Comunicaciones I

Universidad Tecnológica de Puebla

Comunicaciones I Manual de asignatura

Carrera

Electricidad y Electrónica Industrial

Programa 2004

M. C. Griselda Saldaña González

Carrera de Electricidad y Electrónica Industrial M. C. Griselda Saldaña González Comunicaciones I

Universidad Tecnológica de Puebla M en C. Griselda Saldaña González Página 2

Créditos Elaboró: C. Dr. Griselda Saldaña González Revisó: Revisión ortográfica, formato y estilo: Lic. José Luis Catzalco León Autorizó: Ing. Marcos Espinosa Martínez



Medidas de seguridad

El técnico electrónico trabaja con electricidad, dispositivos electrónicos, motores y

otras máquinas rotatorias. Tiene que usar frecuentemente herramientas de mano y

mecánicas para construir los prototipos de nuevos dispositivos a realizar experimentos.

Utiliza instrumentos de prueba para medir las características eléctricas de los

componentes, dispositivos y sistemas electrónicos.

Estas tareas son interesantes e instructivas, pero pueden presentar ciertos riesgos

si se efectúan descuidadamente. Por consiguiente es esencial que el estudiante aprenda

los principios de seguridad en cuanto comienza su carrera y que practique estos ejercicios

en toda su actividad subsiguiente de trabajo.

La realización del trabajo en condiciones de seguridad requiere seguir

deliberadamente un procedimiento apropiado para cada labor. Antes de emprender una

tarea, el técnico debe tener perfecto conocimiento de lo que tiene que hacer y de cómo ha

de hacerlo. Debe planear su labor, colocar en el banco de trabajo limpiamente y de

manera ordenada las herramientas, equipo e instrumentos que ha de necesitar. Debe

quitar todos los objetos extraños y apartar los cables todo lo posible de manera segura.

Cuando trabaje en máquinas rotatorias o cerca de ellas debe tener bien sujeto y

abrochado su traje de trabajo, de modo que no pueda ser enganchada ninguna parte de

él.

Las tensiones de línea (de energía) deben ser aisladas de tierra por medio de un

transformador de separación o de aislamiento. Las tensiones de línea de energía pueden

matar, por lo que no deben ponerse en contacto con ellas las manos ni el cuerpo. Se

deben comprobar los cables o cordones de línea antes de hacer uso de ellos, y si su

aislamiento está roto o agrietado no se deben emplear estos cables. El alumno debe

evitar el contacto directo con cualquier fuente de tensión. Medir las tensiones con una

mano en el bolsillo. Usar zapatos con suela de goma o una alfombra de goma cuando se

trabaja en el banco de experimentación. Cerciorarse de que las manos están secas y que

no se está de pie sobre un suelo húmedo cuando se efectúan pruebas y mediciones en un



circuito activo, o sea conectado a una fuente de tensión. Desconectar ésta antes de

conectar los instrumentos de prueba en un circuito activo.

Utilizar enchufes o clavijas de seguridad en los cables de línea de las herramientas

mecanizadas y equipos no aislados (clavijas con tres patas polarizadas). No anular la

propiedad de seguridad de estas clavijas utilizando adaptadores no conectados a tierra.

No invalidar ningún dispositivo de seguridad, tal como un fusible o un disyuntor,

cortocircuitándolo o empleando un fusible de más amperaje del especificado por el

fabricante. Los dispositivos de seguridad están destinados a protegerle a usted y a su

equipo.

UN COMPORTAMIENTO JUICIOSO Y CON SENTIDO COMÚN EN EL

LABORATORIO SERÁ GARANTÍA DE SEGURIDAD Y HARÁ SU TRABAJO

INTERESANTE Y FRUCTÍFERO.

PRIMEROS AUXILIOS.

Si ocurre un accidente, desconecte inmediatamente la red o línea de energía.

Comunique inmediatamente el accidente a su instructor.

Una persona accidentada debe permanecer acostada hasta que llegue el médico,

y bien arropado para evitar la conmoción. No intentar darle agua ni otros líquidos si está

inconsciente y asegurarse de que nada pueda causarle aún más daño. Se le cuidará

solícitamente manteniéndola en postura cómoda hasta que llegue el médico.

RESPIRACIÓN ARTIFICIAL.

Una conmoción eléctrica fuerte puede causar un paro respiratorio. Hay que estar

preparado para practicar la respiración artificial inmediatamente, si esto ocurre. Se

recomiendan dos técnicas:

1. Respiración de boca a boca, que se considera la más eficaz.

2. Método de Schaeffer.

Estas instrucciones no están destinadas a desanimarle, sino a advertirle de los

riesgos que se pueden presentar en el trabajo de un técnico electrónico.



Índice

Créditos ............................................................................................................... 2 Medidas de seguridad ....................................................................................... 3 Índice ................................................................................................................... 5 Contenido ............................................................................................................ 7 I. Introducción a las Comunicaciones Analógicas ................................. 8 1.1. INTRODUCCIÓN...................................................................................................8 1.2. Espectro electromagnético...................................................................... 10 1.2.1. FRECUENCIAS DE TRANSMISIÓN. ..................................................... 11 1.3. ANCHO DE BANDA Y CAPACIDAD DE INFORMACIÓN...................... 12 1.4. RUIDO EN LAS COMUNICACIONES .................................................... 14

II. Análisis y Transmisión de Señales Analógicas ................................ 17 2.1. SEÑALES ............................................................................................. 17 2.1.1. ANÁLISIS DE SEÑALES POR EL MÉTODO DE FOURIER (ANÁLISIS ARMÓNICO)....................................................................................................... 17 2.2 TEOREMA DEL MUESTREO. ................................................................ 17 2.2.1 TEOREMA DE FOURIER. ...................................................................... 20 2.2.2. SERIE EXPOENCIAL DE FOURIER ...................................................... 24 2.2.3. TRANSFORMADA DE FOURIER........................................................... 28 III. Modulación de señales continuas....................................................... 31 3.1. MODULACIÓN........................................................................................ 31 3.1.1. ¿POR QUÉ SE MODULA?..................................................................... 32 3.1.2. ¿CÓMO SE MODULA? .......................................................................... 36 3.1.3. ¿QUÉ TIPOS DE MODULACIÓN EXISTEN?......................................... 36 3.1.4. ¿CÓMO AFECTA EL CANAL A LA SEÑAL?.......................................... 36 3.1.5. ¿QUÉ RELACIÓN EXISTE ENTRE LA MODULACIÓN Y EL CANAL? . 37 3.1.6. DEFINICIONES DE TÉRMINOS BÁSICOS UTILIZADOS EN LAS TELECOMUNICACIONES: ................................................................................ 37 3.2. TRANSMISIÓN DE FM, AM, INTERFERENCIA Y RUIDO. .................... 40 3.2.1. FM CONTRA AM. ................................................................................... 41 3.3. MODULACIÓN EN AM. .......................................................................... 41 3.4. MODULACIÓN EN FM ........................................................................... 42 3.5. Fuentes de Señales no Deseadas .......................................................... 43 3.5.1. Fuentes de Ruido.................................................................................... 44 3.5.1.1 RUIDO TÉRMICO (THERMAL NOISE). ................................................. 44 3.5.1.2 RUIDO DE CHOQUE (SHOT NOISE). ................................................... 45 3.5.1.3 RUIDO ATMOSFÉRICO (ATMOSPHERIC NOISE). .............................. 45



3.6. FUENTES DE INTERFERENCIA............................................................ 45 3.6.1 Otros Tipos de Interferencia.................................................................... 46 3.6.1.1 INTERFERENCIA DE CANALES ADYACENTES. ................................. 46 3.6.1.2. EFECTO DE CAPTURA ........................................................................ 46

PRÁCTICA 1 ..................................................................................................... 47 PRÁCTICA 2 ..................................................................................................... 50 PRÁCTICA 3 ..................................................................................................... 52 IV. Sistemas de Radiofrecuencia............................................................... 54 4.1. RECEPTORES Y TRANSMISORES DE RF ........................................... 54 4.1.1. Sensitividad. ............................................................................................ 55 4.1.2. Un Receptor Superheterodino. ................................................................ 55 4.2. AMPLIFICADOR RF. ............................................................................... 57 4.2.1 Mezclador / Convertidor. ......................................................................... 58 4.3. ¿QUÉ ES UNA ESTACIÓN REPETIDORA?........................................... 59 PRÁCTICA 4 INTRODUCCIÓN A PSPICE .............................................................................. 68 V. Comunicaciones Por Microondas......................................................... 72 5.1. ¿QUÉ SON LAS MICROONDAS?............................................................ 72 5.2. COMUNICACIÓN VÍA MICROONDAS..................................................... 73 5.3. ANTENAS Y TORRES DE MICROONDAS.............................................. 73 5.4. APLICACIONES DE LAS MICROONDAS................................................ 75 VI. Sistemas de Comunicación Satelital ................................................... 77 6.1. VENTAJAS E INCONVENIENTES DE LAS DISTINTAS ORBITAS ........ 80 6.1.1 LAS BANDAS DE FRECUENCIAS......................................................... 83 PRÁCTICA 5 TELÉFONO CELULAR ...................................................................................... 84 VII. Comparación, Avances y Tendencias ................................................. 86 Prácticas de laboratorio................................................................................... 87

BIBLIOGRAFÍA................................................................................................ 103



Contenido

Horas Teoría Práctica Total Página

I Introducción a las Comunicaciones Analógicas 2 3 5 8

II Análisis y Transmisión de Señales Analógicas 3 6 9 17

III Modulación de Señales Continuas 3 6 9 31

IV Sistemas de Radiofrecuencia 4 12 16 54

V Comunicaciones por Microondas 4 11 15 72

VI Sistemas de Comunicación Satelital 4 12 16 77

VII Comparación, Avances y Tendencias 2 3 5 86 Manual de prácticas y ejercicios 87 BIBLIOGRAFIA 103



I Introducción a las

Comunicaciones Analógicas

1.1. INTRODUCCIÓN.

Saber en la Teoría (2 hrs.)

Se puede decir formalmente que la transmisión de información tiene

aproximadamente un siglo y medio. Con los siguientes datos se da una idea general de la

evolución de las comunicaciones.

1831: Se descubre la ley de inducción magnética por Faraday (se producen efectos

eléctricos a distancia sin relación galvánica).

1887: Descubrimiento de la propagación de las ondas electromagnéticas por Hertz.

1901: Primera comunicación transatlántica por Marconi e inicios de la telegrafía.

1906: Invención del “tríodo”: se pudo producir y amplificar una onda electromagnética.

1915: Primera comunicación transpacífica con un relay a Honolulu.

1920: Descubrimiento de la ionosfera entre 80 y 300 Km. de altitud. Las ondas

electromagnéticas de frecuencias superiores a 30 Mhz. y con reflexiones hacen posibles

la comunicación.

Años 30: Invención de la televisión.

Años 40: Invención del radar.



Años 50: Relación “troposferita”: Las ondas son reflejadas por las perturbaciones de las

capas bajas de la atmósfera terrestre.

Años 60: Primeros satélites geoestacionarios y no geoestacionarios.

Las comunicaciones analógicas se componen de tres principales etapas: Un

transmisor que contiene como dispositivo de entrada una fuente de información, y el

objetivo del transmisor es procesar la señal eléctrica proporcionada por la fuente de

información, para que ésta sea acoplada de manera eficiente al medio de transmisión.

El medio de transmisión es el canal a través del cual viaja la información en forma

de ondas electromagnéticas desde el transmisor, hasta el receptor.

El receptor tiene como objetivo principal, captar parte de la potencia emitida por el

transmisor al medio de transmisión y procesarla para que el dispositivo de salida pueda

reproducir la información enviada por el transmisor. Por lo que se puede afirmar que el

dispositivo de salida de todo receptor es el dispositivo reproductor de información.

De forma ideal, la información reproducida por el dispositivo de salida del receptor

tiene que ser una réplica perfecta de la información. Lo anterior requiere que el sistema

de comunicaciones desde la fuente hasta el dispositivo reproductor de información se

comporte como un circuito lineal, invariante en el tiempo, con un ancho de banda infinito

(o resistivo) y sin ruido. Una representación en forma de caja negra de un sistema ideal de

comunicación se muestra en la Figura 1.1.

Figura 1.1. Esquema de un sistema de comunicaciones

Sistema de Comunicaciones

Fuente de Información

Sin ruido, lineal, invariante en el tiempo y resistivo

Dispositivo reproductor de la Información



Este sistema ideal de comunicaciones no se puede obtener físicamente, ya que

como se estudiará más adelante. Todo medio de transmisión agrega ruido, es

paramétrico, introduce atenuación y su ancho de banda es finito.

Estas degradaciones, que introducen el transmisor y receptor (equipo terminal) así

como el medio de transmisión, hacen que la información reproducida por el dispositivo de

salida no sea una replica fiel de la información proporcionada por la fuente. A causa de

esto, por un lado, al transmisor se le puede agregar otra finalidad importante: procesar a

la señal que contiene la información de forma tal que se reduzca (o minimice) el efecto de

las degradaciones introducidas por el equipo terminal y por el medio de transmisión; por

otro lado, es posible establecer los objetivos principales en el proceso de modernización o

de desarrollo de nuevos sistemas de comunicación.

5.2. ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO

El objetivo de un sistema electrónico de comunicaciones es transferir información

entre dos o más lugares, cuyo nombre común es estaciones. Esto se logra convirtiendo la

información original a energía electromagnética, para transmitirla a continuación a una o

más estaciones receptoras, donde se reconvierte a su forma original. La energía

electromagnética se puede propagar en forma de voltaje o corriente, a través de un

conductor o hilo metálico, o bien en forma de ondas de radio emitidas hacia el espacio

libre, o como ondas luminosas a través de una fibra óptica.

La frecuencia no es más que la cantidad de veces que sucede un movimiento

periódico, como puede ser una onda senoidal de voltaje o de corriente, durante

determinado periódo. Cada inversión completa de la onda se llama ciclo.

Figura 1. 2. Espectro Electromagnético de Frecuencias



1.2.1 Frecuencias de Transmisión.

El espectro electromagnético de frecuencias total, donde se muestran los lugares

aproximados de diversos servicios, se observa en la figura 1.2. Este espectro de

frecuencias va desde las subsónicas (unos pocos hertz) hasta los rayos cósmicos (1022

Hz.).

