Fundamentos de Radiofrecuencia: Modulación, Espectro y Antenas para Telecomunicaciones

Fundamentos de Radiofrecuencia: Modulación, Espectro y Antenas

Modulación y Espectro Radioeléctrico

Para comprender la transmisión de señales, es esencial conocer los parámetros básicos de las ondas electromagnéticas:

• Periodo (T): Tiempo que tarda una onda en completar un ciclo. Se calcula como T = 1/F.
• Velocidad de Propagación (C): Velocidad a la que se desplazan las ondas electromagnéticas en el vacío, aproximadamente 300.000.000 m/s.
• Frecuencia (F): Número de ciclos por segundo. Se calcula como F = C / longitud de onda o F = 1/T.
• Longitud de Onda (λ): Distancia entre dos puntos idénticos de ondas consecutivas. Se calcula como λ = C / F.

La Modulación: Principio y Componentes

La modulación es la alteración sistemática de uno de los parámetros de una señal, denominada portadora, en función de las variaciones de amplitud de otra señal que contiene el mensaje, conocida como moduladora.

Señal Moduladora

El mensaje, una vez codificado, se convierte en señales eléctricas que deben ser trasladadas hasta el receptor. La información a transmitir se encuentra contenida en las variaciones de esta señal.

Señal Portadora

Este elemento es el más idóneo para atravesar el medio de propagación, permitiendo ubicar el mensaje en el margen de frecuencia asignado. Se denomina portadora porque transporta el mensaje.

Tipos de Modulaciones en Radio y Televisión

Existen diversas técnicas de modulación empleadas en sistemas de radio y televisión:

• Modulación de Amplitud (AM)
  • Banda Lateral Vestigial (VSB)
  • Doble Banda Lateral (DSB)
• Modulación de Amplitud en Cuadratura (QAM)
• Modulación de Frecuencia (FM)
• Modulación por Desplazamiento de Fase en Cuadratura (QPSK)
• COFDM (Coded Orthogonal Frequency Division Multiplex)

Conceptos del Espectro Radioeléctrico

Espectro Radioeléctrico

Es el conjunto de ondas electromagnéticas que se propagan por el espacio sin necesidad de cables u otros elementos que sirvan de guía.

Bandas Genéricas

Es la forma de organizar el espectro según la longitud de onda y la frecuencia de las señales.

Banda Específica

Es una zona del espectro perfectamente delimitada cuyas frecuencias se utilizan para establecer comunicaciones de un tipo determinado.

Canal de Transmisión

Es el conjunto de frecuencias reservado para cada una de las comunicaciones.

Antenas: Transductores y Parámetros Clave

La antena puede considerarse un transductor de energía eléctrica en energía electromagnética o viceversa. Su principio fundamental se basa en la asociación en paralelo de un condensador y una bobina, conocido como circuito resonante paralelo o circuito tanque.

Parámetros Fundamentales de una Antena

Frecuencia de Resonancia

Es la frecuencia para la cual se anulan los componentes reactivos de la antena, presentando únicamente un componente resistivo.

Ancho de Banda

Determina el margen de frecuencias que se considera válido para el funcionamiento general de la antena. Se consideran dentro del ancho de banda aquellas frecuencias para las que la ganancia de la antena desciende menos de 3 dB respecto a la ganancia máxima.

Impedancia

Es la oposición que presenta la antena al paso de la señal eléctrica aplicada.

Directividad

Interesa que la antena no reaccione igual en todas las direcciones para evitar interferencias de señales recibidas de lugares con diferente orientación. Para representarlo, se mide la cantidad de señal emitida o recibida en diferentes ángulos verticales y horizontales, trazando un diagrama polar, que se denomina diagrama de radiación.

Ganancia

Una antena nunca puede tener ganancia absoluta, ya que, al ser un elemento pasivo, no es posible que produzca una señal radiada mayor que la que se le aplica. Es necesario modificar la antena para concentrar la potencia radiada en una sola dirección; a esto se le llama ganancia directiva.

Apertura de Haz

De modo similar al margen de frecuencia en el ancho de banda, se puede establecer una anchura aceptable en el haz radiado por una antena directiva. Para ello, se restan 3 dB del nivel máximo del lóbulo principal, con lo que se obtiene un margen de ángulos en los que la ganancia de la antena será considerada válida.

Relación Delante-Detrás

Expresa la diferencia de ganancia de una antena en función de la dirección en que le llegan las ondas, desde el frente o la parte trasera de la antena. Se expresa en dB.

Rendimiento

Define la eficacia de la antena respecto a una antena ideal.

Carga al Viento

Evalúa la resistencia que presentará la antena ante el viento una vez montada en el mástil. Generalmente, antenas más grandes presentan una mayor carga al viento, mientras que las más pequeñas ofrecen menor resistencia.