplamiento de las cavidades
Se puede encontrar un modelo de simulación y la configuración de los distitntos parámetros de estas antenas en la siguiente página:[1]
Una página donde se puede calcular una antena con los valores que desees es: [2]
[editar] Antenas de apertura sintética (SAR)
Este tipo de antenas o radares ilumina una escena a través de una sucesión de pulsos en una frecuencia determinada. Una parte de la energía que se propaga (en todas direcciones) vuelve a la antena (eco).Un sensor mide la intensidad y el retardo de las señales emitidas y las que vuelven y con la interpretación de estos últimos se forman imágenes en función de la distancia al radar. Este radar es un sensor activo, ya que lleva
su propia fuente de alimentación. Opera principalmente en la radiación microondas, lo que hace que sea más independiente de factores externos como lluvia, nubosidad o niebla. Esto permite la observación continua, incluso en horario nocturno.
Se trabaja en dominio discreto al hacer muestreo de las señales. Las imágenes radar están compuestas por muchos puntos o elementos, denominados píxeles. Cada píxel representa un eco de vuelta detectado.
Un satélite que utiliza este tipo de antena o radar es el European Remote Sensing Satellite (ERS).
[editar] Aplicaciones de las antenas planas
[editar] Radio digital por satélite
Se trata de un servicio de radio con procesamiento digital de sonido que puede ser utilizado tanto en edificios como en un vehículo. Los abonados a este servicio podrán disponer de más de 100 canales con la posibilidad de escuchar la misma emisora de radio sin tener que mover el dial del receptor de la radio.
Este sistema sólo existe en Estados Unidos y hay 2 equipos disponibles: Sony XM -Plug and Play- Radio y Pioneer XM Universal Receiver.
Las empresas que han lanzado este sistema son XM y Worldspace.
[editar] SAR
En cuanto a los SAR algunas de sus aplicaciones son:
Generación de modelos digitales de terreno. Se reconstruyen las altitudes de terreno a partir del desenrollado de fase de un interferograma. Esto tiene importantes aplicaciones que incluyen la planificación de redes de telecomunicación móvil, explotación geológica y planificación urbana. También es útil para la construcción de modelos topográficos en áreas remotas donde no se dispone de datos.
Control del hielo en el mar. La observación casi continua sin la influencia de las condiciones meteorológicas y la larga noche invernal proporciona datos para servicios de navegación en invierno. Con un estudio de este tipo se obtienen datos como localizaciones de masas de hielo, estimaciones del tipo de hielo y su concentración.
Clasificación de uso de tierra y monitorización de bosques. Se puede estudiar la respuesta en amplitud o intensidad de la señal o eco de retorno para controlar distintos tipos de cultivos, talas incontroladas, es decir, los diferentes cultivos se pueden identificar según sus efectos sobre la variación de la coherencia o sobre la respuesta espectral.
Identificación de depósitos materiales. Se pueden detectar los accidentes y estructuras que indican la presencia de depósitos minerales, bien sea para prospección con fines de explotación como de estudio.
Vigilancia de zonas costeras. Se utilizan este tipo de radares para controlar los efectos del crecimiento incontrolado en las zonas costeras. Algunos de estos efectos pueden ser acumulación de contaminantes, erosión, agotamiento rápido de recursos...
Inundaciones. Se pueden emplear estas técnicas para tener modelos hidrológicos y de cauces que sirvan como previsión.
Control de glaciares. Es posible medir con estos radares sus dimensiones así como controlar sus variaciones a lo largo del tiempo
[editar] Ingeniería con antenas planas
[editar] Efecto del Dieléctrico
La carga dieléctrica de una antena microstrip afecta tanto a la radiación como a su impedancia de ancho de banda.A medida que incrementa la constante dieléctrica del sustrato, el ancho de banda disminuye lo que hace que disminuya también el factor Q y por lo tanto también disminuye la impedancia de ancho de banda.Esto no aparece inmediatamente cuando se utiliza el modelo lineal de transmisión pero si cuando utilizamos el modelo de cavidad.La radiación de una antena microstrip rectangular se puede entender como un par de ranuras equivalentes.Estas ranuras pueden actuar como un array y tener su directividad más alta cuando la antena tiene como dielectrico el aire y disminuye cuando la antena es cargada con material con incremento relativo de la constante dieléctrica.
