INTRODUCCION

A LOS

SISTEMAS

DE RADIO

¿Qué es la radio?

LA RADIO

Medio de comunicación, la cual es permitida para la sociedad como un uso personal. Es un medio tecnológico, que permite la transmisión de señales por medio de ondas electromagnéticas y a partir de estas transmiten las conversaciones, música, en fin, esto por medio del aire.

¿Qué es la radio?Estas ondas pueden propagarse a través del aire y del espacio y no requieren un medio de transporte.

Propagación:

• Las ondas electro magnéticas (EM) se propagan en línea recta, excepto cuando la Tierra y su atmósfera alteran su trayectoria.

Donde: ht= Altura de la antena en mts.

dt= 3,61x√ht (distancia al horizonte en Kms.)

d = Distancia entre antenas

ORIGEN DE LA RADIO EN EL MUNDO  La radio es el resultado de años de investigación y de la invenciónde diferentes artefactos que emergieron ligados al entendimiento y desarrollo de la electricidad.

En 1876 Alexander Graham Bell y su asistente, lograron transmitir la voz humana a través de cables eléctricos.

Por aquellos años, en Escocia, James Maxwell elabora una teoría sobre misteriosas ondas electromagnéticas que viajarían a la velocidad de la luz.

En 1888, un joven alemán, Heinrich Hertz, demuestra esta teoría construyendo un aparato de laboratorio para generarlas y detectarlas, así nacieron las ondas hertzianas.

Guillermo Marconi, inventor y pionero de la comunicación global.

COLOMBIA

En 1929 cuando formalmente arranco la radio en Colombia, estaba de moda el barítono español Juan Pulido el cual teníamos noticias pero no sonidos, el 12 de abril de 1923 el presidente de Colombia General Pedro Ospina, inauguró la estación internacional de morato en engativa y el servicio inalámbrico entre las estaciones de Barranquilla, Cali y Cúcuta en ese momento arranco la era de las radios en las comunicaciones, ese día el presidente le envió un mensaje a Guillermo Marcony a Londres Y Marcony lo respondió horas después, y el mismo gobierno se dio a la tarea de instalar una emisora, los equipos llegaron cuatro años después, fue en agosto de 1929 cuando salió al aire HJN mas tarde convertida, en la Radio Nacional.

Existen 3 tipos de propagación:

Propagación por Ondas Terrestres

Propagación por Onda Espacial

Propagación en Línea Recta (línea de vista)

Ondas terrestres: Una onda terrestre es una onda EM que viaja a lo largo de la superficie de la Tierra. Por lo tanto, las ondas terrestres ó de tierra, se le llaman a veces ondas superficiales.

• Las ondas terrestres deben estar polarizadas verticalmente, pues el campo eléctrico en una onda polarizada horizontalmente sería paralelo a la superficie de la tierra y estas ondas se corto-circuitarían con la conductividad de la tierra misma.• Con ondas terrestres, el campo Eléctrico induce voltajes en la superficie de la Tierra, que produce corrientes inducidas. La superficie de la tierra también tiene resistencia y pérdidas dieléctricas, por lo que las ondas terrestres se atenúan a medida que se propagan. • Buenos conductores para ondas terrestres son por ejemplo, el agua salada de mar. Malos conductores por ejemplo, el desierto.• Las pérdidas de ondas terrestres se acentúan con la frecuencia, por lo que generalmente se usan para transmisiones de frecuencias menores a 2Mhz (Ej. radio AM).•La densidad del aire hace que el frente de onda se incline gradualmente. Con suficiente potencia, se puede propagar mas allá del horizonte.

Utilización, ventajas y desventajas de las ondas terrestres

• Se usan para comunicaciones entre barcos, y entre barcos y la tierra firme, así como en general para comunicaciones móviles marítimas.• Se pueden usar con frecuencias de 15Khz a 2Mhz.• Con suficiente potencia, pueden usarse para comunicar dos puntos cualquiera en el mundo.Son relativamente inmunes a los cambios atmosféricos.

• Requieren potencias relativamente altas• Como se limitan a frecuencias ultra bajas, bajas y medianas, se necesitan antenas muy grandes para su transmisión y recepción.• Las pérdidas de las ondas terrestres son muy variables, dependiendo de la superficie y su composición, lo que hace la confiabilidad y repetibilidad de la transmisión dependiente del terreno.

Ondas Espacial (troposféricas): Las ondas EM que se dirigen arriba del horizonte de radio, se les llama ondas troposféricas, con un ángulo relativamente grande con respecto a la superficie de la tierra.