El espectro de frecuencias se divide en subsecciones o bandas. Cada banda tiene

un nombre y sus límites. En los Estados Unidos, las asignaciones de frecuencias para

radio propagación en el espacio libre son realizadas por la Comisión Federal de

Comunicaciones (FCC). Por ejemplo, la banda de emisión comercial en FM tiene

asignadas las frecuencias de 88 MHz a 108 MHz. Las frecuencias exactas asignadas a

transmisores específicos que funcionan en las diversas clases de servicio se actualizan y

alteran en forma constante, para cumplir con las necesidades de comunicaciones en una

nación.

El espectro total útil de radiofrecuencias (RF) se divide en bandas de frecuencias

más angostas, a las que se dan nombres y números descriptivos, y algunas de ellas se

subdividen a su vez en diversos tipos de servicios. Las designaciones de banda según el

Comité Consultivo Internacional de Radio (CCIR) se muestran en la tabla1.1.

Tabla 1.1. Designaciones de banda CCIR



Cuando se manejan ondas de radio se acostumbra usar unidades de onda y no de

frecuencia. La longitud de onda es la distancia que ocupa en el espacio un ciclo de una

onda electromagnética, es decir, la distancia entre los puntos correspondientes en una

onda repetitiva. La longitud de onda es inversamente proporcional a la frecuencia de la

onda, y directamente proporcional a su velocidad de propagación. Se supone que la

velocidad de propagación de la energía electromagnética en el espacio libre es 3x108 m/s.

La relación entre frecuencia, velocidad y longitud de onda se expresa en forma

matemática como sigue:

frecuenciavelocidadlongitud =

fc

=λ

donde

=λ Longitud de onda (metros por ciclo)

=c Velocidad de la luz (300, 000, 000 metros por segundo)

=f Frecuencia (hertz)

5.2. ANCHO DE BANDA Y CAPACIDAD DE INFORMACIÓN.

Las dos limitaciones más importantes en el funcionamiento de un sistema de

comunicaciones son el ruido y el ancho de banda. El ruido se describirá más adelante en

este capítulo. El ancho de banda de una señal de información no es más que la diferencia

entre las frecuencias máxima y mínima que pueden pasar por el canal (es decir, son su

banda de paso).



El ancho de banda de un canal de comunicaciones debe ser suficientemente grande (ancho) para pasar todas las frecuencias importantes de la frecuencia. En otras

palabras, el ancho de banda del canal de comunicaciones debe ser igual o mayor que el

ancho de banda de la información. 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 teoría de la información es el estudio a mayor profundidad del uso eficiente del

ancho de banda para propagar información a través de sistemas electrónicos de

comunicaciones. Esta teoría se puede usar para determinar la capacidad de información

de un sistema de comunicaciones. La capacidad de información es una medida de la

cantidad de información que se puede transferir a través de un sistema de

comunicaciones en determinado tiempo. La cantidad de información que se puede

propagar en un sistema de transmisión es una función del ancho de banda y del tiempo

de transmisión.

R. Hartley, de los Bell Telephone Laboratories, desarrolló la relación entre el ancho

de banda, el tiempo de transmisión y la capacidad de información. La ley de Hartley sólo

establece que mientras más amplio sea el ancho de banda y mayor sea el tiempo de

transmisión, se podrá enviar más información a través del sistema. La ley de Hartley es:

I ∝ B x t

Siendo

I = capacidad de información

B = acho de banda del sistema (Hertz)

t = tiempo de transmisión (segundos)

Posteriormente, C. E. Shannon (también de Bell Telephone Laboratories) publicó

un trabajo donde relacionó 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. La

expresión matemática del límite de Shannon de capacidad de información es:

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +=

NSBI 1log2



es decir: ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +=

NSBI 1log32.3 10

donde =I capacidad de información (bits por segundo)

=B ancho de banda (Hertz)

=NS

Relación de potencia de señal a ruido (sin unidades)

1.4. Ruido en las Comunicaciones.

De una forma genérica por ruido se debe entender a toda aquella oscilación

electrónica que no forma parte de la señal útil y tiene la potencialidad de degradar la

calidad de su recepción. Al ruido se le puede clasificar empleando varios parámetros: por

el lugar de origen en Interno y Externo; por su ancho de banda, De Banda Angosta y De

Banda Ancha; por su carácter temporal, en Pulsante y Continuo; por sus propiedades, en

Aleatorio y Determinístico.

Por el lugar de su generación al ruido se clasifica en ruido externo u oscilaciones

interferentes y en ruido interno o propio. El ruido externo se genera fuera del sistema de

comunicación y es independiente de su funcionamiento. A diferencia del ruido propio que

se genera dentro del sistema y depende del funcionamiento de éste.

1.4.1 Ruido Externo u Oscilaciones Interferentes.

Un gran número de actividades humanas y fenómenos de la naturaleza actúan

como fuentes potenciales de oscilaciones interferentes. Por lo cual, éstas se pueden aún

subclasificar en fuentes naturales y fuentes artificiales o creadas por la actividad humana.



Fuentes Naturales. Las fuentes naturales de oscilaciones interferentes están

relacionadas con fenómenos que incluyen cargas eléctricas estáticas, en movimiento,

campos magnéticos, etc., los cuales se pueden generar dentro o fuera de la atmósfera

terrestre. Una clasificación de éstas y las más importantes se dan en la figura 1.3.

.

Figura 1. 3 Principales Fuentes Naturales de Ruido Externo

Fuentes Artificiales. Las fuentes artificiales de ruido externo u oscilaciones

interferentes están relacionadas con la actividad humana que involucra dispositivos,

aparatos y sistemas que emplean energía eléctrica para su funcionamiento.

Existen algunas fuentes que su función primordial es radiar energía

electromagnética al espacio, a estás se les denomina fuentes intencionales de

oscilaciones interferentes y dentro de este grupo entran todos los transmisores de

cualquier sistema de radiocomunicación.

Otras fuentes requieren generar energía electromagnética para realizar su función

fundamental pero no radiarla, a estas fuentes se les denomina no intencionales y

ejemplos de éstas son los hornos de microondas, equipo de diatermia, etc.

Un último grupo de fuentes no requieren de generar energía electromagnética para

realizar su función fundamental pero de manera incidental la emiten al espacio, a estas

fuentes se les denomina incidentales y ejemplos de éstas son: computadoras, teléfonos,

fotocopiadoras, licuadoras, sistemas de alumbrado, automóviles, etc.



Una representación simplificada de las diferentes fuentes artificiales se de en la

figura 1.4.

Figura 1.4 Clasificación de las fuentes artificiales

1.4.2 Ruido Interno o Propio.

Todo equipo terminal de los sistemas de comunicación emplea conductores,

resistores y transistores, los cuales generan oscilaciones aleatorias, y éstas dependen de

la física del funcionamiento de los dispositivos. Como en lo fundamental el ruido propio

tiene fuerte impacto en la recepción de la señal, el análisis que se hace en esta sección

está íntimamente relacionado con el ruido propio de los receptores. Entre los principales

tipos de ruido propio están: térmico, de disparo, de baja frecuencia y de alta frecuencia.



II Análisis y Transmisión de

Señales Analógicas 2.1. SEÑALES.

Saber en la Teoría (3 hrs.) 2.1.1 Análisis de señales por el método de Fourier (análisis armónico).

La excitación sinusoidal de circuitos o sistemas lineales permite determinar la

respuesta de ellos, pues la señal de excitación está definida en cada uno de sus puntos.

Por el contrario, la excitación no sinusoidal de un sistema impide determinar su

respuesta, pues aunque la señal de excitación puede estar bien definida, sus puntos de

discontinuidad no permiten determinar el comportamiento del sistema. El diente de sierra

es ejemplo típico de la excitación no sinusoidal.

El análisis de Fourier establece que cualquier señal no sinusoidal periódica se

puede expresar como suma de un número infinito o finito de funciones sinusoidales.

Ahora bien, recordamos que el principio de superposición, al que obedecen todos los

sistemas lineales, específica que cuando un sistema queda sometido a un conjunto de

excitaciones, la salida total del sistema (respuesta) es la suma de las respuestas a cada

una de las excitaciones individuales. En consecuencia, el análisis de Fourier y el teorema

de superposición proporcionan un método para determinar la respuesta de sistemas

lineales sometidos a excitaciones no sinusoidales. De aquí la importancia del análisis de

las formas de onda por el método de Fourier.

2.2 TEOREMA DEL MUESTREO.

El teorema de muestreo establece la frecuencia mínima de muestreo (fs) que se

puede usar en determinado sistema. Para que una muestra se reproduzca con exactitud

en el receptor, se debe muestrear cuando menos dos veces cada ciclo de la señal

analógica de entrada (fa). En consecuencia, la frecuencia mínima de muestreo es igual al



doble de la frecuencia máxima de la entrada de audio. Si (fs) es menor que (fa), se

producirá distorsión. A esta distorsión se le llama distorsión por alias, o por doblez en la

imagen. La frecuencia de muestreo mínima de Nyquist es:

fs ≥2fa

en donde fs = frecuencia mínima de muestreo de Nyquist (Hertz)

fa = máxima frecuencia que se debe muestrear (Hertz)

Sea s(t) una señal que admite la transformada de Fourier y con banda rigurosamente

limitada. Figura 2.1.(C):

S(f) = 0 para f≥2B

Sea s(nT) la serie obtenida por el muestreo periódico de s(t). De esta serie se puede

reconstruir perfectamente la señal S(t) con tal que la frecuencia de muestreo F=1/T no sea

inferior al doble del ancho de banda, es decir:

F≥2B

Figura 2.1 Los espectros de U(f), S(f) e Y(f)



Un simple control intuitivo del teorema anterior puede efectuarse considerando la

figura 2.1, en donde se representa el espectro de una señal muestreada con frecuencia

F= 1.5B Figura 2.1 (B) (En este caso para hacer más clara la figura no se consideró la

“atenuación” introducida por el espectro del impulso fundamental real).

Como se puede observar claramente, las repeticiones de S(f) no están separadas,

sino que están solapadas. Ya que para la reconstrucción de s(t) se puede utilizar un filtro

de paso bajo ideal [figura 2.1 (C)], se observa que la señal obtenida mediante la

reconstrucción tiene un espectro S1(f) [figura 2.1(D)] diferente que el espectro de la señal

de partida [figura 2.1 (A)]. Por consiguiente, en este caso no se puede ciertamente afirmar

que se haya reconstruido perfectamente la señal.

Cuando la frecuencia de muestreo es mayor que 2B (se trata del caso que se muestra en

la Figura 2.2) Se observa claramente que un filtro ideal de paso bajo, con banda pasante

F/2, logra extraer perfectamente el mismo espectro de la señal de partida, obteniendo así

la reconstrucción de s(t).

También la condición de banda limitada de la señal s(t) tiene que ser comprobada,

en caso contrario, por cuanto alta sea la frecuencia de muestreo F, habrá siempre parte

del espectro S(f) (sintonizado en torno a F) solapando a la parte del espectro que tiene

que extraerse del filtro, alterando de este modo la reconstrucción de s(t).



Figura 2.2. Espectros de la señal

2.2.1. Teorema de Fourier.

El teorema de Fourier establece que cualquier señal f(t) se puede representar en

términos de señales sinusoidales en cualquier intervalo (to, to+To) en donde wo es la

frecuencia angular de la señal periódica que se forma con base en f(t) en el intervalo To, la

cual se puede representar por la serie trigonométrica:

)cos(

...2.......2coscos)(

02010

020102010

tsennwbtnwaa

twsenbtsenwbtwatwaatf

n n ++=

=++++++=

∑∞

=

(1)

para )( 000 Tttt +<<

donde



T

w Π=

20

La ecuación (1) constituye la representación de f(t) como serie trigonométrica de

Fourier en el intervalo )( 000 Ttt +< . Las constantes nn baa ,,0 se calculan con:

∫+

=00

0

)(1

00

Tt

t

dttfT

a (2a)

∫+

=00

0

00

cos)(2 Tt

tn tdtnwtf

Ta (2b)

∫+

=00

0

00

)(2 Tt

tn tdtsenwtf

Tb (2c)

0a es el valor promedio de f(t) en el intervalo )( 000 Ttt +< es decir, es la componente de

corriente directa de f(t) en ese intervalo. El límite inferior 0t de las tres integrales es

arbitrario. Nótese que 0nw es la frecuencia de cada uno de los términos sinusoidales de la

serie.

La representación compacta de la serie trigonométrica de Fourier es:

)cos()( 010 nn n tnwCCtf ϕ++= ∑∞

= (3)

en donde 00 aC = (4a)

22nnn baC +=

(4b)



⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡−= −

n

nn a

b1tanϕ (4c)

Ejemplo:

Encontrar las componentes trigonométricas de Fourier de la onda rectangular de la

Figura 2.3. en el intervalo (0, 2π ).

Figura 2.3 Onda Rectangular



Figura 2.4 a) Componentes Trigonométricas de una Onda Rectangular b) Onda

Resultante

En la Figura 2.4 a) se graficaran: la componente de CD, la primera, tercera y

quinta armónicas de f(t). En la Figura 2.4 b), se graficara la resultante de la suma de estas

cuatro componentes.

Obsérvese que con sólo 4 términos se obtiene buena aproximación a la onda

rectangular. Adicionando más términos, la señal resultante se aproxima más a la onda

rectangular; se dice que la serie converge a la forma esperada. Como en este ejemplo se

trata de una onda que no es físicamente realizable, su serie de Fourier no converge a la



forma esperada en las vecindades de los puntos de discontinuidad. Para que esto ocurra,

se necesita sumar un número infinito de términos.

Ejercicios: Determine la serie trigonométrica de Fourier de cada una de las señales periódicas de la

Figura 2.5.

Figura 2.5

2.2.2. Serie exponencial de Fourier.

La señal f(t) también se puede expresar en términos de componentes

exponenciales en el intervalo To. Esta expresión es:

),()( 0000 TttparaeFtf tjnw

n n += −∞

−∞=∑ (5)



En donde, de nuevo, T

w Π=

20 pero ahora n toma valores desde -∞ hasta ∞ , sin

excluir el cero nF constituye ahora los coeficientes de la serie exponencial de Fourier que

se calculan con:

dtetfT

FTt

t

tjnwn ∫

+−=

00

0

0)(1

0

(6)

La ecuación (9) constituye la representación de f(t) mediante la serie exponencial

de Fourier en el intervalo )( 000 Ttt +< . Es una suma discreta de exponenciales

complejas de frecuencias positivas y negativas )( 0nw± . Debido a que resulta muy

interesante, a continuación se hará la demostración de las ecuaciones (5,6).