[editar] Antenas de dipolosArtículo principal: Dipolo (antena)
Un dipolo es una antena con alimentación central empleada para transmitir o recibir ondas de radiofrecuencia. Estas antenas son las más simples desde el punto de vista teórico.
[editar] Tipos básicos de antenas de dipolo
[editar] Dipolo corto
Un dipolo corto (o también llamado dipolo elemental) es un dipolo con una longitud mucho menor que la longitud de onda con polarización lineal (horizontal o vertical
A 1 MHz de frecuencia la longitud de onda es de 300 m. Por tanto, la mayoría de las antenas se comportan como dipolo corto a frecuencias menores de 1 Mhz.
Antena de dipolo corto
[editar] Dipolo de media onda
Es un dipolo muy similar al dipolo corto pero en este caso la longitud es igual a la mitad de la longitud de onda.
[editar] Dipolo doblado
Un dipolo doblado consiste en dos dipolos paralelos cortocircuitados en su extremo. Uno de los dipolos es alimentado en el centro por un generador.
El ancho de banda del dipolo doblado es superior a la del dipolo simple, debido a que las reactancias se compensan y también tiene una mayor impedancia.
[editar] Antena Yagi
Una antena Yagi consiste en una antena de dipolo a la cual se le añaden unos elementos llamados "parásitos" para hacerlo direccional. Estos elementos pueden ser directores o reflectores.
Los elementos directores se colocan delante de la antena y refuerzan la señal en el sentido de emisión.
Los elementos reflectores se colocan detrás y bloquean la captación de señales en la dirección opuesta al emisor.
[editar] Log periódica
Antena logoperiódica.
Una antena de tipo log periódica es una antena cuyos parámetros de impedancia o de radiación son una función periódica del logaritmo de la frecuencia de operación. El diseño de estas antenas se realiza a partir de unas ciertas dimensiones como las dimensiones de un dipolo o la separación que se van multiplicando por una constante. Una de los diseños más conocidos es la agrupación logoperiódica de dipolos.
[editar] Array
Una antena array es un conjunto de elementos radiantes individuales alimentados desde un mismo terminal mediante redes lineales. Normalmente suelen ser elementos iguales y con la misma orientación. Se pueden encontrar muchos tipos de arrays diferentes dependiendo de su clasificación. Las agrupaciones se pueden clasificar por ejemplo según su geometría, según la red, su aplicación..
[editar] Ingeniería con estas antenas
[editar] Log Periódica
Las antenas log periódica se caracterizan por tener un gran ancho de banda.
Un ejemplo de log periódica es la antena SLP-1.7:2.5-11. En este caso, el rango de frecuencias es de 1700 a 2500 MHz. Por lo tanto, esto supone un ancho de banda del 38%. Esta antena en concreto se utiliza para diferentes servicios, como por ejemplo; GSM, DCS, DECT, UMTS y WLAN, que operan en distintas bandas de frecuencia.
Al ser el ancho de banda (como acabamos de ver en el ejemplo anterior) tan grande, con respecto a otras antenas de dipolo, se considera a las antenas lod periódica antenas de banda ancha.
[editar] Yagi
A continuación se muestran tres tipos de antenas, cuya comparación ilustra lo común de estas antenas, y también sus diferencias. Este tipo de ejercicio es el que los ingenieros deben realizar para elegir la antena más adecuada en cada caso. 5
Antena Yagi 1044
Este tipo de antena tiene un ancho de banda del 57 % (canales 21-69) y una ganancia de 16,5 dBi. A la hora de seleccionar una antena un ingeniero debe tener en cuenta otros conceptos como la descripción de la antena que se hace a continuación. Estas antenas se caracterizan por el diseño en X de sus elementos directores, los cuales la hacen más corta que una antena Yagi convencional. Esta construcción consigue una elevada inmunidad contra las señales generadas por la actividad humana, tales como motores o electrodomésticos; y una perfecta adaptación de impedancias.
Antena Yagi 1443
Esta antena tiene un ancho de banda y una ganancia muy similar al ejemplo anterior. Está compuesta por un array angular de dos conjuntos de elementos directores dispuestos en V. De la misma manera que la antena descrita anteriormente, esta también tiene una reducidas dimensiones.
