Ondas electromagnéticas y radioeléctricas: Transmisión, propagación y recepción
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La forma de onda
La forma de onda para toda transmisión radioeléctrica es senoidal, tanto para el campo eléctrico como para el magnético, y en su representación se distinguen varias partes:
- Ciclo: Es el recorrido que realiza una onda senoidal cuando parte del valor 0 hasta el valor más alto (+), vuelve a 0 para descender hasta el pico más bajo (-) y asciende de nuevo a 0.
- Semiciclo: La mitad del ciclo.
- Período: Duración de un ciclo (en segundos).
- Longitud de onda: Representación de dos puntos semejantes de la onda senoidal. La mitad de esta medida es la semionda.
- Frecuencia: Medida fundamental de señales senoidales. Indica el número de veces que se repite el ciclo en la unidad de tiempo (Hercios, Hz).
Ondas electromagnéticas
Mediante las ondas electromagnéticas se propagan las señales de TV y radio a través del espacio. Su velocidad de propagación es de 300.000.000 m/s. Se componen de un campo magnético y otro eléctrico, perpendiculares entre sí y perpendiculares a la dirección de propagación que siga la onda.
Espectro radioeléctrico
El espectro radioeléctrico es el conjunto de frecuencias radioeléctricas de emisión, que está comprendido entre los 3.000 Hz y los 3.000 GHz. Dentro de este espectro se encuentran las emisoras de AM, las FM, las emisiones satélite, las emisiones de TV terrestre, etc.
La propagación de las ondas electromagnéticas
Las ondas electromagnéticas parten siempre de un emisor para ser recibidas por uno o varios receptores. Estas emisiones pueden ser a través del espacio, en el caso de los satélites, o terrestres, como en la TV terrestre.
Propagación terrestre
La propagación terrestre es la que, desde el punto de emisión, sigue una línea recta de propagación. Esto tiene el problema de que la curvatura de la Tierra limita la visión de las antenas receptoras. Para solucionarlo, las antenas receptoras y emisoras se colocan lo más alto posible.
La antena
La antena es el elemento fundamental para una transmisión de ondas electromagnéticas. Está presente tanto en el receptor como en el emisor, y sus características técnicas son similares. La base de la antena es un hilo o varilla metálica a través de la cual, en caso de un equipo emisor, se hace circular una corriente oscilante, creándose alrededor de dicho cable un campo electromagnético de emisión. En el caso del receptor, esta onda es captada por el hilo e induce una corriente eléctrica que es llevada a su carga en el receptor.
El dipolo
A la antena se le suministra la corriente a través de un cable coaxial. Dicho cable está compuesto por dos conductores diferentes. Si conectamos uno de los conductores al extremo de una varilla de antena horizontal y el otro a tierra, la antena es de tipo largo. Si la antena está partida a la mitad con cada uno de los elementos externos conectados a un conductor del cable coaxial, se llama dipolo de media onda. También se puede ver el dipolo con una varilla con la forma de una T, se llama dipolo plegado, con un mismo funcionamiento.
La longitud efectiva
La longitud efectiva es la zona del dipolo donde la intensidad (I) está en sus mayores niveles y será en la que trabaje óptimamente, siendo en esta zona en donde la antena ronda su impedancia de trabajo más baja, que será de unos 75 Ω.
Reflectores y directores
- Directores: Elementos metálicos que se incorporan a la antena para que trabaje más direccionalmente. Se sitúan por delante del dipolo y en dirección a la antena emisora, y en un diagrama polar se representaría como un afinamiento de uno de los lóbulos del dipolo, el denominado delantero, por donde pensamos recibir la onda electromagnética. A mayor número de directores, mayor directividad.
- Reflectores: Se colocan para evitar que disminuyan los niveles de captación por culpa de recepciones de otras señales. Se incorporan en la parte trasera del dipolo, en la zona por donde no se quieren captar ondas, haciendo a la antena más discriminatoria.
Parámetros de una antena
Las antenas son de doble uso: reciben o emiten radiación electromagnética, por lo que las características de ambas son comunes para los dos casos.
- Directividad: Parámetro que indica la capacidad de concentración de la antena.