• Las ondas troposféricas se irradian hacia el cielo, donde la ionosfera (parte superior de la atmósfera) refleja ó refracta las ondas de cielo hacia la tierra nuevamente. Por ello, a este tipo de propagación se le conoce también como propagación ionosférica, y se localiza de 50 a 400km arriba de la superficie terrestre.

Utilización, ventajas y desventajas de las ondas troposféricas:

• La ionosfera absorbe gran cantidad de radiación solar, lo que ioniza las moléculas de aire, creando electrones libres. • La ionosfera tiene 3 capas D, E y F, que varían según su altura y la densidad de ionización, de menor a mayor, y con el horario del día.Cuando una onda RF pasa a través de la ionosfera, su campo E ejerce una fuerza sobre estos electrones libres haciéndolos vibrar. Esto produce una reducción en la corriente, que es equivalente a reducir la constante dieléctrica del aire, lo cual causa que la velocidad de propagación aumente, y cause la desviación de las ondas EM hacia las regiones de baja densidad electrónica .

• Las ondas troposféricas se irradian hacia el cielo, a medida que las ondas se apartan más de la tierra, la ionización aumenta, pero hay menos moléculas para ser ionizadas. A mayor densidad de iones, mayor refracción.La capa D es la más cercana a la tierra y tiene poco efecto en la dirección de propagación

Utilización, ventajas y desventajas de las ondas troposféricas:

de las ondas RF. La ionización de la capa D desaparece de noche. Esta capa refleja ondas VLF y LF y absorbe las ondas MF y HF.La capa E está entre 100 y 140 Km. arriba de la tierra y su punto de máxima densidad es alrededor del mediodía en 70km. Casi desaparece en la noche también, y refleja las ondas de HF durante el día. Arriba de UHF, las frecuencias no están afectadas por la ionosfera debido a su pequeña longitud de onda, por lo que debe haber una frecuencia máxima de transmisión de ondas de cielo que se puedan refractar de vuelta a la tierra sin perderse. A esta frecuencia se le llama Frecuencia crítica. De forma similar, el máximo ángulo vertical de una onda tal que sea refractada de vuelta a la tierra es el Ángulo crítico

Propagación en línea recta: Esta propagación se refiere a la energía EM que viaja en las capas inferiores de la atmósfera terrestre. Las ondas directas incluyen tanto las ondas directamente transmitidas, como las indirectamente reflejadas.

• Las ondas directas incluyen tanto las ondas directamente transmitidas, como las indirectamente reflejadas.• La intensidad del campo eléctrico depende de la distancia entre las dos antenas, por el efecto de atenuación y absorción, y de la interferencia que pueda haber entre las ondas directas y las ondas reflejadas.

Utilización, ventajas y desventajas de la propagación en línea recta:

• Para que que este tipo de propagación sea efectivo se necesita que entre las antenas exista una línea de visión, es decir puedan verse una a la otra

• En el caso de que se presente un obstáculo entre las 2 antenas, es necesario colocar una estación repetidora, la cual cuenta con 2 radios conectadas “back to back” la cual se encarga de recibir la señal de la radio emisora, y transmitirla de forma “transparente” a la radio receptora, salteando asi el obstaculo y recreando una “linea de vision virtual” entre las radios emisora y receptora

Utilización, ventajas y desventajas de la propagación en línea recta:

Espectro Radioeléctrico

SIGLA DENOMINACIÓN LONGITUD DE ONDA GAMA DE

FRECUENC. CARACTERISTICAS USO TIPICO

VLF VERY LOW

FRECUENCIES Frecuencias muy bajas

30.000 ma

10.000 m

10 KHza

30 KHz

Propagación por onda de tierra, atenuación débil. Características estables.

ENLACES DE RADIO A GRAN DISTANCIA

LF LOW FRECUENCIES Frecuencias bajas

10.000 m.a

1.000 m.

30 KHza

300 KHz

Similar a la anterior, pero de características menos estables.

Enlaces de radio a gran distancia, ayuda a la navegación aérea y marítima.

MF MEDIUM

FRECUENCIES Frecuencias medias

1.000 m.a

100 m.

300 KHza

3 MHz

Similar a la precedente pero con una absorción elevada durante el día. Propagación prevalentemente Ionosférica durante le noche.

RADIODIFUSIÓN

HF HIGH FRECUENCIES Frecuencias altas

100 m.a

l0 m.

3 MHza

30 MHz

Propagación prevalentemente Ionosferica con fuertes variaciones estacionales y en las diferentes horas del día y de la noche.

COMUNICACIONES DE TODO TIPO A MEDIA Y LARGA DISTANCIA

VHF VERY HIGH

FRECUENCIES Frecuencias muy altas

10 m.a

1 m.

30 MHza

300 MHz

Prevalentemente propagación directa, esporádicamente propagación Ionosférica o Troposferica.