Considerando las fórmulas de Euler:

2cos

θθ

θj

ee j −

+= y

jeesen

jj

2

θθ

θ−

−=

y sustituyendo estas expresiones en la ecuación (1)

jeebeeaatf

tjnwtjnw

nn

tjnwtjnw

n 22)(

0000

10

−∞

=

− −+

++= ∑

∑∞

=−

⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ ++−+=

1000 )(

21)(

21)(

ntjnw

nntjnw

nn ejbaejbaatf

llamando:

)(21

nnn jbaF −= (7a)



)(21*

nnn jbaF += (7b)

y [ ]∑∞

=−++=

1*

000)(

ntjnw

ntjnw

n eFeFatf

Esta ecuación se puede simplificar con base en las ecuaciones. (2b y c) para

,nn bya de la siguiente manera: Nótese que si n toma valores negativos, ,nn aa =−

en tanto que nn bb =− . Así, de 7a.

0a se suprime, pues queda incluida en la sumatoria desde menos hasta más infinito. Es

decir, si en (2b) hacemos n = 0 se obtiene 0a y en (6) obtenemos F0, esto es:

Para la demostración de Fn considérese la expresión obtenida:

)(21

nnn jbaF −=

Sustituyendo los valores de na y nb (ecuación 2b y c) en esta expresión:



La serie trigonométrica de Fourier y la exponencial no son dos tipos diferentes sino

dos formas diferentes de expresar la misma serie. Los coeficientes de una serie se

pueden obtener a partir de los de la otra. Así, sumando y restando las ecuaciones 7a y 7b

se tiene:

Ejemplo: Obtener la serie exponencial de Fourier de la señal de la Figura 2.6.

Figura 2.6

Obtenemos que

(8)



Nótese que 2nπ es la frecuencia de cada una de las componentes exponenciales.

Ejercicio:

Encontrar las componentes exponenciales de Fourier de la onda exponencial de la onda

seno rectificado de la Figura 2.7.

Figura 2.7

2.2.3. Transformada de Fourier.

La función F(w) definida por dtetfwF jwt∫∞

∞−

−= )()( se conoce como la integral de

Fourier o transformada de Fourier de f(t), y la operación de integración se simboliza

frecuentemente por F ; esto es:

[ ] dtetfwFtfF jwt∫∞

∞−

−== )()()( (9)

Análogamente −F es el símbolo que se utiliza para indicar la operación inversa o sea

obtener f(t) cuando )(wF esta dado; esto es:

[ ] dwewFwFFtf jwt∫∞

∞−

−− == )(21)()( 1π

(10)

y f(t), se denomina transformada inversa de Fourier de )(wF . Las ecuaciones (9) y (10) se

conocen a menudo como par de transformada de Fourier.



La transformada directa, ecuación (9), establece que conociendo f(t) basta con

someterla a la operación indicada (integral de Fourier) para encontrar su espectro F(w).

Es decir, especificada f(t) en el tiempo se puede calcular su representación en el dominio

de la frecuencia.

Ejemplo:

Obtener la expresión analítica para el espectro del pulso aperiódico f(t) de la siguiente

figura 2.8.

Figura 2.8

Utilizando la fórmula de integración correspondiente:



Por la fórmula del sen(A ± B); ambos numeradores valen cos2w, así:

Ejercicio

Calcular la transformada de Fourier de la señal aperiódica )12()( −−= tBtfπ

de

la siguiente Figura 2.9.:

Figura 2.9



III Modulación de señales

contínuas

3.1. MODULACIÓN.


Muchas señales de entrada no pueden ser enviadas directamente hacia el canal,

como vienen del transductor. Para eso se modifica una onda portadora, cuyas

propiedades se adaptan mejor al medio de comunicación en cuestión, para representar el

mensaje.

Definiciones:

"La modulación es la alteración sistemática de una onda portadora de acuerdo con

el mensaje (señal modulada) y puede ser también una codificación"

"Las señales de banda base producidas por diferentes fuentes de información no

son siempre adecuadas para la transmisión directa a través de un a canal dado. Estas

señales son en ocasiones fuertemente modificadas para facilitar su transmisión."

Una portadora es una senoide de alta frecuencia, y uno de sus parámetros (tal

como la amplitud, la frecuencia o la fase) se varía en proporción a la señal de banda base

s(t). De acuerdo con esto, se obtiene la modulación en amplitud (AM), la modulación en

frecuencia (FM), o la modulación en fase (PM). La figura 3.1. muestra una señal de banda

base s(t) y las formas de onda de AM y FM correspondientes. En AM la amplitud de la

portadora varia en proporción a s(t), y en FM, la frecuencia de la portadora varía en

proporción a s(t).



Figura 3.1 Modulación de una señal de Banda Base

Es interesante hacer hincapié en que muchas formas de comunicación no

eléctricas también encierran un proceso de modulación, y la voz es un buen ejemplo.

Cuando una persona habla, los movimientos de la boca ocurren de una manera más bien

lenta, del orden de los 10 Hz, que realmente no pueden producir ondas acústicas que se

propaguen. La transmisión de la voz se hace por medio de la generación de tonos

portadores, de alta frecuencia, en las cuerdas vocales, tonos que son modulados por los

músculos y órganos de la cavidad oral. Lo que el oído capta como voz, es una onda

acústica modulada, muy similar a una onda eléctrica modulada.

3.1.1 ¿Por qué Se Modula? Existen varias razones para modular, entre ellas:

• Facilita la PROPAGACIÓN de la señal de información por cable o por el aire.

• Ordena el RADIOESPECTRO, distribuyendo canales a cada información distinta.

• Disminuye DIMENSIONES de antenas.



• Optimiza el ancho de banda de cada canal.

• Evita INTERFERENCIA entre canales.

• Protege a la Información de las degradaciones por RUIDO.

• Define la CALIDAD de la información trasmitida.

Modulación para facilidad de radiación: Una radiación eficiente de energía

electromagnética requiere de elementos radiadores (antenas) cuyas dimensiones físicas

serán por lo menos de 1/10 de su longitud de onda. Pero muchas señales, especialmente

de audio, tienen componentes de frecuencia del orden de los 100 Hz. o menores, para lo

cual necesitarían antenas de unos 300 Km. de longitud si se radiaran directamente.

Utilizando la propiedad de traslación de frecuencias de la modulación, estas señales se

pueden sobreponer sobre una portadora de alta frecuencia, con lo que se logra una

reducción sustancial del tamaño de la antena. Por ejemplo, en la banda de radio de FM,

donde las portadoras están en el intervalo de 88 a 108 MHz, las antenas no deben ser

mayores de un metro.

Donde λ es la longitud de onda en mts.

c es la velocidad de la luz (3 x 10 8 m/s)

f es la frecuencia en Hz.

Modulación para reducir el ruido y la interferencia: Se ha dicho que es imposible

eliminar totalmente el ruido del sistema. Y aunque es posible eliminar la interferencia,

puede no ser práctico. Por fortuna, ciertos tipos de modulación tiene la útil propiedad de

suprimir tanto el ruido como la interferencia. La supresión, sin embargo, ocurre a un cierto

precio; generalmente requiere de un ancho de banda de transmisión mucho mayor que el

de la señal original; de ahí la designación del ruido de banda ancha. Este convenio de

ancho de banda para la reducción del ruido es uno de los intereses y a veces

desventajosos aspectos del diseño de un sistema de comunicación.



Modulación por asignación de frecuencia: El propietario de un aparato de radio o

televisión puede seleccionar una de varias estaciones, aún cuando todas las estaciones

estén transmitiendo material de un programa similar en el mismo medio de transmisión.

Es posible seleccionar y separar cualquiera de las estaciones, dado que cada una tiene

asignada una frecuencia portadora diferente. Si no fuera por la modulación, solo operaría

una estación en un área dada. Dos o más estaciones que transmitan directamente en el

mismo medio, sin modulación, producirán una mezcla inútil de señales interferentes.

Modulación para multicanalización: A menudo se desea transmitir muchas señales

en forma simultánea entre dos puntos. Las técnicas de multicanalización son formas

intrínsecas de modulación, permiten la transmisión de múltiples señales sobre un canal,

de tal manera que cada señal puede ser captada en el extremo receptor. Las aplicaciones

de la multicanalización comprenden telemetría de datos, emisión de FM estereofónica y

telefonía de larga distancia. Es muy común, por ejemplo, tener hasta 1,800

conversaciones telefónicas de ciudad a ciudad, multicanalizadas y transmitidas sobre un

cable coaxial de un diámetro menor de un centímetro.

Modulación para superar las limitaciones del equipo: El diseño de un sistema

queda generalmente a la disponibilidad de equipo, el cual a menudo presenta

inconvenientes en relación con las frecuencias involucradas. La modulación se puede

usar para situar una señal en la parte del espectro de frecuencia donde las limitaciones

del equipo sean mínimas o donde se encuentren más fácilmente los requisitos de diseño.

Para este propósito, los dispositivos de modulación se encuentran también en los

receptores, como ocurre en los transmisores.



Figura 3.2 Asignación de Espectro de Frecuencia



3.1.2. ¿Cómo se Modula?

Frecuentemente se utilizan dispositivos electrónicos SEMICONDUCTORES con

características no lineales (diodos, transistores, bulbos), resistencias, inductancias,

capacitores y combinaciones entre ellos. Estos realizan procesos eléctricos cuyo

funcionamiento es descrito de su representación matemática.

s(t) = A sen (wt + @ )

donde:

A es la amplitud de la portadora (volts)

w es la frecuencia angular de la portadora (rad/seg)

@ ángulo de fase de la portadora (rad)

3.1.3. ¿Qué Tipos de Modulación Existen? Existen básicamente dos tipos de modulación: la modulación ANALÓGICA, que se

realiza a partir de señales analógicas de información, por ejemplo la voz humana, audio y

video en su forma eléctrica y la modulación DIGITAL, que se lleva a cabo a partir de

señales generadas por fuentes digitales, por ejemplo una computadora.

• Modulación Analógica: AM, FM, PM

• Modulación Digital: ASK, FSK, PSK, QAM

3.1.4. ¿Cómo Afecta el Canal a la Señal? Depende del medio o canal, ya que hay unos mejores que otros, aunque también

depende del tipo de modulación y aplicación. Los principales efectos que sufre la señal al

propagarse son:

• Atenuación

• Desvanecimiento



• Ruido Blanco aditivo

• Interferencia externa

• Ruido de fase

• Reflexión de señales

• Refracción

• Difracción

• Dispersión

3.1.5. ¿Qué Relación Existe Entre la Modulación y el Canal? El canal influye fuertemente en la elección del tipo de modulación de un sistema de

comunicaciones, principalmente debido al ruido.

CANAL: Ruido, Distorsión, Interferencia y Atenuación.

MODULACIÓN: Inmunidad al ruido, Protege la calidad de la información, evita

interferencia.

3.1.6. Definiciones de Términos Básicos Utilizados en las Telecomunicaciones:

Sistema de transmisión de datos: El conjunto de componentes que hacen posible

la conducción de señales de datos, en uno o en varios sentidos, utilizando para ello, vías,

las generales de telecomunicación.

Señal: Cualquier evento que lleve implícita cierta información.

Canal: Medio por el cual se transmite la información.

Transductor: Dispositivo que convierte algún tipo de energía en una señal

eléctrica.

Decibel: Unidad para medir la intensidad relativa de una señal, tal como potencia,

voltaje, etc. El número de decibeles es diez veces el logaritmo (base 10) de la relación de

la cantidad medida al nivel de referencia.



Modulación: Proceso mediante el cual se utiliza la señal de banda base para

modificar algún parámetro de una señal portadora de mayor frecuencia.

Señal portadora: Señal senoidal de alta frecuencia a la cual usualmente se hace que varíe

alguno de sus parámetros (amplitud, frecuencia, fase), en proporción a la señal de banda

base.

Modulación en Amplitud (AM): En este tipo de modulación, el parámetro de la

portadora que varía es su amplitud.

Modulación en Frecuencia (FM): En este tipo de modulación, el parámetro de la

portadora que varía es su frecuencia.

Modulación en Fase (PM): En este tipo de modulación, el parámetro de la

portadora que varía es su fase.

Señal de banda base: La señal eléctrica que se obtiene directamente desde la

fuente del mensaje (no tiene ningún tipo de modulación).

Señal Analógica: Aquella señal cuya forma de onda es continua.

Señal Digital: Aquella señal cuya forma de onda es discreta.

Periodo: Es el tiempo requerido para un ciclo completo de una señal eléctrica o

evento.

Frecuencia: Representa el número de ciclos completos por unidad de tiempo de

una señal eléctrica. Se expresa generalmente en Hertz (ciclos/segundo).

Longitud de Onda: Es la longitud en metros que existe entre cresta y cresta de

una señal eléctrica. La longitud de onda es igual a la velocidad de la luz entre la

frecuencia.



Donde: λ es la longitud de onda en mts.

c es la velocidad de la luz (3x108 mts/seg)

f es la frecuencia (1Hertz=1/seg)..

Atenuación: Disminución gradual de la amplitud de una señal, pérdida o

reducción de amplitud de una señal al pasar a través de un circuito o canal, debida a

resistencias, fugas, etc. Puede definirse en términos de su efecto sobre el voltaje,

intensidad o potencia. Se expresa en decibeles sobre unidad de longitud.

Filtro pasa baja: Es un arreglo de componentes electrónicos que sólo deja pasar

las frecuencias menores a la frecuencias de corte.

fc =

Donde: fc es la frecuencia de corte en Hz.

R es la resistencia en ohms, y

C es la capacitancia en faradios.

Filtro Pasa Alta: Es un arreglo de componentes electrónicos que sólo deja pasar

las frecuencias mayores a la frecuencias de corte.

Filtro Pasa Banda: Circuito que sólo permite el paso de las frecuencias

comprendidas en cierta banda y que al mismo tiempo atenúa en alto grado todas las

frecuencias ajenas a esta banda.

Ancho de Banda del Canal: Es el rango de frecuencias que éste puede transmitir

con razonable fidelidad.

Ancho de Banda de una Señal: Es el rango de frecuencias que contienen la

mayor cantidad de potencia de la señal.



Limitaciones de los Canales de Comunicación: Ruido, y la Capacidad del

canal.

Ruido: Toda energía eléctrica que contamina la señal deseada (ruido térmico,

ruido eléctrico, interferencia, distorsión, etc.)

Interferencia: Es cualquier perturbación en la recepción de una señal en forma

natural o artificial (hecha por el hombre) causada por señales indeseables.

Relación Señal a Ruido: Relación de la potencia de la señal deseada a la

potencia de ruido en un punto específico y para unas condiciones específicas en un punto

dado.