Antena Yagi 1065
Este tipo de antena, al tener muchos menos directores y tener un único reflector, tiene una ganancia mucho menor que las antenas anteriores. En este caso la ganancia es de 9,5 dBi. De esta manera se puede apreciar cuál es la función de los reflectores y directores en las antenas de dipolo y cómo estos modifican la ganancia de las mismas.
[editar] Dipolo doblado
A la hora de estudiar este tipo de dipolos, la corriente que los alimenta se suele descomponer en dos modos; par (o modo antena), e impar (o modo línea de transmisión).
El análisis en modo par es el que se realiza cuando se tiene en cuenta que en ambos brazos hay la misma alimentación y en el mismo sentido. El análisis en modo impar, sin embargo, es el que se hace teniendo en cuenta un sentido contrario de la corriente en cada brazo (dos generadores con signos opuestos). Las corrientes totales serán por tanto la suma de las corrientes halladas en cada modo.
Análisis del modo impar
El modo impar equivale a dos líneas de transmisión en cortocircuito, alimentadas en serie. La impedancia de una línea de transmisión de longitud H, terminada en cortocircuito es
zt = jz0tankH
La corriente del modo impar del dipolo doblado es
Análisis del modo par
A partir de la siguiente fórmula se halla la corriente del modo par:
Siendo zd la impedancia de un dipolo aislado, ya que la impedancia mutua de dos dipolos cercanos tiende a la impedancia de un dipolo aislado.
Una vez halladas las corrientes tanto en modo par como impar, se sumarán para hallar la corriente total. La fórmula resultante será la siguiente:
El ancho de banda del dipolo doblado es superior a la del dipolo simple, debido a que las reactancias se compensan. También hay que tener en cuenta que la relación entre las corrientes del dipolo doblado y del dipolo aislado es 2Idd = Id , y que la potencia a la entrada de los dos dipolos es idéntica, se deduce que
zdd = 4zd
En conclusión, un dipolo doblado equivale a un dipolo simple con corriente de valor doble, e impedancia 4 veces. El diagrama de radiación, sin embargo, será igual al del dipolo simple.
[editar] Arrays
Para analizar el comportamiento de una antena array se suele dividir el análisis en dos partes: red de distribución de la señal y conjunto de elementos radiantes individuales. La red de distribución viene definida por su matriz de impedancias (Z), admitancias (Y) o parámetros de dispersión (S).
Para analizar el Array, se excita un solo elemento y los demás de dejan en circuito abierto.
También hay muchos casos en los que se debe tener en cuenta lo que influyen los demás elementos en la radiación del elemento alimentado (esto se denomina "acoplamiento").
El diagrama de radiación es el producto del diagrama del elemento y del factor de array. Gracias al factor de array (valor escalar) se puede analizar la geometría y la ley de excitación sobre la radiación.
La fórmula para hallar el campo total radiado será la siguiente:
Factor de array:
Resto de parámetros:
[editar] Arrays de Dipolos para Redes GSM/UMTS
[editar] Acoplamiento entre Elementos Radiantes
Normalmente una antena se sitúa en una pared o sobre una estructura y muchas veces rodeada de elementos conductores. Las estaciones base de las antenas modernas GSM, incluso suelen estar compuestas de múltiples antenas por sector, donde es posible que dos antenas estén tan cerca que pueden interferir en su radiación. Los operadores GSM deben tener esto en cuenta ya que la ganacia de la antena puede variar. Esta distorsión puede utilizarse a nuestro favor si es necesario, simplemente añadiendo algún director o reflector en el área cercana para conseguir más dBs en la dirección deseada.6
[editar] Antenas en recepción
Los diferentes tipos de antenas y su irradiación.
El campo eléctrico de una onda electromagnética induce una tensión en cada pequeño segmento del conductor de una antena. La corriente que circula en la antena tiene que atravesar la impedancia de la antena.