Enlaces de radio a corta distancia, TELEVISIÓN, FRECUENCIA MODULADA

UHF ULTRA HIGH

FRECUENCIES Frecuencias ultra altas

1 m.a

10 cm.

de 300 MHza 3 GHz

Exclusivamente propagación directa, posibilidad de enlaces por reflexión o a través de satélites artificiales.

Enlaces de radio, Radar, Ayuda a la navegación aérea, TELEVISIÓN

SHF SUPER HIGH

FRECUENCIES Frecuencias superaltas

10 cm.a

1 cm.

de 3 GHza 30 GHz

COMO LA PRECEDENTE Radar, Enlaces de radio, Satélites

EHF EXTRA HIGH

FRECUENCIES Frecuencias extra-altas

1 cm.a

1 mm.

30 GHza

300 GHz COMO LA PRECEDENTE Radar, infrarrojo

7- Componentes de un Sistema

Mástil y antenas Duplexores Cable Coaxil Conectores Protector Gaseoso Equipo de radio Fuentes de energía Baterías Recinto y gabinete

7.1- Antenas:

7.1.1- Tipos: Omnidireccionales

Omnidireccionales:

•Formación de dipolos

7.1- Antenas:

7.1.2- Tipos: Direccionales

Direccionales:

•Yagi

•Parábola

•Diedro

7.1- Antenas:

Rango de frecuenciaAncho de bandaGananciaDiagrama de radiaciónPotencia de RF admisibleDimensiones FísicasMaterialTipo de montaje

Formación de dipolos vs. DireccionalParábola

Diedro

7.2- Duplexores:

Frecuencia de trabajo Ancho de banda Atenuación Perdida de inserción Dimensiones físicas

7.3- Cable Coaxil:

Tipo Longitud Atenuación por metro Frecuencia de operación Impedancia característica Material Dieléctrico

7.3.1- Características Eléctricas

7.3.2- Modelos y equivalencias

7.3.3- Especificaciones

7.4- Conectores:

Tipo Pérdida en función de la

frecuencia Armado

7.5- Protector gaseoso:

Ancho de banda Conectores Montaje

7.6- Equipos de radio:

7.6.1- Características Frecuencia Ancho de banda Tipo de modulación Homologación Dimensiones físicas y

peso Rangos de temperatura y

humedad Gabinete

7.6.2- Spread Spectrum

Técnicas: -Frecuency Hopping

-Direct Sequence

Bandas: -902 a 928 Mhz

-2,4 a 2,484 Ghz

-5.725 a 5.825 Ghz

Requerimiento de licencia: No

Potencia: Menor a 1 W

7.6.2- Spread Spectrum

Frequency Hopping - Direct Sequence

7.6.3- Interfase / MODEM Tipo (Asincrónica, Sincrónica, LAN, Etc.) Velocidad de transmisión Velocidad de recepción Modos y normas

(RS-232, V35, ETHERNET, Etc.)

7.6.4- Transmisores Estabilidad en frecuencia Impedancia de salida Potencia de salida Nivel de emisiones de armónicos y espúreas Tiempo de establecimiento de portadora

7.6.5- Receptores Estabilidad en frecuencia Impedancia de entrada Sensibilidad de entrada y Squelch Selectividad Rechazo a frecuencias espúreas

7.6.6- Alimentación Tensión de entrada Consumo en transmisión Consumo en recepción Protecciones

7.7- Fuentes de energía:

Tipo: alimentación de línea, fotovoltaica, eólica, etc.

Características: tensión de

salida, potencia a entregar,

protecciones, etc.

7.8- Baterías:

Material del compuesto Vida útil Potencia máxima

(Tensión y Corriente) Tiempo de carga Tiempo de suministro continuo

7.9.1- Gabinete Tamaño Material Montaje Aislamiento

7.9.2- Recinto Espacio interior Aislamiento ambiental Seguridad Transportabilidad

8- Cálculo de Enlace

Cuando se realiza el cálculo de un enlace, en verdad, lo que se calcula es la intensidad de campo a recibir por la radio receptora, el cual debe estar dentro de los limites de sensibilidad de esta. El campo recibido es dependiente de las siguientes características del sistema:• Potencia entregada por el transmisor• Las ganancias de las antenas que componen el sistema• La distancia de separación que exista entre las antenas• La frecuencia de trabajo del sistema

Para asociar todos estos factores, se planteo una formula, de la cual se puede despejar el factor necesario para el calculo.