Capacidad del Canal: Índice de transmisión de información por segundo. Está

dado por la ecuación de Shannon:

Donde: C es la capacidad del canal en bps.

B es el ancho de banda en Hz

S/R es la relación señal a ruido en dB.

Espectro Radioeléctrico: Gama de frecuencias que permite la propagación de las

ondas electromagnéticas. La asignación de estas frecuencias está estandarizada por

organismos internacionales.

3.2. TRANSMISIÓN DE FM, AM, INTERFERENCIA Y RUIDO.

Como se ha visto anteriormente el término relación señal a ruido, la señal viene

siendo la información deseada en una transmisión, y el ruido viene siendo como la

información no-deseada. Generalmente las señales no deseadas son clasificadas como

ruido.

De aquí en adelante vamos a emplear el término ruido para señales no deseadas

de fuentes naturales, y el término interferencia para señales no deseadas de fuentes

hechas por el hombre. (Aunque existe interferencia también por fuentes naturales).



3.1.3. FM contra AM.

Los receptores de FM tienen menor ruido que los receptores de AM. La razón es

que existe mayor ruido e interferencia en la señal portadora modulada en amplitud, y los

sistemas FM están diseñados para eliminar las señales no deseadas de la portadora en

amplitud modulada.

3.3. MODULACIÓN EN AM.

Como se observa en la figura 3.3., la información de entrada varía la amplitud de la

señal portadora. La frecuencia portadora se mantiene constante. Las señales transmitidas

inducen un voltaje en la antena receptora, el receptor amplifica la señal y detecta las

variaciones en amplitud en la señal, y reproduce la información transmitida en la salida del

receptor.

Note que cualquier señal de interferencia que varíe la amplitud de la portadora del

receptor se convierte en una señal en la salida del receptor de AM. Es importante notar

que en la transmisión de TV, las señales de video (imagen) se modulan en la amplitud

portadora.



Figura 3.3. Transmisión y Recepción en AM

3.4. MODULACIÓN EN FM .

En la figura 3.4. se muestra la transmisión y recepción en FM. La entrada de la

información varía la frecuencia de una portadora transmitida. La frecuencia de la

portadora se mantiene constante. Las señales transmitidas inducen un voltaje en la

antena receptora, el receptor amplifica la señal, manda las señales a través de un

limitador y discriminador, y reproduce la información transmitida en la salida del receptor.

Como se muestra el limitador/discriminador corta las portadoras arriba y abajo

para eliminar las variaciones en amplitud. Las señales no deseadas causan una variación

en la portadora del receptor en amplitud de la antena receptora. Estas no aparecerán en

la salida del receptor ya que están no varían la frecuencia de la portadora recibida. Esto

es porque la transmisión en FM es esencialmente libre de interferencia y ruido, con

respecto a la portadora modulada en amplitud.



Figura 3.4. Transmisión y Recepción en FM

3.5. FUENTES DE SEÑALES NO DESEADAS

Como se observa en la figura 3.5., las señales pueden ser tanto de fuentes

internas como externas. Las fuentes internas usualmente están presentes de un modo u

otro exista señal o no, y no cambian abruptamente a menos que suceda algo extraño

dentro del equipo o en las interconexiones.

Las fuentes externas tienen dos formas para ser introducidas dentro del sistema.

Una es a través de la antena y la otra es a través de la potencia de entrada. Las señales

no deseadas pueden estar, o no, presentes todas las veces. Estas pueden ocurrir

momentáneamente, intermitentemente o periódicamente.

Es importante cuando se trata de eliminar las señales no deseadas para conocer si

están entrando al sistema de fuentes externas o si están presentes sin cualquier entrada

externa.



Figura 3.5 Fuentes de Señales

3.5.1 Fuentes de Ruido.

3.5.1.1 Ruido Térmico (Thermal Noise).

Todos los objetos cuya temperatura esta por encima del cero absoluto (0 grados

Kelvin) generan ruido eléctrico en forma aleatoria debido a la vibración de las moléculas

dentro del objeto. Este ruido es llamado ruido térmico. La potencia de ruido generada

depende sólo de la temperatura del objeto, y no de su composición. Ya que ésta es una

propiedad fundamental, el ruido frecuentemente es definido por su temperatura

equivalente de ruido. La temperatura de ruido puede darse tanto en grados Kelvin como

en decibeles. A continuación se presenta una fórmula para convertir grados Kelvin a dB.

T (dB)= 10*log10(1+K/120)

Donde:

T es la temperatura equivalente de ruido en dB

K es la temperatura en grados Kelvin



La temperatura de el aire alrededor de nosotros es aproximadamente 300º K (27º

C), y la temperatura del sol es muy alta (alrededor de 5,700º K). Es posible construir un

amplificador cuya temperatura equivalente de ruido esté por debajo de su actual

temperatura, y para así agregar el menor ruido posible al receptor.

Los amplificadores de bajo ruido (Low Noise Amplifier LNA) de los sistemas de satélite

fueron clasificados en temperatura equivalente de ruido para indicar su ruido térmico.

3.5.1.2 Ruido de Choque (Shot Noise).

Los diodos limitados por la temperatura, los cuales virtualmente incluye a todos los

semiconductores, generan ruido de choque cuando la corriente es pasada a través del

diodo. El ruido resultante se debe a la corriente que es pasada por él en forma de

partículas discretas (electrones) y un impulso es generado por el paso de cada partícula.

El ruido es proporcional a la corriente. La corriente cero es igual al ruido térmico.

3.5.1.3 Ruido Atmosférico (Atmospheric Noise).

Existe un ruido que es interceptado por la antena llamado ruido atmosférico. El

ruido atmosférico es muy alto para bajas frecuencias, y decrece cuando se incrementa la

frecuencia. Está presente en toda la banda de radiodifusión AM y éste no puede ser

eliminado con el amplificador y el diseño de la antena. El ruido atmosférico decrece

bastante en frecuencias de TV y FM.

3.6. FUENTES DE INTERFERENCIA.

La interferencia básicamente es hecha por el hombre excepto por condiciones

atmosféricas y del clima. La más notable son las descargas eléctricas (rayos). A

continuación se mencionan algunos ejemplos de fuentes de interferencia:

• Sistema de encendido de vehículos.



• Motores eléctricos, líneas de alta tensión.

• Luces de neón y fluorescentes.

• Computadoras.

Otros tipos de transmisión, tales como la radio amateur o CB (Banda Civil), radio

de la policía y otros servicios públicos, inclusive otras estaciones de FM o TV.

Generalmente las fuentes que radian señales periódicas e intermitentes son

llamadas fuentes de impulso. Algunos ejemplos son: interruptores eléctricos, luces de

neón destellando, encendido de automóvil, rayos, etc. Los impulsos son de corta duración

(microsegundos) y frecuentemente tienen amplitudes más grandes que la señal que está

siendo recibida. La interferencia puede ser radiada como interferencia electromagnética

(EMI), o conducida sobre las líneas eléctricas, en el caso del equipo con alimentación de

Corriente alterna (AC).

3.6.1. Otros Tipos de Interferencia.

3.6.1.1 Interferencia de Canales Adyacentes.

La interferencia de canales adyacentes es muy común en áreas metropolitanas

donde las estaciones (de AM o FM por ejemplo) son asignadas en frecuencias muy

cercanas. En esas áreas donde la congestión de canales existe, los efectos pueden ser

minimizados (si las estaciones están en diferentes direcciones) usando un rotor para

orientar la antena para la mínima interferencia.

3.6.1.2. Efecto de captura.

Los sistemas FM exhiben un fenómeno llamado "efecto de captura", por lo cual la

señal más fuerte de dos adyacentes elimina a la más débil. Cuando se trata de sintonizar

una señal débil, inmediatamente aparece la señal más fuerte. Reduciendo la amplitud

(potencia) de la señal más fuerte afectara menos a la señal débil. Existe una sola forma



de cambiar el efecto de captura, ésta es, moviendo o rotando la antena, o obtener una

antena más direccional y apuntarla hacia la estación más débil. En este artículo hemos

hablado sobre la eliminación de señales no deseadas, y encontramos que éstas pueden

entrar al receptor y por la antena misma. La mejor manera para eliminar estas señales es

remover la fuente. Si esto no es posible es recomendable proteger (blindar) o hacer uso

de filtros.

PRÁCTICA 1 MODULADOR BALANCEADO.

Saber Hacer en la Práctica (2hrs.)

OBJETIVO: Obtener una señal modulada en amplitud (AM).

Modulador balanceado. Para que realmente se obtenga la eficiencia en el

empleo de la potencia se requiere que el modulador no genere una componente con

frecuencia igual a la frecuencia de la portadora. Todo modulador debe ser un circuito no

lineal ya que en una de sus entradas se tiene a la portadora, en la otra a la señal

moduladora y en la salida a la portadora modulada, la cual contiene nuevas componentes

(las laterales) que no están presentes en la entrada. Para asegurar que en la salida aparezca cualquier componente excepto una que

tenga una frecuencia idéntica a la de la portadora, se requiere que ésta última se

introduzca en modo común éste debe ser balanceado. Lo cual significa que todo

modulador de amplitud donde el espectro de la portadora modulada no contenga una

componente con frecuencia fp debe ser balanceado. Lo cual significa que en todos los

sistemas de una sola banda lateral se emplean moduladores balanceados. La modulación

de amplitud implica trasladar el espectro de la señal de banda base alrededor de la



frecuencia de la portadora pero sin distorsionarlo, para esto se requiere que el modulador

se comporte como no lineal para la portadora y lineal para la señal modulante, lo cual

exige que se comporte como paramétrico y lineal para la señal de banda base.

Material Necesario:

• Modulo T10B

• Fuente de limentación de ±12 Vcc

• Osciloscopio.

Desarrollo Experimental.

Armar el circuito que se muestra en el siguiente diagrama:

figura 3.6.

El circuito integrado que contiene LM1496 está constituido por un cuádruple

amplificador diferencial, gobernado por una limenta etapa diferencial. La señal de salida

está constituida por una constante que multiplica el producto de las dos señales de

entrada CARRIER y SIGNAL. El trimmer NULL CARRIER permite balancear o

desbalancear el circuito; en el primer caso la salida es limentació el producto de las

señales de entrada y el circuito funciona como modulador balanceado; en el segundo

caso la salida contiene también una componente fija de la señal CARRIER y el circuito



funciona como modulador de limenta. El trimmer RV2 regula la limenta de la salida,

que se extrae del emisor del limentaci.

Mostrar Resultados.

Figura 3.7.

Conclusiones:

a) Señal portadorta b) Señal modulante c) Señal modulada



PRÁCTICA 2 MODULADOR DE ANILLO

Saber Hacer en la Práctica (2 hrs.)

OBJETIVO: Que el alumno observe la señal modulada en AM.

El modulador de anillo utiliza diodos para llevar a cabo la función de limentació.

Debido a la acción de los diodos, en un primer medio ciclo de la portadora cos wct la

señal de entrada pasa intacta hacia la entrada del filtro. En el siguiente medio ciclo, la

señal de entrada pasa de nuevo intacta pero con la inversión de 1800 C en su polaridad.

Material necesario:

• Modulo T10B

• Fuente de limentación de ±12 Vcc

• Osciloscopio

Desarrollo experimental.

La señal portadora se aplica entre las tomas centrales de los dos transformadores

(puntos 6-7) y la señal moduladora se aplica al primario del primer transformador (puntos

4-5). Los puentes J1-J2 permiten insertar el par de diodos, de modo que se pase de un

modulador balanceado (de 2 diodos) a un modulador en anillo (de 4 diodos). El trimmer

RV3 permite desbalancear el funcionamiento del modulador, para simular un

funcionamiento incorrecto del circuito.



Figura 3.8.

Mostrar Resultados.

Figura 3.9.

a) b)

c)

Conclusiones:



PRÁCTICA 3 MODULADOR DE FASE Y FRECUENCIA.

Saber Hacer en la Práctica (2 hrs.)

OBJETIVO: Que el alumno observe la señal modulada en fase (PM) y modulada

en frecuencia (FM).

Material necesario:

• Modulo T10B

• Fuente de alimentación de ±12 Vcc

• Osciloscopio

El modulador propiamente está constituido por un amplificador de FET con carga

resonante; la señal moduladora de baja frecuencia varía, a través del diodo Varicap, la

frecuencia central del circuito (455 Khz. en ausencia de señal moduladora). Esto introduce

una variación de fase en la señal de RF aplicada a la entrada. El amplificador operacional,

cuando está conectado, integra la señal de baja frecuencia de manera que se obtenga del

modulador de fase una modulación de frecuencia.



Figura 3.10.

Mostrar Resultados:

Conclusiones:



IV Sistemas de Radiofrecuencia


Los sistemas de radiofrecuencia contienen en general una parte transmisora y otra

receptora. Primero se analizan las partes de un transmisor de radiofrecuencia las cuales

son muy semejantes a la parte receptora y se mencionan en los siguientes puntos:

• La antena

• Un circuito mezclador

• Un diodo rectificador

• Un dispositivo rectificador que convierte los impulsos eléctricos.

Un receptor debe: Recibir, amplificar y demodular una señal de RF.

Funciones de la sección de RF:

• Detector

• Limitar las bandas del espectro total de RF a una banda específica.

• Amplificar las señales recibidas.

La sección RF establece el nivel mínimo para la señal de RF que el receptor puede

detectar y demodular.

4.1. RECEPTORES Y TRANSMISORES DE RF.

La figura 4.1. muestra la realización de un transmisor básico, el cual no es muy

recomendable en términos de calidad, ruido y sensitividad.



Figura 4.1 Transmisor Básico

Para lograr entender algunos términos de radiofrecuencia nos detendremos para

explicar lo referente a sensitividad. Es un término de comunicaciones muy usado.

4.1.1. Sensitividad.

Es la habilidad del receptor al recibir señales débiles para amplificarse.

Sensitividad es la señal mínima de entrada en la antena que resulta de obtener una señal

de 20dB mayor que el ruido en el detector de las terminales de salida. La sensitividad se

define usualmente en microvolts y se relaciona con los sistemas señal a ruido, por

ejemplo.

Sensitividad = 3µV por S/N =20 dB

4.1.2. Un Receptor Superheterodino.

Heterodino: Significa mezclar las frecuencias juntas, en un dispositivo no lineal ó

trasladar una frecuencia a otra utilizando mezclas no lineales.



Es uno de los receptores de radio más populares y con un sistema muy básico

especialmente en 1930, este tipo llega a emitir señales de AM, FM, señales de

radioaficionados, televisión, radar, sistemas satelitales, etc.