Utilizando el teorema de reciprocidad se puede demostrar que el circuito equivalente de Thévenin de una antena en recepción es el siguiente:
es la tensión del circuito equivalente de Thevenin. es la impedancia del circuito equivalente de Thevenin y es igual a la
impedancia de la antena. es la resistencia en serie de la impedancia de la antena. es la ganancia de la antena (la misma que en emisión) en la dirección de
donde vienen las ondas electromagnéticas. es la longitud de onda. es el campo eléctrico de la onda electromagnética incidente. es el ángulo que mide el desalineado del campo eléctrico con la antena. Por
ejemplo, en el caso de una antena formada por un dipolo, la tensión inducida es máxima cuando el dipolo y el campo eléctrico incidente están alineados. Si no lo están, y que forman un ángulo la tensión inducida estará multiplicada por .
El circuito equivalente y la fórmula de la derecha son válidos para todo tipo de antena: que sea un dipolo simple, una antena parabólica, una antena Yagi-Uda o una red de antenas.
He aquí tres definiciones:
El corolario de estas definiciones es que la potencia máxima que una antena puede extraer de una onda electromagnética depende exclusivamente de la ganancia de la antena y del cuadrado de la longitud de onda (λ).
[editar] Influencia de la Tierra
La conductividad del terreno es un factor determinante en la influencia de la tierra sobre la propagación de las ondas electromagnéticas. La conductividad de la superficie de la
tierra depende de la frecuencia de las ondas electromagnéticas que inciden sobre ella y del material por la que esté compuesta, comportándose como un buen conductor a bajas frecuencias y reduciendo su conductividad a frecuencias mayores.
El coeficiente de reflexión del suelo es un parámetro relacionado con la conductividad e informa acerca de como se reflejan las ondas en él. Su valor depende del ángulo de incidencia y del material que conforma el suelo: tierra húmeda, tierra seca, lagos, mares, zona urbana, etc.
Para un determinado coeficiente de reflexión, la energía reflejada por el suelo aumenta a medida que aumenta el ángulo de incidencia respecto de la normal, siendo la mayor parte de la energía reflejada cuando la incidencia es rasante, y teniendo los campos eléctrico y magnético de la onda reflejada casi la misma amplitud que los de la onda incidente.
En el caso de las antenas, tratándose habitualmente de emisión o recepción a grandes distancias, casi siempre existe una incidencia rasante.
El rayo reflejado por la tierra puede modelarse, desde el punto de vista de la antena receptora, como el rayo transmitido por una antena imagen de la antena transmisora, situada bajo el suelo. El rayo reflejado recorre más distancia que el rayo directo.
La apariencia de la antena imagen es una imagen especular de la apariencia de la antena transmisora real. En algunos casos se puede considerar que la onda transmitida desde la antena real y la onda transmitida desde la antena imagen tienen aproximadamente la misma amplitud, en otros casos, por ejemplo cuando el suelo tiene irregularidades de dimensiones similares o mayores que la longitud de onda, la reflexión del rayo incidente no será neta.
La distancia recorrida por el rayo reflejado por la tierra desde la antena transmisora hasta la antena receptora es mayor que la distancia recorrida por el rayo directo. Esa diferencia de distancia recorrida introduce un desfase entre las dos ondas.
Véase también: Redes de antenas
La figura de la derecha representa un ángulo de incidencia respecto de la horizontal muy grande cuando, en la realidad, el ángulo suele ser muy pequeño. La distancia entre la antena y su imagen es .
La reflexión de las ondas electromagnéticas depende de la polarización. Cuando la polarización es horizontal, la reflexión produce un desfase de radianes, mientras que cuando la polarización es vertical, la reflexión no produce desfase.
La componente vertical de la corriente se refleja sin cambiar de signo, en cambio, la componente horizontal cambia de signo.
En el caso de una antena que emite con polarización vertical (campo eléctrico vertical) el cálculo del campo eléctrico resultante es el mismo que en radiación de un par de antenas. El resultado es:
La inversión de signo para el campo paralelo solo cambia un coseno en un seno:
En estas dos fórmulas:
es el campo eléctrico de la onda electromagnética radiado por la antena si no hubiese la tierra.
es el número de onda. es la longitud de onda. es la altura de la antena.
Acceso múltiple por división de código
De Wikipedia, la enciclopedia libreSaltar a navegación, búsqueda
La multiplexación por división de código, acceso múltiple por división de código o CDMA (del inglés Code Division Multiple Access) es un término genérico para varios métodos de multiplexación o control de acceso al medio basados en la tecnología de espectro expandido.