8- Cálculo de Enlace

Fórmula:

RSSI = Pout – Pal1 + Gant1 – Pair + Gant2 – Pal1

Donde:• Pout: Potencia entregada por el transmisor.• Pal1: Pérdidas en el cable de antena1.• Pal2: Pérdidas en el cable de antena2.• Gant1: Ganancia correspondiente a la antena 1 (transmisor)• Gant2: Ganancia correspondiente a la antena 2 (receptor)• Pair: Perdidas en el medio. Este valor, proviene de otra formula la cual incluye los factores “frecuencia” y “distancia”.

Pair : 32.4 + 20 log f (Mhz) + 20 log D (km)

9- MODEMS

Si uno desea comunicar equipos digitales, lo mas normal seria pensar que estos deberían comunicarse mediante señales binarias, es decir por un código de 1 o 0, representados cada uno por un valor predeterminado de tensión. Si nosotros analizamos las señales a transmitir, podemos observar que están formadas por una suma infinita de señales de distinta frecuencia (señal digital). Por otro lado, todos los medios de transmisión, poseen capacidades distribuidas e inductancias, factores que convierten a la línea en un filtro pasabajo, es decir, todo el ancho de banda de nuestra señal a transmitir, no puede viajar por el medio. Por lo tanto, se realiza una modulación y demodulación de la señal digital, transformándola en una señal analógica. Los dispositivos encargados de generar las comunicaciones son denominados DTE (Data Terminal Equipment) y los encargados de realizar la comunicación DCE (Data Comunication Equipment)

9- MODEMS

Para realizar entonces una comunicación entre 2 equipos de datos (DTE), son necesarios dos equipos de comunicación (DCE) para modular y demodular esa información a transmitir. Este dispositivo se conoce con el nombre de MODEM

DCE(Modem)

DCE(Modem)

Señal digital

Señal digital

Señal analógica

Medio de transmisión.

Por Ej:. Línea telefónica

DTEDTE

9.1- RS-232

Para realizar una comunicación entre un equipo DTE y otro DCE existen estándares como el RS-232, el cual define parámetros para “estandarizar” el formato de la comunicación. Dichos parametros incluyen: Niveles de tension maximos y minimos, Esquemas de cableado, formato de la transmision (handshaking), etc.

Esquema básico del conexionado de un puerto RS-232

Pin Numero: Señal Descripción E/S

En DB-25 En DB-9      

1 1 - Masa chasis -

2 3 TxD  Transmit Data S

3 2 RxD Receive Data E

4 7 RTS Request To Send S

5 8 CTS Clear To Send E

6 6 DSR Data Set Ready E

7 5 SG Signal Ground -

8 1 CD/DCD (Data) Carrier Detect E

15 - TxC(*) Transmit Clock S

17 - RxC(*) Receive Clock E

20 4 DTR Data Terminal Ready S

22 9 RI Ring Indicator E

24 - RTxC(*)Transmit/Receive

ClockS

Conector DB-25 Conector DB-9

Entre dos dispositivos conectados bajo el estándar 232 se realiza un proceso denominado “HandShake” el cual permite organizar la comunicacion. Para esto se utilizan las lineas Clear To Send (CTS) y Request To Send (RTS), Estas señales son manejadas por los 2 equipos, para asi poder determinar en que momento transmitir sus datos. La PC pide “permiso” (RTS) al modem para poder transmitir, mientras que este le devuelve (CTS) cuando la transmision es posible. De la misma manera, el modem receptor detecta que se le estan enviando datos, comunicandoselo a la PC receptora mediante (DCD), la cual se pone a la espera de la informacion entrante.

A continuación se observa un diagrama temporal del proceso “HANDSHAKING” para su mejor comprension.

DCE

(Modem)

DTERTS

TxD

Puerto RS-232

Sentido de las señales dentro del puerto en una comunicación entre un equipo terminal (DTE) y un equipo comunicador (DCE)

DCE

(Modem)

Puerto RS-232

DTE

CTS

DCD

RxD

El modem avisa a la PC que no esta listo para transmitir y queda a la espera de la orden RTS y esperando portadora.

El modem receptor detecta la caída de la portadora

La PC no desea seguir transmitiendo y se mantiene la portadora un poco mas para evitar ruidos en la transmisión

Se completa el envió del paquete de datos que generalmente se identifica con un bit de stop

La PC envía al modem todos los datos, estos son recibidos por su par, y enviados a la 2da PC

El modem estableció la portadora estando listo para transmitir avisando mediante CTS

La radio receptora detecta portadora y espera los datos

La PC desea transmitir datos, avisándole al modem mediante la señal RTS

Diagrama temporal del proceso de handshaking

t

MODEM RxD

MODEM CTS

PC RTS

PC TxD

MODEM RxD

MODEM DCD

0

1

0

1

0

1

0

1

0

1

0

1