La antena llega a interceptar señales electromagnéticas y luego viajan por el transmisor,

claro que para transmitir cualquier tipo de señal es necesario considerar la potencia de la

señal en la parte transmisora y receptora.

No Coherente 1. - Ganancia más grandes mejor Sensitividad.

2. - Mejor rechazo a la frecuencia imagen.

3. - Mejor relación señal a ruido.

4. - Mejor selectividad.

Sección de RF: Preselector y el amplificador de RF pueden ser circuitos separados, o un solo

circuito combinado.

El preselector es un filtro Pasa Banda de sintonización amplia, con una frecuencia

central ajustable.

Mezclador / convertidor: Incluye una etapa de oscilador de RF (conocida como L.

O. oscilador Local) y una etapa de mezclador / convertidor: (llamada 1er detector). El

objetivo del mezclador es convertir las frecuencias de R. F. a I. F. Realiza el heterodinaje.

Sección de I. F.: Consiste en una serie de amplificadores y uno o varios filtros

pasa-banda. En esta etapa se logra la mayor parte de la selectividad y la ganancia del

receptor. La frecuencia central y el BW de IF son fijas, para todas las estaciones de A.M.

es la misma (450 KHZ a 460 KHZ). Es más fácil y más barato construir amplificadores

estables de alta ganancia.

Sección de detector: Demodulador de AM, aunque en este caso la fc= 45KHZ, IF.

El L.O. está diseñado de tal forma que su frecuencia de oscilación siempre está por



encima o por debajo de la portadora de RF en una cantidad igual a la frecuencia central

de IF. El ajuste para la frecuencia central del preselector y el ajuste para la frecuencia del

LO están sintonizados en banda (los dos ajustes están mecánicamente unidos, un solo

ajuste cambia las dos frecuencias simultáneamente).

Inyección Lateral Superior: fco = fc+fIF AM comercial

Inyección Lateral Inferior: fco = fc-fIF

El diagrama general de un radiorreceptor de AM es el siguiente:

Figura 4.2 Radiorreceptor General de AM.

4.2. AMPLIFICADOR RF.

La señal de la antena la recibe un amplificador de RF. La señal de la antena debe

tener un bajo nivel de ruido para que el receptor la pueda percibir. Aun así todos los

amplificadores agregan un nivel de ruido a la señal. Algunos receptores se enuncian a

continuación:



4.2.1 Mezclador / Convertidor.

Su función es reducir las frecuencias de RF a frecuencias intermedias (IF) para

A.M. 450KHZ a 460KHZ. Incluye:

• Oscilador de RF u oscilador Local (L.O.)

• Mezclador no lineal

Sección de IF Su función es amplificar y seleccionar (selectividad).

Detector de A.M.

Su función es realizar la demodulación y recuperar la información.

Sección de Audio Su función es elevar la señal recuperada a un nivel utilizable.

Parámetros de un Receptor de A. M.

Se utilizan para evaluar la habilidad de un receptor para demodular con éxito una

señal de RF:

• Selectividad: Es la medida de un receptor para aceptar una banda de frecuencias

y rechazar las otras. En A. M. comercial, BW de cada transmisor = 10KHZ, fc±

5KHZ. BW del pasa-banda del receptor = 10KHZ.

• Mejora del Ancho de Banda, -Sensitividad, -Rango Dinámico, -Fidelidad, -Pérdida

por Inserción, -Temperatura de Ruido y Temperatura equivalente de ruido.

Hay dos tipos básicos de receptores de Radio:

• Coherentes o Síncronos.

• No coherentes o Asíncronos o Detección de envolvente.



4.3. ¿QUÉ ES UNA ESTACIÓN REPETIDORA?

El repetidor es un conjunto transmisor-receptor capaz de recibir y transmitir

simultáneamente una señal de radio. Un repetidor simple consistiría, pues en un receptor

con su salida de audio acoplada a la entrada de micro de un transmisor. Naturalmente, se

requiere de un circuito adicional para activar automáticamente el transmisor cuando en la

entrada del receptor aparece una señal a repetir; de esta manera, por débil que sea la

señal inicia su función el dispositivo.

Hay que notar que la transmisión y recepción simultáneas se realizan con

frecuencias diferentes; para la banda de 144 MHz, asignada a radioaficionados, la

separación establecida por las normas IARU, es de 600 kHz en 144 y de 1.6 MHz o 7.6

MHz en las bandas de UHF 432 MHz.

Los transmisores que normalmente integran el repetidor son de frecuencia

modulada, su excursión de frecuencia no sobrepasa generalmente los 10 kHz; las normas

de excursión en la banda de radioaficionados son de 6 kHz como máxima desviación

establecida por la IARU, y los canales mantienen una separación de 25 kHz en VHF y de

25 y 50 kHz en UHF.

Comercialmente se fabrican repetidores para los enlaces comerciales o estatales;

las frecuencias de trabajo asignadas a éstos son generalmente más espaciadas que las

de los radioaficionados, lo cual facilita su instalación.

Uno de los principales problemas es el de desensibilización del receptor, conocida

en la práctica por interacción, y debida a la reducción de sensibilidad en el receptor a

causa de la proximidad del campo RF generado por el transmisor. Este inconveniente es

menos acusado cuando la separación de frecuencias es mayor.

El repetidor va a necesitar elementos adicionales para subsanar este fenómeno y,

van a jugar un papel muy importante los filtros de cavidades resonantes, los diplexores,

etc. El conocimiento modular del repetidor es del todo imprescindible, la siguiente figura



(fig. 4.3.) muestra el diagrama completo del repetidor, faltando únicamente el sistema de

alimentación.

Figura 4.3 Diagrama de bloques del repetidor.

La parte superior es la sección receptora, y la inferior es la sección transmisora. En

el conjunto de los bloques que constituyen el receptor observamos que la señal recibida

por la antena pasa al primer paso amplificador de RF; éste la amplifica convenientemente

y la entrega al mezclador; el oscilador local genera la frecuencia para la mezcla y el

resultado será una nueva frecuencia que se constituye la frecuencia intermedia FI.

La señal FI pasa por un filtro a cristal donde sufre una atenuación y, por

consiguiente, volveremos a aumentar su nivel con el módulo amplificador de FI; después

pasa al discriminador de FM, el cual tiene una doble función: primera, convierte la mayor

parte de la señal en una de baja frecuencia audible en el altavoz del receptor y segunda,

como se ve en el diagrama modular, utiliza el nivel de ruido generado por el circuito en

ausencia de señal, para activar el módulo silenciador, el cual, a su vez, controla al

conmutador automático del transmisor TAP (transmisor activado por portadora).

El conjunto del transmisor lo constituye básicamente un oscilador controlado a

cristal y un modulador en fase. La señal generada por el oscilador es amplificada por un

paso sintonizado. Este circuito está diseñado convenientemente para la separación entre

pasos, por lo que se le denomina separador; a él le sigue la cadena de multiplicación de

frecuencia para aumentar la frecuencia hasta el límite deseado. Un transmisor tiene tantos



pasos separadores como cambios de frecuencia sean necesarios para alcanzar la

frecuencia final de transmisión, y un paso final de potencia, seguido de una red de filtro

paso bajo para la reducción de armónicas y señales no deseadas; en la práctica también

esta red sirve para el acoplamiento de impedancias con la antena.

El siguiente diagrama (Figura 4.4.) muestra las diferentes partes del receptor.

Figura 4.4. Diagrama de bloques del receptor del repetidor.

La primera es el amplificador de RF y constituye la primera etapa que recibe las

señales de radio captadas por la antena; en los repetidores esta sección es de primordial

importancia. En lo que a la elección de circuitos se refiere deben tenerse en cuenta dos

de las características principales: sensibilidad y selectividad. La sensibilidad viene

expresada por la relación señal - ruido, el ruido puede ser externo o interno.

El ruido externo en zonas superiores a los 100 MHz es bajo, porque cuando

aumenta la frecuencia disminuye el ruido que generan los parásitos atmosféricos,

industriales o de otra índole; el ruido interno lo genera el mismo paso amplificador.

Normalmente el repetidor se instala en zonas tranquilas, alejadas de ruidos externos, por

lo que estos raramente perturban la recepción de señales débiles; por consiguiente, es

imprescindible reducir el ruido interno a niveles lo más bajos posible. La recepción será

tanto mejor cuando menor sea el ruido generado por el propio amplificador.



En cuanto a la selectividad, los pasos sintonizados hacen que disminuya la

sensibilidad y para reducir al mínimo la pérdida de ésta, en los amplificadores de RF de

VHF - UHF se emplean filtros helicoidales que proporcionan un alto grado de selectividad

sin pérdidas elevadas. Cuanto más estrecha sea la banda de paso en RF conseguida,

mejor se evitan las modulaciones cruzadas, interferencias de toda índole, desensibilidad

por señales fuertes próximas a la frecuencia de sintonía, etc. Usando un buen paso

amplificador de RF muy sensible y selectivo se consigue que el repetidor funcione

satisfactoriamente.

A la salida de este paso amplificador de RF, la señal entra en el circuito conversor

donde se mezcla con la señal del oscilador local. Ambas frecuencias se combinan y la

diferencia entre ellas tiene un valor constante; este proceso es lo que se llama

heterodinaje y el circuito puede proyectarse para una determinada frecuencia que

constituirá la FI. Normalmente se utiliza la frecuencia de 10.7 MHz debido a que existe

una gran diversidad de filtros selectivos normalizados a esta frecuencia. Todo mezclador

introduce una pérdida en la conversión que, con el ruido del amplificador de FI siguiente,

determina el ruido total del receptor.

Las etapas osciladora y multiplicadora que suministran la señal para la mezcla,

deberán estar lo más exentas posible de frecuencias espurias que pueden provocar

batidos y nuevas señales compuestas, las cuales pueden entrar otra vez en el paso de

entrada sintonizado o interferir la propia sintonía del receptor, además de aumentar el

nivel de salida de ruido del mezclador. Varios problemas de este tipo se solventan con

circuitos trampa para armónicos no deseados; varios casos de señales compuestas se

han eliminado con un circuito trampa en serie a la salida del multiplicador.

La amplificación de FI, en el receptor del repetidor, generalmente es clásica,

puesto que no necesita ningún dispositivo que lo diferencie de cualquier receptor de FM.

Cuando el receptor capta una señal fuerte, el aparato se silencia, es decir, desaparece el

ruido de fondo. La sensibilidad de cualquier receptor de FM debe ser tal que la señal de

entrada requiera un nivel de 0.2 µ V o menos para producir el silencio.

Es importante lograr una amplificación de FI exenta de ruido propio. Cualquiera

que sea el circuito utilizado conviene emplear filtros de cristal para conseguir una buena



selectividad. Cada marca de filtro tiene su propia impedancia característica de manera

que, si se hacen substituciones, se tendrá en cuenta el cambio de los valores de

adaptación.

La etapa detectora de FM la constituye generalmente el discriminador. Aunque

existe una gran variedad de circuitos detectores de FM, últimamente han proliferado los

circuitos integrados que realizan varias funciones y simplifican bastante el circuito, pero en

la práctica es recomendable utilizar discriminadores clásicos en los receptores de

repetidor, con el fin de reducir al mínimo el ruido.

El discriminador es un circuito sintonizado en que una variación de la frecuencia de

entrada provoca una variación de fase que produce un aumento de amplitud en uno de los

lados del secundario, mientras que en el otro lado produce una disminución y la diferencia

entre ambas tensiones variables después de la rectificación es la tensión de audio.

Es importante un buen ajuste del discriminador ya que así aumentara la calidad de

audio de las señales repetidas y aparecerán con la misma potencia de audio. Para alinear

bien es imprescindible utilizar un voltímetro con conmutador inversor o que tenga el cero

en el centro de la escala. Se conecta el voltímetro a la salida del discriminador, estando

aplicada a su entrada la señal de un generador de RF sintonizado a la frecuencia del

receptor.

Variando el núcleo de la bobina se obtendrá una tensión cero, pero cuando la

frecuencia se aleja de la central en sentido positivo unos 10 kHz, aparecerá en el

voltímetro una tensión positiva mientras que el ajustarla en sentido contrario aparecerá

una tensión negativa.

El primario del transformador debe ajustarse de manera que, por ejemplo, si existe

una disminución de 5 kHz con respecto a la frecuencia central aparecen dos voltios

positivos; en cambio un aumento de 5 kHz debe producir una tensión de 2 voltios

negativos. Los dos ajustes son interactivos, así que habrá que repetirlos algunas veces

hasta que sean lo más simétricos posible.



Del discriminador parten dos señales derivadas: una para el conmutador de la

señal de audio, a fin de obtener, una vez amplificada, la señal audio que reproduce el

altavoz monitor; otra para el silenciador, circuito compuesto por uno o varios pasos de

amplificación. El ruido está básicamente generado por el discriminador, y su nivel se

puede controlar con un potenciómetro, que actúa sobre la sensibilidad del circuito

activador, el cual conmuta y enmudece la entrada del amplificador de BF.

En ausencia de señal, el circuito silenciador enmudece el amplificador de audio,

disparando automáticamente el circuito conmutador. Cuando aparece una señal en la

antena, el discriminador la envía directamente al circuito de BF.

Esta conmutación de la señal de BF para silenciar el ruido en ausencia de

portadora también sirve para activar simultáneamente otro circuito que se denomina TAP

(transmisor activado por portadora). Un relevador o conmutador electrónico se activa

automáticamente al transmisor cuando aparece una portadora e inicia la función el

repetidor.

El amplificador de audio es un circuito ordinario de BF, pero no es aconsejable

emplear en su diseño circuitos integrados porque ofrecen más seguridad los pasos finales

de transistores comerciales de BF, en el aspecto de descargas atmosféricas. Ahora

veremos el transmisor, en la siguiente figura (4.5.) observamos el diagrama de bloques

del transmisor.

Figura 4.5 Diagrama de Transmisión Básico.

El primer circuito que genera la señal es el oscilador a cristal, y es necesario

tenerlo muy en cuenta, ya que cualquier inestabilidad en él resulta multiplicada con la

frecuencia. Tiene importancia su constitución mecánica y su disposición eléctrica, y



conviene que esté alejado de partes que generan calor para evitar cualquier

desplazamiento de frecuencia por efecto térmico; especialmente los componentes que lo

polarizan deben ser de absoluta fiabilidad.

Algunos circuitos modulan la frecuencia en este paso a base de aplicar tensión a

un diodo varicap; cuando varía la amplitud de la frecuencia audio cambia la capacidad y

éste hace que la frecuencia varíe por encima o por debajo de la frecuencia del cristal,

produciendo de este modo la modulación de frecuencia; no obstante, es preferible que el

oscilador cumpla solamente su función y que la modulación se efectúe en el siguiente

paso tal como se describe en la figura anterior.