La traducción del inglés spread spectrum se hace con distintos adjetivos según las fuentes; pueden emplearse indistintamente espectro ensanchado, expandido, difuso o disperso para referirse en todos los casos al mismo concepto.
Habitualmente se emplea en comunicaciones inalámbricas (por radiofrecuencia), aunque también puede usarse en sistemas de fibra óptica o de cable.
Contenido
[ocultar] 1 Introducción: el control de acceso al medio 2 Uso popular del término 3 Detalles técnicos
o 3.1 Multiplexado por división de código (CDMA síncrono) o 3.2 CDMA asíncrono
4 Compañias CDMA o 4.1 Estados Unidos o 4.2 Canadá o 4.3 México o 4.4 Moldova o 4.5 Japón o 4.6 India
5 Referencias
6 Véase también
Introducción: el control de acceso al medio [editar]
Véase también: Control de acceso al medio, Multiplexado, Espectro disperso, FDMA, TDMA y SDMA
Uno de los problemas a resolver en comunicaciones de datos es cómo repartir entre varios usuarios el uso de un único canal de comunicación o medio de transmisión, para que puedan gestionarse varias comunicaciones al mismo tiempo. Sin un método de organización, aparecerían interferencias que podrían bien resultar molestas, o bien directamente impedir la comunicación. Este concepto se denomina multiplexado o control de acceso al medio, según el contexto.
Se aplica el nombre "multiplexado" para los casos en que un sólo dispositivo determina el reparto del canal entre distintas comunicaciones, como por ejemplo un concentrador situado al extremo de un cable de fibra óptica; para los terminales de los usuarios finales, el multiplexado es transparente. Se emplea en cambio el término "control de acceso al medio" cuando son los terminales de los usuarios, en comunicación con un dispositivo que hace de nodo de red, los que deben usar un cierto esquema de comunicación para evitar interferencias entre ellos, como por ejemplo un grupo de teléfonos móviles en comunicación con una antena del operador.
Para resolverlo, CDMA emplea una tecnología de espectro expandido y un esquema especial de codificación, por el que a cada transmisor se le asigna un código único, escogido de forma que sea ortogonal respecto al del resto; el receptor capta las señales emitidas por todos los transmisores al mismo tiempo, pero gracias al esquema de codificación (que emplea códigos ortogonales entre sí) puede seleccionar la señal de interés si conoce el código empleado.
Otros esquemas de multiplexación emplean la división en frecuencia (FDMA), en tiempo (TDMA) o en el espacio (SDMA) para alcanzar el mismo objetivo: la separación de las distintas comunicaciones que se estén produciendo en cada momento, y evitar o suprimir las interferencias entre ellas. Los sistemas en uso real (como IS-95 o UMTS) suelen emplear varias de estas estrategias al mismo tiempo para asegurar una mejor comunicación.
Una analogía posible para el problema del acceso múltiple sería una habitación (que representaría el canal) en la que varias personas desean hablar al mismo tiempo. Si varias personas hablan a la vez, se producirán interferencias y se hará difícil la comprensión. Para evitar o reducir el problema, podrían hablar por turnos (estrategia de división por tiempo), hablar unos en tonos más agudos y otros más graves de forma que sus voces se distinguieran (división por frecuencia), dirigir sus voces en distintas direcciones de la habitación (división espacial) o hablar en idiomas distintos (división por código, el objeto de este artículo): como en CDMA, sólo las personas que conocen el código (es decir, el "idioma") pueden entenderlo.
La división por código se emplea en múltiples sistemas de comunicación por radiofrecuencia, tanto de telefonía móvil (como IS-95, CDMA2000, FOMA o UMTS), transmisión de datos (WiFi) o navegación por satélite (GPS).
Uso popular del término [editar]
Véase también: IS-95 y CDMA2000
El término CDMA, sin embargo, suele utilizarse popularmente para referirse a una interfaz de aire inalámbrica de telefonía móvil desarrollada por la empresa Qualcomm, y aceptada posteriormente como estándar por la TIA norteamericana bajo el nombre IS-95 (o, según la marca registrada por Qualcomm, "cdmaONE" y su sucesora CDMA2000). En efecto, los sistemas desarrollados por Qualcomm emplean tecnología CDMA, pero no son los únicos en hacerlo.
