Fundamentos de Telecomunicaciones: Espectro, Modulación y Dispositivos Electrónicos
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Fundamentos de la Transmisión Inalámbrica
Las ondas electromagnéticas (OEM) constituyen la forma de propagación de la energía asociada a la radiación electromagnética. Un conductor eléctrico es capaz de emitir energía en ondas electromagnéticas si hacemos circular a través de él una corriente eléctrica variable. Estas ondas se utilizan para telecomunicaciones y se propagan a través del espacio a la velocidad de la luz. Se caracterizan principalmente por su frecuencia.
El Espectro Radioeléctrico
La parte del espectro electromagnético comprendida entre las frecuencias de 3 kHz y 300 GHz recibe el nombre de espectro radioeléctrico porque se emplea fundamentalmente en telecomunicaciones inalámbricas.
Clasificación de las Bandas de Frecuencia
Bandas de Baja Frecuencia (LF) y Muy Baja Frecuencia (VLF) (3 kHz – 300 kHz)
Longitudes de onda superiores al kilómetro. Se propagan por la superficie terrestre y se emplean en navegación y sistemas que requieren antenas de gran tamaño.
Bandas de Frecuencia Media (MF) y Alta Frecuencia (HF) (0,3 MHz – 30 MHz)
Ondas reflejadas por la ionosfera, permitiendo transmisiones de miles de kilómetros. Usos comunes: Radiodifusión AM, radioaficionados y comunicaciones militares.
Bandas de Muy Alta Frecuencia (VHF) y Ultra Alta Frecuencia (UHF) (30 MHz – 3 GHz)
Estas ondas requieren línea de vista (line of sight). El alcance se reduce a decenas de kilómetros. Usos: Radiodifusión FM, comunicaciones móviles y televisión (TV).
Microondas (1 GHz – 300 GHz)
La radiación se realiza mediante un haz estrecho. Se emplean antenas receptoras direccionales orientadas hacia las transmisoras. Usos: Comunicaciones por satélite, radioenlaces y radares.
Sistemas de Comunicación por Satélite
Clasificación Orbital
Los satélites se clasifican según su órbita:
- LEO (Órbita Terrestre Baja): Aproximadamente 1000 km.
- MEO (Órbita Terrestre Media): Aproximadamente 10 000 km.
- HEO (Órbita Altamente Elíptica).
- Geoestacionarios (GEO): Giran sincrónicamente con la Tierra.
Funciones Principales
Funciones: Satélites de telecomunicaciones, de observación terrestre, de observación espacial, de localización (GPS), estaciones espaciales y sondas espaciales.
Evolución de las Telecomunicaciones
El Telégrafo
Consiste en un circuito eléctrico entre dos estaciones conectadas por un cable (o mediante ondas de radio) que permite, al accionar un pulsador, recibir la señal en la otra estación mediante un timbre o dispositivo de registro.
El Teléfono
El micrófono es una resistencia capaz de variar su valor con las vibraciones del sonido de nuestra voz. Cuando este valor cambia, se produce una variación en la intensidad de corriente en el circuito de la resistencia. Esta variación de corriente es recogida por el auricular, que reproduce el sonido original.
El establecimiento de la llamada se realiza mediante conmutadores que cierran el circuito concreto entre dos puntos, proceso automatizado en las centrales de conmutación.
Cuando descolgamos el teléfono, la central envía un tono indicando que espera la marcación de dígitos. Al recibir el número, la central envía tonos de llamada al destinatario o, si es necesario, envía la petición a una central de rango superior (central de tránsito).
Principios de la Radiodifusión y Modulación
Las emisoras de radio no pueden enviar directamente la señal eléctrica producida en el micrófono. Al ser frecuencias muy bajas, el alcance de la transmisión sería muy reducido y habría interferencias con otras emisoras que operan en el mismo rango de frecuencia.
La solución consiste en que cada emisora utiliza una señal portadora de frecuencia más elevada, encargada de transportar el mensaje desde el emisor al receptor. La combinación de la señal que contiene el mensaje con la portadora recibe el nombre de modulación.
Tipos de Modulación
- Modulación de Amplitud (AM)
- La amplitud de la onda portadora varía en función de la amplitud del mensaje que se desea transmitir. Utilizan un ancho de banda reducido (típicamente 5 kHz), por lo que la calidad de sonido no es óptima.
- Modulación de Frecuencia (FM)
- La frecuencia de la onda portadora se combina con la frecuencia de la onda que contiene el mensaje, variando así en función de esta última. La transmisión es más resistente a ruidos e interferencias, ofrece una mayor calidad de sonido y permite la emisión en estéreo utilizando dos canales.
El Receptor de Radio
El receptor tiene la función de recuperar la señal de sonido (el mensaje), para lo cual debe separarla de la onda portadora. El proceso incluye:
- Sintonizar la frecuencia deseada con el dial.
- El demodulador es el elemento que se encarga de separar la onda del mensaje.
- Finalmente, se amplifica el nivel de la señal del mensaje antes de ser enviada a los altavoces.
Tecnologías de Visualización (Pantallas)
- Pantallas de Tubo de Rayos Catódicos (CRT)
- La pantalla está recubierta de fósforo, un material que emite luz cuando un electrón incide sobre él. Los electrones son lanzados a la pantalla mediante tres cañones situados en el extremo de un tubo con forma de bombilla.
- Pantallas de Cristal Líquido (LCD)
- Formadas por dos capas de vidrio con un material cristalino aislado en celdillas que pueden modificar su transparencia al paso de la corriente eléctrica. Al incluir capas y filtros, se obtienen imágenes en color. Las pantallas LED (Light Emitting Diode) emplean una fuente de luz trasera basada en diodos LED para iluminar la pantalla, lo que permite ahorrar energía y mejorar la calidad de imagen.
- Pantallas de Plasma
- Utilizan gas inerte que, activado por una corriente eléctrica, reacciona con el fósforo de los píxeles de la pantalla y produce luz coloreada en cada punto. Tienen una gran capacidad para crear distintos tonos de color.