La modulación de fase genera un cambio de la frecuencia instantánea durante el

tiempo en que se desplaza la fase y el valor de la desviación es directamente proporcional

a la frecuencia de la señal moduladora. El amplificador separador sirve para la adaptación

de impedancias entre pasos y recorte de las frecuencias armónicas no deseables; se

trata, pues, de un acoplador de pasos y filtro a la vez, y suministra el paso multiplicador de

frecuencia una señal exenta de frecuencias espurias.

El paso amplificador de potencia debe estar previsto de un filtro de paso bajo para

mantener los niveles de armónicos y de señales espurias dentro de los límites

establecidos; además debe estar provisto de un dispositivo protector para evitar que una

posible subida de energía reflejada originada por una eventual avería física en cables,

filtros o antena, destruya el transistor final de potencia.

Para reducir la desensibilización del receptor a causa de la proximidad del

transmisor, a menudo se separan las dos antenas, transmisora y receptora, pero

generalmente esto no da buenos resultados, pues el receptor continúa teniendo falta de

sensibilidad. Estos problemas se solucionan de modo definitivo con el empleo de

cavidades resonantes de los cuales existen varios tipos. Se trata de un filtro de alto Q

para sintonía de paso de banda, es decir, sintonizado a la frecuencia del receptor, que

solamente dará paso a ésta, rechazando las que estén por encima o por debajo de la

frecuencia sintonizada.



Con más de una cavidad se mejorara la selectividad del receptor. También se

emplean en el transmisor para impedir que se radien señales espurias que puedan

interferir a otros servicios. Otro tipo de cavidad es la que tiene un circuito trampa y está

sintonizada a la frecuencia de transmisión, colocada a la entrada del receptor producirá

una buena atenuación de la señal del transmisor, ya que ésta señal caerá en la trampa,

dando paso a las demás señales hacia el receptor. Si además de estas cavidades tipo

trampa, disponemos delante del receptor de un paso de doble sintonía, es decir, un

circuito trampa y otro de paso de banda, el efecto de rechazo se duplica.

El empleo de cavidades de doble sintonía ha hecho posible que, combinando

varias, se pueda emitir y recibir con una sola antena. Al conjunto de estos bloques se les

denomina duplexores.

La antena es una parte muy importante en la instalación del repetidor ya que de

ella depende en parte que la cobertura del mismo sea proyectada; utilizando antenas

apropiadas en cada caso, obtendremos los resultados esperados. El tipo más adecuado

para coberturas en todas las direcciones es obvio que es el de las antenas

omnidireccionales; normalmente la polarización utilizada es la vertical porque facilita la

instalación de las antenas en los móviles.

Las antenas para repetidores deben reunir varias características importantes. En

cuanto a sus propiedades físicas, la antena debe ser robusta, para soportar grandes

vendavales en invierno cuando esté ubicada en un lugar montañoso donde la nieve y el

hielo sean su principal enemigo debido a la formación de hielo en ella, lo cual aumenta la

superficie que opone al viento y termina por partirse, de esto tiene mucha experiencia el

personal de mantenimiento de repetidores de montaña.

En cuanto a sus características eléctricas, la antena debe estar cortocircuitada a

tierra para descargar las corrientes estáticas o de chispas atmosféricas cercanas. Para

cubrir distancias cortas en repetidores de ámbito local es preferible usar antenas de ¼ de

onda, que, por ser pequeñas, son más consistentes que las antenas de ganancia.

La mayoría de los repetidores están diseñados para la máxima cobertura posible a

grandes distancias; esto requiere de que estén bien ubicados en un punto lo más elevado



posible y el empleo de antenas de considerable ganancia. Los dos tipos más comunes

son las formaciones de dipolos apilados y las colineales apiladas en un mástil que son

dos buenas antenas para la larga distancia. Debido a las pérdidas que introduce también

tiene mucha importancia el tipo de línea de transmisión que se emplee en los repetidores

hacia antenas.

Operación a través de estaciones relevadoras automáticas.

Uno de los modos de comunicación que más popularidad ha adquirido en los

últimos años es el que se efectúa en las bandas de VHF y UHF empleando estas

estaciones relevadoras automáticas, popularmente conocidas como repetidores.

Este modo de efectuar comunicaciones presenta la ventaja del tamaño compacto

delos equipos transceptores de baja potencia, cuyo alcance o rango es ampliado por un

equipo transmisor – receptor automático instalado en un edificio alto o en una montaña.

El equipo automático recibe de la señal de un transmisor pequeño y la retransmite

automáticamente logrando así ampliar el rango de comunicación confiable del equipo que

empleamos para transmitir. La efectividad de la repetidora depende del lugar donde está

instalada y su altura sobre el nivel promedio del terreno.

Para dar una idea de las relaciones de cobertura podemos considerar que un

equipo portátil de uso manual con un watt de potencia tiene un radio de 2 a 5 Km, y si

operamos a través de una repetidora el alcance será de 30 a 100 Kms.

Una estación repetidora opera en lo que se denomina "operación dúplex", es decir

recibe en una frecuencia y transmite en otra; generalmente dentro de la misma banda de

aficionados.

La separación entre las frecuencias de recepción y transmisión de la estación

repetidora se denomina "offset"; pudiendo ser negativo o positivo, ya sea que la

frecuencia de recepción sea menor o mayor que la frecuencia de transmisión de la

repetidora.



El modo de emisión más común empleado para la operación a través de

repetidoras es la frecuencia modulada de banda angosta, donde la desviación de la

frecuencia de la portadora en función de la señal de audio es de ± 7.5 kHz, es decir, el

ancho de canal de comunicaciones es de 15 kHz.

Enseguida mencionamos algunos consejos para la operación de estaciones

repetidoras:

• Nunca se debe llamar CQ a través de una repetidora, simplemente hay que dar el

distintivo de llamada, saludar, y decir que se queda a la escucha. Siempre

utilizando el código fonético internacional.

• Cuando operemos a través de repetidoras nuestras intervenciones deberán ser

concisas y breves, evitando monólogos o discursos que aburran a nuestros

interlocutores, evitando que otros aficionados participen. La mayoría de los

repetidores tienen un relevador de tiempo que corta la retransmisión de la señal

después de 90 ó 120 segundos; por lo tanto nuestra conversación deberá ser

expresada en ese lapso y dejar de transmitir para que se restablezca el relevador.

• Es recomendable que antes de hablar se deje un espacio de tiempo, para permitir

así la entrada al repetidor de otras estaciones.

• Es recomendable utilizar la mínima potencia necesaria para tener un acceso

correcto a la estación repetidora.

PRÁCTICA 4 INTRODUCCIÓN A PSPICE

Saber Hacer en la práctica (12hrs.)

OBJETIVO: Que el alumno se familiarice con el ambiente de simulación de

PSPICE.



Material necesario.

• Una computadora con Windows 98, 2000, XP

• Software PSIPICE

Spice surge a mediados de los años 70 en la Universidad de California, en

Berkleley, programa capaz de resolver las ecuaciones que caracterizan un circuito, a

través de descripción del mismo. El nombre de Spice deriva de las iniciales de “Simulation

Program Integrated Circuit Emphasis”, que viene a resumir la filosofía con que fue creado.

Desarrollo experimental.

EJERCICIO 1. Análisis del punto de polarización de un circuito.

El objetivo de este ejercicio es obtener el punto de trabajo (o de polarización) del

siguiente circuito:

a) Realice el análisis teórico del punto de polarización, obteniendo la tensión en los

nodos A y B, y la corriente I.

b) Introduzca el esquemático del circuito, netlist.

c) Realice la simulación.

* Punto de Operación



* V1 1 0 5V R1 1 2 1K R2 2 0 2k .OP .END

Mostrar Resultados:

Conclusiones: EJERCICIO 2. Filtro Pasivo RCL.

El objetivo de este ejercicio es ver el comportamiento en frecuencia de un filtro

pasabanda.

a) Realice el análisis teórico de la respuesta del sistema.

b) Introduzca el esquemático del circuito, netlist.

c) Realice la simulación.

*FILTRO



V1 2 0 AC 1 R1 1 0 1k C1 2 3 400n L1 3 1 100m .AC DEC 100 10 1MEG .PROBE .END

Mostrar Resultados:

Conclusiones:



V Comunicaciones

por Microondas

5.1. ¿QUÉ SON LAS MICROONDAS?


Las microondas son ondas electromagnéticas de la misma naturaleza que las

ondas de radio, luz visible o rayos X. Lo que diferencia a cada una de las ondas del

espectro electromagnético es su frecuencia (o de forma equivalente su longitud de onda).

Cuando se piensa en comunicación de datos generalmente se piensa en

comunicación a través de cable, debido a que la mayoría de nosotros tratamos con este

tipo de tecnología en nuestro día a día. Haciendo a un lado las complicadas redes

cableadas también tenemos la llamada COMUNICACIÓN INALÁMBRICA muy

comúnmente a nuestro alrededor.

La Comunicación de data inalámbrica en la forma de microondas y enlaces de

satélites son usados para transferir voz y data a larga distancia. Los canales inalámbricos

son utilizados para la comunicación digital cuando no es económicamente conveniente la

conexión de dos puntos vía cable; además son ampliamente utilizados para interconectar

redes locales (LANS) con sus homólogas redes de área amplia (WANS) sobre distancias

moderadas y obstáculos como autopistas, lagos, edificios y ríos. Los enlaces vía satélite

permiten no sólo rebasar obstáculos físicos sino que son capaces de comunicar

continentes enteros y barcos, rebasando distancias sumamente grandes.



Los sistemas de satélites y de microondas utilizan frecuencias que están en el

rango de los MHz y GHz, usualmente utilizan diferentes frecuencias para evitar

interferencias pero comparten algunas bandas de frecuencias.

5.2. COMUNICACIÓN VÍA MICROONDAS.

Básicamente un enlace vía microondas consiste en tres componentes

fundamentales: El Transmisor, El receptor y El Canal Aéreo. El Transmisor es el

responsable de modular una señal digital a la frecuencia utilizada para transmitir. El Canal

Aéreo representa un camino abierto entre el transmisor y el receptor, y como es de

esperarse el receptor es el encargado de capturar la señal transmitida y llevarla de nuevo

a señal digital.

El factor limitante de la propagación de la señal en enlaces de microondas es la

distancia que se debe cubrir entre el transmisor y el receptor, además esta distancia debe

ser libre de obstáculos. Otro aspecto que se debe señalar es que en estos enlaces, el

camino entre el receptor y el transmisor debe tener una altura mínima sobre los

obstáculos en la vía, para compensar este efecto se utilizan torres para ajustar dichas

alturas.

5.3. ANTENAS Y TORRES DE MICROONDAS.

La distancia cubierta por enlaces microondas puede ser incrementada por el uso

de repetidoras, las cuales amplifican y redireccionan la señal, es importante destacar que

los obstáculos de la señal pueden ser salvados a través de reflectores pasivos. Las

siguientes figuras 5.1 y 5.2 muestran como trabaja un repetidor y como se ven los

reflectores pasivos.



Figura 5.1 Esquema de un Repetidor

Figura 5.2 Reflectores Pasivos

La señal de microondas transmitidas es distorsionada y atenuada mientras viaja

desde el transmisor hasta el receptor, estas atenuaciones y distorsiones son causadas

por una pérdida de poder dependiente a la distancia, reflexión y refracción debido a

obstáculos y superficies reflectoras, y a pérdidas atmosféricas.

Región de las Microondas:

Gama de Ondas Límite Inferior (GHz) Límite Superior

(GHz)

Ondas decimétricas 0.3 3

Centrimétricas 3 30

Milimétricas 30 300



5.4. APLICACIONES DE LAS MICROONDAS.

Sin duda podemos decir que el campo más valioso de aplicación de las

microondas es el ya mencionado de las comunicaciones, desde las que pudiéramos

denominar privadas, pasando por las continentales e intercontinentales, hasta llegar a las

extraterrestres.

En este terreno, las microondas actúan generalmente como portadoras de

información, mediante una modulación o codificación apropiada. En los sistemas de radar,

cabe citar desde los empleados en armamento y navegación, hasta los utilizados en

sistemas de alarma; estos últimos sistemas suelen también basarse en el efecto

DOPPLER o en cambios que sufre la razón de onda estacionaria (SWR) de una antena,

pudiendo incluso reconocerse la naturaleza del elemento de alarma. Sistema automático

de puertas, medida de velocidad de vehículos, etc.

Otro gran campo de aplicación es el que se pudiera denominar científico. En

radioastronomía ocurre que las radiaciones extraterrestres con frecuencia comprendidas

entre 10 Mhz y 10Ghz pueden atravesar el filtro impuesto por la atmósfera y llegar hasta

nosotros.

Entre estas radiaciones están algunas de tipo espectral, como la línea de 1420

OH, y otras de tipo continuo debidas a radiación térmica, emisión giromagnética,

sincrotónica, etc. La detección de estas radiaciones permite obtener información de la

dinámica y constitución del universo. En el estudio de los materiales (eléctricos,

magnéticos, palmas) las microondas se pueden utilizar bien para la determinación de

parámetros macroscópicos, como son la permitividad eléctrica y la permeabilidad

magnética, para el estudio directo de la estructura molecular de la materia mediante

técnicas espectroscópicas y de resonancia.

En el campo médico y biológico utilizan las microondas para la observación de

cambios fisiológicos significativos de parámetros del sistema circulatorio y respiratorio.

Es imposible hacer una enumeración exhaustiva de aplicaciones que, aparte de

las ya citadas, pueden ir desde la mera confección de juguetes hasta el control de



procesos o funcionamiento de computadores ultra rápidos. Quizá el progreso futuro de las

microondas está en el desarrollo cada día mayor, de los dispositivos a estado sólido, en

los cuáles se consigue una disminución de precio y tamaño que puede llegar a niveles

insospechados; estos sistemas son la combinación de los generadores a

semiconductores con las técnicas de circuitería integrada, fácilmente adaptables a la

producción en masa.

Sin embargo no todo son beneficios; un crecimiento incontrolado de la utilización

de las microondas, puede dar lugar a problemas no sólo de congestión del espectro,

interferencias, etc., sino también de salud humana; este último aspecto no está lo

suficientemente estudiado, como se deduce del hecho de que los índices de peligrosidad

sean marcadamente diferentes de unos países a otros.