Detalles técnicos [editar]
En CDMA, la señal se emite con un ancho de banda mucho mayor que el precisado por los datos a transmitir; por este motivo, la división por código es una técnica de acceso múltiple de espectro expandido. A los datos a transmitir simplemente se les aplica la función lógica XOR con el código de transmisión, que es único para ese usuario y se emite con un ancho de banda significativamente mayor que los datos.
Generación de la señal CDMA
A la señal de datos, con una duración de pulso Tb, se le aplica la función XOR con el código de transmisión, que tiene una duración de pulso Tc. (Nota: el ancho de banda requerido por una señal es 1/T, donde T es el tiempo empleado en la transmisión de un bit). Por tanto, el ancho de banda de los datos transmitidos es 1/Tb y el de la señal de espectro expandido es 1/Tc. Dado que Tc es mucho menor que Tb, el ancho de banda de la señal emitida es mucho mayor que el de la señal original, y de ahí el nombre de "espectro expandido".1
Cada usuario de un sistema CDMA emplea un código de transmisión distinto (y único) para modular su señal. La selección del código a emplear para la modulación es vital para el buen desempeño de los sistemas CDMA, porque de él depende la selección de la señal de interés, que se hace por correlación cruzada de la señal captada con el código del usuario de interés, así como el rechazo del resto de señales y de las interferencias multi-path (producidas por los distintos rebotes de señal).
El mejor caso se presenta cuando existe una buena separación entre la señal del usuario deseado (la señal de interés) y las del resto; si la señal captada es la buscada, el resultado de la correlación será muy alto, y el sistema podrá extraer la señal. En cambio, si la señal recibida no es la de interés, como el código empleado por cada usuario es distinto, la correlación debería ser muy pequeña, idealmente tendiendo a cero (y por tanto eliminando el resto de señales). Y además, si la correlación se produce con cualquier retardo temporal distinto de cero, la correlación también debería tender a cero. A esto se le denomina autocorrelación y se emplea para rechazar las interferencias multi-path.2
En general, en división de código se distinguen dos categorías básicas: CDMA síncrono (mediante códigos ortogonales) y asíncrono (mediante secuencias pseudoaleatorias).
Multiplexado por división de código (CDMA síncrono) [editar]
Cuatro señales digitales cuyos vectores son ortogonales
El CDMA síncrono explota las propiedades matemáticas de ortogonalidad entre vectores cuyas coordenadas representan los datos a transmitir. Por ejemplo, la cadena binaria "1011" sería representada por el vector (1, 0, 1, 1). Dos vectores pueden multiplicarse mediante el producto escalar (·), que suma los productos de sus respectivas coordenadas. Si el producto escalar de dos vectores es 0, se dice que son ortogonales entre sí. (Nota: si dos vectores se definen u = (a, b) y v = (c, d); su producto escalar será u·v = a*c + b*d).
Algunas propiedades del producto escalar ayudan a comprender cómo funciona CDMA. Si los vectores a y b son ortogonales, y representan los códigos de dos usuarios de CDMA síncrono A y B, entonces:
Por tanto, aunque el receptor capte combinaciones lineales de los vectores a y b (es decir, las señales procedentes de A y B al mismo tiempo, sumadas en el aire), si conoce el código de transmisión del usuario de interés siempre podrá aislar sus datos de los del resto de usuarios, simplemente mediante el producto escalar de la señal recibida con el código del usuario; al ser el código del usuario ortogonal respecto a todos los demás, el producto aislará la señal de interés y anulará el resto. Este resultado para dos usuarios es extensible a todos los usuarios que se desee, siempre que existan códigos ortogonales suficientes para el número de usuarios deseado, lo que se logra incrementando la longitud del código.
Cada usuario de CDMA síncrono emplea un código único para modular la señal, y los códigos de los usuarios en una misma zona deben ser ortogonales entre sí. En la imagen se muestran cuatro códigos mutuamente ortogonales. Como su producto escalar es 0, los códigos ortogonales tienen una correlación cruzada igual a cero, y, en otras palabras, no provocan interferencias entre sí.
Este resultado implica que no es necesario emplear circuitería de filtrado en frecuencia (como se emplearía en FDMA), ni de conmutación de acuerdo con algún esquema temporal (como se emplearía en TDMA) para aislar la señal de interés; se reciben las señales de todos los usuarios al mismo tiempo y se separan mediante procesado digital.
En el caso de IS-95, se emplean códigos ortogonales de Walsh de 64 bits para codificar las señales y separar a sus distintos usuarios.
CDMA asíncrono [editar]
Véase también: Espectro expandido por secuencia directa
Los sistemas CDMA síncronos funcionan bien siempre que no haya excesivo retardo en la llegada de las señales; sin embargo, los enlaces de radio entre teléfonos móviles y sus bases no pueden coordinarse con mucha precisión. Como los terminales pueden moverse, la señal puede encontrar obstáculos a su paso, que darán origen a cierta variabilidad en los retardos de llegada (por los distintos rebotes de la señal, el efecto Doppler y otros factores). Por tanto, se hace aconsejable un enfoque algo diferente.
Por la movilidad de los terminales, las distintas señales tienen un retardo de llegada variable. Dado que, matemáticamente, es imposible crear secuencias de codificación que sean ortogonales en todos los instantes aleatorios en que podría llegar la señal, en los sistemas CDMA asíncronos se emplean secuencias únicas "pseudo-aleatorias" o de "pseudo-ruido" (en inglés, PN sequences). Un código PN es una secuencia binaria que parece aleatoria, pero que puede reproducirse de forma determinística si el receptor lo necesita. Estas secuencias se usan para codificar y decodificar las señales de interés de los usuarios de CDMA asíncrono de la misma forma en que se empleaban los códigos ortogonales en el sistema síncrono.
Las secuencias PN no presentan correlación estadística, y la suma de un gran número de secuencias PN resulta en lo que se denomina interferencia de acceso múltiple (en inglés, MAI, multiple access interference), que puede estimarse como un proceso gaussiano de ruido que sigue el teorema central del límite estadístico. Si las señales de todos los usuarios se reciben con igual potencia, la varianza (es decir, la potencia del ruido) de la MAI se incrementa en proporción directa al número de usuarios. En otras palabras, a diferencia de lo que ocurre en CDMA síncrono, las señales del resto de usuarios aparecerán como ruido en relación con la señal de interés, y provocarán interferencia con la señal de interés: cuantos más usuarios simultáneos, mayor interferencia.
Por otra parte, el hecho de que las secuencias sean aparentemente aleatorias y de potencia distribuida en un ancho de banda relativamente amplio conlleva una ventaja adicional: son más difíciles de detectar en caso de que alguien intente captarlas, porque se confunden con el ruido de fondo. Esta propiedad ha sido aprovechada durante el siglo XX en comunicaciones militares.
Todos los tipos de CDMA aprovechan la ganancia de procesado que introducen los sistemas de espectro extendido; esta ganancia permite a los receptores discriminar parcialmente las señales indeseadas. Las señales codificadas con el código PN especificado se reciben, y el resto de señales (o las que tienen el mismo código pero distinto retardo, debido a los diferentes trayectos de llegada) se presentan como ruido de banda ancha que se reduce o elimina gracias a la ganancia de procesado.
Como todos los usuarios generan MAI, es muy importante controlar la potencia de emisión. Los sistemas CDMA síncrono, TDMA o FDMA pueden, por lo menos en teoría, rechazar por completo las señales indeseadas (que usan distintos códigos, ranuras temporales o canales de frecuencia) por la ortogonalidad de estos esquemas de acceso al medio. Pero esto no es cierto para el CDMA asíncrono; el rechazo de las señales indeseadas sólo es parcial. Si parte (o el total) de las señales indeseadas se reciben con potencia mucho mayor que la de la señal deseada, ésta no se podrá separar del resto. Para evitar este problema, un requisito general en el diseño de estos sistemas es que se controle la potencia de todos los emisores; se busca asegurar que la potencia captada por el receptor sea aproximadamente la misma para todas las señales entrantes. En los sistemas de telefonía celular, la estación base emplea un esquema de control de potencia por bucle cerrado (fast closed-loop power control, en inglés) para controlar estrictamente la potencia de emisión de cada teléfono