La absorción de radiación de RF o microondas en un medio material trae

aparejado un efecto de calentamiento, de manera que la intensidad de la radiación podría

medirse por el incremento de la temperatura. La intensidad de la radiación se denomina

irradiancia y se expresa en W/m2. La densidad de potencia o irradiancia puede calcularse

de los vectores campo eléctrico E y campo magnético H según un producto vectorial.

En términos generales la densidad de potencia es calculada en función del campo

eléctrico. Entre los instrumentos destinados a la medición de este campo se cuenta con el

diodo rectificador, el bolómetro y el termopar.



VI Sistemas de Comunicación

Satelital


La tecnología de comunicaciones basada en el empleo de satélites, que ya tiene

muchos años y está suficientemente consolidada, resulta sumamente eficaz para

determinadas aplicaciones en donde se necesita cubrir amplias zonas, con un coste

relativamente bajo dado que es un sistema de difusión, o proporciona un gran ancho de

banda.

Frente a los sistemas tradicionales que emplean satélites en órbita geoestacionaria

y se utilizan fundamentalmente para aplicaciones de difusión y VSAT, está empezando a

surgir toda una serie de otros nuevos que, situados en unas órbitas más bajas, están

revolucionando el mundo de las telecomunicaciones al ofrecer una amplia y variada gama

de servicios (MSS/Servicios Móviles por Satélite) con independencia de la localización de

los usuarios, sirviendo en muchas ocasiones de complemento a las redes terrestres ya

desplegadas, donde éstas resultan insuficientes o no pueden operar.

En la actualidad empiezan a tener un gran auge los sistemas de comunicaciones

móviles vía satélite, gracias al gran desarrollo de la tecnología y al gran mercado potencial

que estos sistemas parecen tener.

Una manera muy sencilla de clasificar los diversos sistemas de satélites de

comunicaciones es por la altura a la que se encuentran. Este aspecto es un factor clave

para determinar cuantos satélites necesita un sistema para conseguir una cobertura

mundial y la potencia que debe tener (la potencia necesaria para emitir desde un órbita



baja es muy inferior a la necesitada en casos de mayor altura de la órbita y dado cierto

ancho de haz de la antena del satélite, el área de cobertura del mismo será mucho menor

estando en una órbita de poca altura que en otra de mayor altura).

Tipos de órbitas. La clasificación de los sistemas en función de la órbita en que

se ubican es la siguiente:

GEO

Abreviatura de Órbita Terrestre Geosíncrona. Los satélites GEO orbitan a 35.848

kilómetros sobre el ecuador terrestre. A esta altitud, el periodo de rotación del satélite es

exactamente 24 horas y, por lo tanto, parece estar siempre sobre el mismo lugar de la

superficie del planeta. Esta órbita se conoce como órbita de Clarke, en honor al escritor

Arthur C. Clarke, que escribió por primera vez en 1945 acerca de la posibilidad de cubrir

toda la superficie terrestre con sólo tres satélites.

El principal problema que se presenta es el retraso (latencia) de 0,24 segundos,

aunque en la práctica resulta algo más, debido a la distancia que debe recorrer la señal

desde la tierra al satélite y del satélite a la tierra. Así mismo, los GEO necesitan obtener

unas posiciones orbitales específicas alrededor del ecuador para mantenerse lo

suficientemente alejados unos de otros (unos 800 o 1.600 kilómetros. o uno o dos grados,

para las bandas K y C respectivamente) dada la resolución de las antenas receptoras,

siendo la ITU y la FCC (en los Estados Unidos) los organismos encargados de administrar

estas posiciones.

MEO

Los satélites de órbita terrestre media, también denominados ICO, se encuentran a

una altura comprendida entre los 10.000 y 20.000 kilómetros. A diferencia de los GEO, su

posición relativa respecto a la superficie terrestre no es fija. Al estar a una altitud menor,

se necesita un número mayor de satélites para obtener cobertura mundial, pero la latencia

se reduce sustancialmente. En la actualidad no existen muchos satélites MEO, y los que

hay, se utilizan fundamentalmente para posicionamiento (localización GPS).



LEO

Las órbitas terrestres de baja altura prometen un ancho de banda extraordinario y

una latencia reducida (unas pocas centésimas de segundo). Los LEO orbitan

generalmente por debajo de los 5.000 kilómetros, y la mayoría de ellos se encuentran

mucho más abajo, entre los 500 y los 1.600 kilómetros, con planes para lanzar

constelaciones de cientos de satélites que abarcarán todo el planeta.

Existen tres tipos de LEO, que manejan diferentes cantidades de ancho de banda.

Los LEO pequeños están destinados a aplicaciones de bajo ancho de banda (de decenas

a centenares de kbit/s), como los buscapersonas, e incluyen a sistemas como OrbComm.

Los grandes LEO pueden manejar buscapersonas, servicios de telefonía móvil y algo de

transmisión de datos (de cientos a miles de kbit/s). Los LEO de banda ancha (también

denominados megaLEO) operan en la franja de los Mbit/s y entre ellos se encuentran

SkyBridge y Teledesic.

Nombre Orbita Satélites

operativos Servicios ofrecidos

Globalstar B-LEO 48 Voz (GSM), Datos,

Fax, Paging

GPS

ICO Globa MEO 10 Voz, Datos, Fax,

Paging

Iridium B-LEO 66 Voz (GSM), Datos,

Fax, Paging

Odissey MEO 12 Voz (GSM), Datos,

Fax, Paging

SkyBridge Broadband LEO 80 Bucle local de

Banda Ancha

Teledesic Broadband LEO 288 Servicios de Banda



Ancha

Algunos de los principales sistemas de GEO, MEO, y LEO que están en servicio,

próximamente, cada uno de ellos, contará con un número potencial de usuarios en torno a

los 20 millones en un plazo de cuatro años.

6.1. VENTAJAS E INCONVENIENTES DE LAS DISTINTAS ÓRBITAS.

De los tres tipos mencionados anteriormente, los dos más utilizados y de mayor

importancia comercial son los LEO y los GEO.

Los satélites geoestacionarios se encuentran a una altitud de unos 36.000

kilómetros sobre el ecuador, siendo ésta la única órbita que permite que el satélite

mantenga una posición fija con relación a la Tierra. A esta altura, las comunicaciones a

través de un GEO presentan una latencia mínima de transmisión de ida y retorno de casi

medio segundo, incluyendo los retardos provocados por las diversas pasarelas y

conversiones que deben sufrir los datos.

Esta latencia es la fuente de molestias en muchas de las llamadas internacionales,

impidiendo que se pueda entender la conversación y deformando el matiz personal de la

voz. Esto, que puede ser una incomodidad en una conversación telefónica, puede ser

insostenible para aplicaciones en tiempo real en donde se requiere una respuesta

inmediata, viéndose afectados muchos protocolos de datos, entre ellos el IP de Internet.

Dos proyectos muy interesantes son Iridium y Teledesic; mientras el primero está

orientado principalmente a proporcionar telefonía GSM y cuenta con una licencia B-2, el

segundo lo está además a dar servicios de banda ancha ("Internet in the sky"). Con un

sistema LEO una zona cambia de satélite cada 20 minutos y con uno MEO se tardan unas

dos horas, con lo que la probabilidad de que una llamada se complete en ese periodo es

mayor y, por tanto, se ofrece mayor seguridad ya que no se necesita hacer traspaso de

una unidad a otra.

Por ejemplo, La red Teledesic consistirá en 288 satélites operacionales, situados

en 12 planos orbitales, cada uno con 24 satélites. Para hacer un uso eficiente del espectro



de radio las frecuencias se asignan dinámicamente y se reusan muchas veces dentro de

la huella de cada satélite. Dentro de un área circular de 100 kms de radio, la red Teledesic

puede soportar un flujo de datos de hasta 500 Mbit/s hacia y desde el terminal de usuario;

además, soporta ancho de banda bajo demanda, lo que permite al usuario elegir la

capacidad que necesita, pagando sólo por ella, y a la red dar soporte a un mayor número

de ellos.

Los satélites LEO también presentan problemas, como es el de la posible

saturación de las órbitas y en algunos sectores se ha mostrado cierta preocupación por la

gran cantidad de satélites que podrían juntarse en una porción relativamente pequeña del

espacio, ya que son numerosos los satélites LEO y MEO proyectados para lanzarse

(1.000 hasta el 2004), pero esto no parece un problema real ya que la zona de órbitas de

baja altura, parte de la atmósfera terrestre hasta una zona de alta radiación conocida

como el "cinturón de Van Allen", son 900 kilómetros de distancia que pueden albergar una

cantidad inmensa de órbitas donde podrían colocarse más de 60.000 satélites.

La vida de un satélite oscila entre los 5 y los15 años, en función del combustible

que se necesita para corregir su posición y mantenerlo en la órbita correcta, tanto más

cuanto menor es la altura. Así, con los LEO debe tenerse en cuenta una política de

sustitución de satélites con cierta periodicidad y a diferencia de los GEO, que cuando

acaban su vida útil se desplazan a una órbita de estacionamiento unos pocos kilómetros

más alejada de lo normal, los LEO entran en la atmósfera y se desintegran.

Un satélite GEO aparece como inmóvil para un usuario, proyectando un haz fijo

que cubre una zona muy amplia, por lo que las antenas de seguimiento son estáticas,

pero los satélites MEO y LEO se desplazan a gran velocidad y resultan visibles durante

pocas horas o minutos antes de que desaparezca en el horizonte (ángulo de elevación

mínimo). Esto complica en gran medida el posicionamiento de la antena, si es una

parábola ya que si se trata de la de un teléfono móvil no pasa, y el trabajo para mantener

activo el enlace. El problema de la antena lo resuelve una tecnología denominada antena

de array en fase que, a diferencia de una antena parabólica normal que sigue

mecánicamente el rastro del satélite, es un dispositivo que contiene diversas antenas más

pequeñas que pueden seguir a varios satélites sin moverse físicamente, por medio de las

señales levemente diferentes recibidas por el conjunto de antenas.



Figura 6.1 Aplicaciones de los satélites

El problema de mantener un enlace activo cuando el satélite desaparece cada

poco tiempo se soluciona manteniendo como mínimo dos satélites a la vista en todo

momento (muchos LEO pretenden mantener constantemente tres satélites a la vista) de

forma que se inicia un nuevo enlace antes de cortar el existente con el satélite de

poniente. En este caso, el satélite que gestiona la conexión debe ser capaz de realizar el

traspaso (handover) a otro, que se encuentre en mejor posición, y así sucesivamente, en

un proceso que debe resultar transparente y sin pérdida de calidad para el usuario, lo que

implica disponer de una red inteligente y de un software de control muy potente.

Por ejemplo, la conmutación necesaria para encaminar una llamada se puede

realizar entre satélites (es el caso de Iridium) descendiendo a la Tierra en el punto más

adecuado para establecer la conexión con el usuario, con lo cual, en el caso más

extremo, bastaría un único gateway para la interconexión con otras redes, o hacerla por

medio de las estaciones terrestres, lo que es un proceso más lento pero que no elude el

uso de las infraestructuras existentes y el control que sobre éstas ejercen los operadores

establecidos en cada país, evitando así un uso monopolista de la red.



La topología de las redes basadas en satélites LEO es dinámica. Cada satélite

guarda la misma posición relativa a otros satélites en su plano orbital, mientras que su

posición y retardo de propagación relativo a la Tierra y a otros satélites cambia

continuamente y en forma predecible. Estos cambios en la topología de la red se traducen

en colas de paquetes acumulados en los satélites y cambios del tiempo de espera para

transmitir al siguiente satélite.

Desde el punto de vista de la red una gran constelación de nodos de conmutación

entrelazados ofrece ventajas en términos de calidad de servicio, seguridad y capacidad.

La malla fuertemente interconectada proporciona un robusto diseño que tolera fallos y

que, automáticamente, se adapta a cambios de topología y a nodos y enlaces

congestionados o averiados, pero requiere una fuerte sincronización entre todos sus

elementos, un factor que resulta muy crítico.

6.1.1 Las Bandas de Frecuencias.

Un sistema de este tipo se puede emplear para múltiples aplicaciones, como

puede ser el servicio telefónico, la radiodifusión de TV, transmisión de datos, servicios de

emergencia y de localización GPS, etc., cada uno de ellos utiliza una de las bandas de

frecuencias que tiene asignadas y las aplicaciones más comunes suelen ser las

unidireccionales (difusión punto-multipunto) ya que en este caso los terminales son más

simples y económicos.

Cuando se trata de satélites de comunicaciones, la porción del espectro

radioeléctrico que van a utilizar determina prácticamente todo: la capacidad del sistema, la

potencia de emisión y el precio. La ventaja de las frecuencias elevadas (las bandas Ku y

Ka) es que permiten a los transmisores enviar más información por segundo, pero

necesitan más potencia para evitar los bloqueos, mayores antenas y equipos más caros.

Diferentes longitudes de onda poseen propiedades diferentes y así, las longitudes

de onda largas pueden recorrer grandes distancias y atravesar o rodear obstáculos, pero

cuanto mayor sea la frecuencia y, por tanto, menor la longitud de onda, más fácilmente

pueden verse afectadas.



Cuando las frecuencias son lo suficientemente altas (decenas de GHz), las ondas

pueden ser detenidas por la vegetación o las gotas de lluvia, provocando el fenómeno

denominado "rain fade" y para superarlo se necesita bastante más potencia, lo que

implica retransmisores más potentes o antenas más enfocadas, lo que provoca que el

precio del satélite aumente. Concretamente, las bandas más utilizadas en los sistemas de

satélites son la L, Ku y Ka.

PRÁCTICA 5 TELÉFONO CELULAR

Saber Hacer en la Práctica (12 Hrs.)

OBJETIVO: Identificar las características de la señal de un teléfono celular.

Modulador balanceado. Para que realmente Teléfono celular.

Material Necesario:

• Un teléfono celular

• Multímetro

• Osciloscopio

Desarrollo Experimental a) Medir las características de un teléfono celular.

b) Potencia de la antena.

c) Frecuencia de las señales generadas.

d) Visualización de la señal en el osciloscopio.

PREGUNTAS:



1.- ¿Cuáles son los tipos de onda que genera el sonido?

R = Senoidales, es decir, tienen una amplitud y un periodo.

2.- ¿Cuáles son los tipos de satélites que existen, según sus orbitas de funcionamiento?

R = GEO, LEO y MEO.

3.- ¿Cuáles son las bandas de frecuencia más utilizadas para las comunicaciones

satelitales?

R = Banda de frecuencia L y K (Ku y Ka)

4.- ¿Cómo se llama el centro de control satelital mexicano?

R = Mexsat.

5.- ¿La potencia que genera un teléfono celular con respecto a cualquier electrodoméstico

es mayor o menor?

R = Menor.



VII Comparación, Avances y

Tendencias


Es natural que para cada necesidad humana de comunicación sean necesarias

ciertas especificaciones que se acoplararán de manera más efectiva a nuestra

comunicación. Es por ello que al comparar dichos sistemas es necesario retomar sus

ventajas y desventajas en su espectro de frecuencia que es donde las señales trabajan.

Sistemas de radiofrecuencia vs. Microondas (Ver capítulos sistemas de microondas y sistemas de radiofrecuencia)

Sistemas de microondas vs. Satélites (Ver capítulos sistemas de microondas y sistemas satelitales)



Prácticas de laboratorio

PRÁCTICA 1.A. MODULACIÓN DE AMPLITUD

OBJETIVOS

• Analizar los principales parámetros de una señal modulada en amplitud

• Controlar el funcionamiento de un modulador

• Efectuar las mediciones características en un modulador de amplitud

• Analizar el espectro de una señal modulada en amplitud.

Material precisado:

• Modulos T10A-T10B

• Fuente de alimentación de ± 12 Vcc.

• Osciloscopio

Ejercicio 1: Funcionamiento del modulador. 1. Realizar las conexiones entre los módulos T10A y T10B, como se muestra en la figura

1 suministrar la alimentación de ± 12V a los módulos y efectuar las predisposiciones

siguientes:

• FUNTION GENERADOR: sinusoidal (J1); LEVEL en unos 0.5 Vpp y FREQ. en 1

KHz. aprox.

• VCO2: LEVEL en 1 Vpp aprox. y FREQ en unos 450KHz;

• BALANCED MODULATOR 1: CARRIER NULL totalmente girado en el sentido de

las agujas del reloj o en el sentido contrario, de modo que se “desbalancee” el

modulador y se obtenga en la salida una señal AM de portadora no suprimida;

OUT LEVEL en posición intermedia.



2. Conectar el osciloscopio en las entradas del modulador (puntos 2 y 1) y detectar la

señal moduladora y la señal portadora (fig. 2.a, b)

3. Desplazar la sonda del punto 1 al punto 3 (salida del modulador), donde se detecta la

señal modulada en amplitud (fig. 2.c). observar que la envolvente de la señal

modulada corresponde a la forma de onda de la señal moduladora.

4. Variar la frecuencia y la forma de onda de la señal moduladora y controlar las tres

condiciones siguientes: porcentaje de modulación inferior a 100% (Fig. 2.c), igual a

100% (Fig. 2.d), superior a 100% (sobremodulación, Fig. 2.e).

5. Variar la frecuencia y la forma de onda de la señal moduladora luego controlar las

correspondientes variaciones de la señal modulada.

6. Variar la amplitud de la señal moduladora y observar que la señal modulada puede

resultar saturada o en sobremodulación.



Figura 1.



Figura 2.



PRÁCTICA 2.A. ÍNDICE DE MODULACIÓN

1. Predisponer los módulos de la misma manera que en el punto 1 de la práctica anterior.

2. Utilizando el osciloscopio, medir (Fig. 3):

• la amplitud B de la señal moduladora (punto 2 del modulo T10B);

• las amplitudes H y h de la señal modulada, y la amplitud C de la envolvente

de la señal modulada (punto 3 del módulo T10B).

3. Calcular la constante k del modulador, equivalente a: K =c/b. se obtiene un valor un

poco superior a 1.

4. Calcular la amplitud A de la Portadora, equivalente a:

A =2

hH +

5. Calcular el índice de modulación “m”, equivalente a :

M = hhhH

+−

* 100

Figura 3.



PRÁCTICA 3.A. LINEALIDAD DEL MODULADOR 1. Predisponer losa módulos de la misma manera que en el punto 1 de la práctica 1.

2. Predisponer el osciloscopio en X-Y (X = 0.2V / div, Y = 1V/div). Conectar la señal

moduladora (2 del modulo T10B) en el eje X y la señal modulada (3 del módulo T10B)

en el eje Y.

3. En la pantalla se detecta un trapecio similar al de la Fig. 4(a), que proporciona la

marcha de la envolvente de la señal modulada en función de la amplitud de la señal

moduladora. Este método de visualización permite destacar eventuales no

linealidades o distorsiones de la señal modulada. Aumenta la amplitud de la señal

moduladora y observar como se visualizan la saturación y la sobremodulación de la

señal modulada (Fig. 4(b)).

Figura 4.



PRÁCTICA 4.A. ESPECTRO DE LA SEÑAL DE AM.

1. Realizar las conexiones entre los módulos T10A y T10B, como se muestra en la Fig.

5. suministrar la alimentación de ± 12 V a los módulos y efectuar las

predisposiciones siguientes:

• Función generador: sinusoidal (j1), LEVEL en unos 0.5 Vpp y FREQ. en alrededor de 10 KHz;

• VCO2: LEVEL en 1 Vpp aprox. y freq. En unos 450 KHz;

• VCO1: LEVEL En alrededor de 2 Vpp, desviadores 1500 KHz y Fraq. En unos

900 KHz; • SEP: DEPTH girado casi totalmente en el sentido contrario a las agujas del reloj; • RF DETECTOR: LEVEL girado totalmente en el sentido contrario de las agujas

del reloj • BALANCED MODULATOR1: CARRIER NULL girado totalmente en el sentido de

las agujas del reloj o en el sentido contrario, de modo que se obtenga en la salida una señal de AM; OUT LEVEL en posición intermedia;

• BALANCED MODULATOR2: CARRIER NULL en posición central, de modo que

se haga funcionar el circuito como ventilador de frecuencia (modulador balanceado con portadora suprimida) y OUT LEVEL en posición intermedia;

• Trimmer del CERAMIC FILTER girado toptalmente en el sentido de las agujas

del reloj.

2. Predisponer el osciloscopio en X-Y (X= 0.2 V/div, Y = 50mV/div). Conectar el

generador SEP (del módulo T10A) en el eje X y la señal detectada (3 del módulo

T10A) en el eje Y.

3. Variar la frecuencia de la portadora (VC02) hasta que en el osciloscopio se obtenga

una representación similar a la de la Fig. 6 para obtener la mejor forma de onda

ajustar: la desviación del generador SEP (DEPTH), la banda pasante del filtro

cerámico (capacidad variable) y el CARRIER NULL del modulador balanceado 2.

4. La forma de onda representa el espectro de la señal de AM, constituido por la

portadora y las 2 bandas laterales.



5. Variare la frecuencia, la amplitud y la forma de onda de la señal moduladora, luego

analizar la variación del espectro .

Figura 5.

Figura 6.



PRÁCTICA 5.A. MODULACIÓN DE AMPLITUD

OBJETIVOS

• Funcionamiento del detector de envolvente.

• Distorsiones de la señal detectada: ripple y distorsión por corte diagonal

• Rendimiento de detección

• Funcionamiento del detector de AM síncrono.

Material precisado

• Módulos T10A-T10B-T10C

• Fuente de alimentación de ± 12Vcc.

EJERCICIO 1 FORMAS DE ONDA DEL DETECTOR DE LA ENVOLVENTE.

Se utiliza la señal de AM generada a través de los módulos T10A y T10B.

1. realiza las conexiones entre los módulos T10A y T10B y T10C como se muestra en la

Fig. 7

2. en el modulo T10C conectar solo los apuntes siguientes: J3, J5, J6, J8, J10 y J12;

conectar la salida del modulador (3 del módulo T10B) con la entrada del amplificador

de FI (12 del módulo T10C).

3. suministrar la alimentación de ± 12V a los módulos T!0A y T10B y efectuar las


• FUNCTION GENERADOR: sinusoidal (J1), LEVEL en unos 0.5 Vpp y FREQ. En 1

KHZ aprox.

• VCO2: LEVEL en unos 200 mVpp y FREQ. En 450 KHZ aprox:




las agujas del reloj o en sentido contrario, de modo que se “desvancee” el

modulador y se obtenga en la salida una señal de AM de portadora no suprimida;

regular OUT LEVEL de modo que se obtenga en la salida un aseñal de AM. De 15

–mVpp de amplitud aproximadamente.

Figura 7

4. Conectar el osciloscopio antes y después del diodo detector (puntos 15 y 17 del

módulo T10C) y examinar la señal de AM y la señal detectada (Fig. 8).

5. Controlar que la señal detectada siga la marcha de la envolvente de la señal de AM.

6. Desplazar el puente de J8 s J9 y controlar qur ahora se detecte la envolvente

negativa. Volver a poner el puente en J8.



EJERCICIO 2 RENDIMIENTO DE DETECCIÓN. A través de las formas de onda detectadas anteriormente es posible calcular el

rendimiento de detección, definido como la relación entre la amplitud de la señal

detectada y la amplitud de la envolvente de la señal AM, evaluada antes del diodo. Se

obtiene un valor de 01.8 aproximadamente.

EJERCICIO 3

EFECTO DE LA CONSTANTE DE TIEMPO R*C.

1. Los valores de R y C insertados después del diodo detector son respectivamente R7

= 22 KΩ y C7 = 4.7 nF. Mantener el osciloscopio conectado en 15 y 17 y aumentar la

frecuencia de la señal moduladora, llevándola a 10 KHz. Observar la distorsión por

corte diagonal en la señal detectada.

2. Reducir la profundidad de modulación (reducir la amplitud de la señal moduladora) y

controlar que la señal detectada logre seguir correctamente la envolvente de la señal

de AM.

3. volver a llevar en alrededor del 50% la Profundidad de modulación y sustituir C7 (4.7

nF) con C6 (1 nF). La distorsión por corte diagonal se reduce, pero aumenta el ripple

superpuesto a la señal detectada.

Figura 8.



EJERCICIO 4 DETECTOR DE AM SÍNCRONO.

1. Realizar las conexiones entre los módulos T10A y T10B, como se muestra en la Fig. 9

suministrar la alimentación de ± 12 V a los módulos efectuar las predisposiciones

siguientes:

• FUNTION GENERADOR: Sinusoidal (j1), LEVEL en alrededor de 0.5 Vpp y freq.

En unos 10 KHz.

• VC02: LEVEL en 1 Vpp aprox y Freq. En unos 450KHz;


las agujas del reloj o en el sentido contrario, de modo que se obtenga en la salida

una señal de AM; OUT LEVEL en posición intermedia.

• BALANCED MODULATOR 2: CARRIER NULL en posición central, de modo wque

se haga funcionar el circuito como convertidor de frecuencia (modulador

balanceado con Portadora suprimida); OUT LEVEL en posición intermedia.

• Conectar el osciloscopio en la entrada del modulador (punto 16 balanced

modulator 2) y en la salida (punto 17). La forma de onda detectada en la salida

(Fig. 10) es el resultado del producto entre la señal de AM y la portadora, que en

las aplicaciones reales se genera localmente en el receptor. Observar que esta

forma de onda está constituida por una frecuencia el doble de la portadora, a la

cual se superpone la forma de onda de la señal moduladora.

• El filtro de paso bajo suprime la componente de alta frecuencia, suministrando una

señal detectada limpia. Ya que el filtro tiene una frecuencia de corte de 3400 Hz,

todas las frecuencias superiores son atenuadas.

• Aumentar la profundidad de modulación de la señal de AM y comprobar que la

señal detectada siga siempre exactamente la envolvente. No hay distorsión por

corte diagonal.



Figura 9.

Figura 10.



PRÁCTICA 6.A. MODULACIÓN DE LA BANDA LATERAL ÚNICA (BLU).

Material Precisado:

• Modulo T10B-T10B

• Fuente de alimentación de +- 12 Vcc

• Osiloscopio

• Frecuencimetro

EJERCICIO 1 FILTRO CERÁMICO

EL filtro cerámico montado en el modulo T10B presenta las características principales

siguientes:

• Frecuencia central : 455KHz

• Ancho de banda a -3 dB : 4.5 KHz +- 1KHZ

• Impedancia de entrada y salida : 3 KΩ

• Capacidad de acoplamiento : 56 pF

Curva de respuesta del filtro detectada con un generador de barrido.

La curva de respuesta (o repuesta en frecuencia) de un genérico cuadripolo se

determina aplicando en la entrada una señal de frecuencia variable y detectando la

amplitud de la señal de salida. La atenuación del cuadripolo, medida a distintas

frecuencias, está dada por: A₧ vo/vi y, en decibelios: AdB₧ 20. log (Vo/Vi)

La representación de la atenuación en función de la frecuencia determina la curva

de respuesta del cuadripolo.

1. Realizar las conexiones entre los módulos T10A y T10B, como se muestra en la

Fig.11. Suministrar la alimentación de +- 12 V a los módulos y efectuar las




• VCO1: desviador en 500 KHz, , LEVEL en alrededor de 2 vpp y FREQ: EN

450KHZ aprox.

• CEramic filter: RV en el máximo (girado en el sentido de las agujas del reloj)

• Sweep: DEPTH casi en el mínimo.

• Osciloscopio en X-Y (eje X en 0.5 V/div; eje Y en 200 mV/div)

2. Conectar el eje X del osciloscopio en el punto X AXIS del generador SWEEP.

Conectar el eje Y del osciloscopio en la salida del filtro cerámico.

3. Ajustar la frecuencia central del VCO1 y la amplitud del SWEEP (DEPTH), para

obtener en el osciloscopio una curva similar a la de la Fig.12

4. Variar la capacidad de acoplamiento CV y controlar las tres condiciones siguientes:

la curva de respuesta se vuelve mas estrecha (CV<56 pF), la respuesta es achatada

(CV=56 pF) y la respuesta presenta 2 picos de resonancia (CV>56 pF)

5. Variar la resistencia RV y controlar que varia, paro muy poco, también la

frecuencia central del filtro. Al disminuir RV, desciende también la amplitud de la señal de

salida.



Figura 11.

Figura. 12



BIBLIOGRAFÍA

Para saber más consulte los libros:

1.- Oppenheim Alan V., Willsky Alan S., Young Ian T. Señales y sistemas,

Prentice Hall.

2.- Couch Leon W., Sistemas de Comunicación Digitales yAanálogos, 5ª edición,

Prentice Hall, 1998.

3. - Shoenbeck Robert J., Electronic Communications, Modulation and

Transmission, 2ª edición, Merril,1992.

4.- Manual de ELETTRONICAVENETA, Modulación analógica, Módulos T10A-B-

C-D/EV, Volumen ½., Teoría y ejercicios.

5.-Manual de ELETTRONICAVENETA, Analizador de espectros.

Comunicaciones I

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