- Relación delante/atrás: Relaciona los lóbulos delantero y trasero de la antena.
- ROE (Relación de Ondas Estacionarias): Trata sobre el grado de adaptación entre la antena y la impedancia del circuito.
Polarización de la antena
Una antena tiene un campo eléctrico y otro magnético perpendiculares entre sí y, al mismo tiempo, perpendiculares a la dirección de propagación. Dependiendo de la colocación de la antena, vamos a recibir y emitir las ondas en polarización horizontal o vertical. Las antenas de TV terrestre trabajan en polarización horizontal, así que las antenas receptoras tienen que estar horizontalmente y en dirección al repetidor correspondiente. Los tipos de polarización de TV satélite son el FSS, que utiliza la horizontal y vertical, y el DBS, que utiliza las RHCP (polarización circular a derechas) y LHCP (polarización circular a izquierdas).
El cable
El cable coaxial es el medio de distribución de señales de TV en instalaciones comunitarias e individuales más utilizado por sus bajas pérdidas y estructura concéntrica, la cual reduce al mínimo las pérdidas por radiación. Consta de dos conductores concéntricos denominados vivo y malla, separados por un material dieléctrico.
Composición de una instalación receptora de TV comunitaria
Una instalación receptora de TV comunitaria se compone de:
- Sistema de captación
- Equipo de cabecera
- Red de distribución
Cada uno de ellos incluye varios elementos.
Amplificadores
Los amplificadores son la base del equipo de cabecera. Amplifican las señales captadas de radio y TV para distribuirlas con calidad y nivel. Hay dos tipos:
- Centrales amplificadoras: Constan de un solo bloque con fuente de alimentación incluida, con un número de entradas que depende de las antenas a instalar.
- Amplificadores monocanal
Realización de una instalación
Cálculo de la distribución
Se puede realizar una instalación en serie, también llamada de cajas de paso, o por una en derivación, también llamada de derivadores. Ambas presentan un cálculo en las pérdidas en distribución. La de derivadores es la más utilizada por sus mejores características técnicas y por la independencia de cada una de las viviendas. Independientemente del tipo de instalación, hay que tener en cuenta los niveles de aceptación en la recepción de señales, que nos indican los márgenes aceptables en la recepción de las bandas de TV y radio en FM. Para el cálculo hay que sumar todas las pérdidas existentes en la misma, mediante los datos de los catálogos. La suma está definida por los elementos que nos encontramos desde la cabecera hasta la toma. Si la bajada es en distribución y las características son iguales para cada vivienda, solo se calcula una de las distribuciones. Las pérdidas a tener en cuenta son: pérdidas en cable, en la derivación, en la prolongación, en cajas de paso y en toma.
Elección de los captadores
Para su elección hay que tener en cuenta las longitudes de onda a recibir, los canales que deseamos captar y la dirección de procedencia de la señal, así como la situación de los repetidores.
Recepción satélite
Los satélites utilizados en la emisión de radio y TV están situados a unos 36.000 km de la Tierra, en una posición fija sobre el ecuador en una zona denominada el cinturón de Clarke, por su descubridor. Es una órbita geoestacionaria, es decir, se mueve al unísono con la Tierra.
La PIRE de un satélite
La PIRE (Potencia Isotrópica Radiada Equivalente) de un satélite es la potencia de radiación de una antena. En definición, se dice que es la potencia que debería radiar una antena isotrópica del satélite para producir el mismo efecto que su antena en la zona de la huella.
Plato parabólico
La primera distinción visual respecto a la antena no es el dipolo, sino lo que alimenta a este en ondas de radiación: la parábola, que tiene la misión de concentrar dichos rayos de señal sobre un punto de recepción llamado foco. Su situación dependerá de la forma de la parábola. Si es muy poco cerrada, el foco estará más alejado del vértice de la parábola que si la forma es más cerrada.
Tipos de parábolas
- Foco primario: Es la parábola más usada para poner en tejados. Tiene colocado el dipolo en el punto focal. No posee un rendimiento óptimo.
- Offset: Es un reflector que coloca su dipolo en el exterior de la superficie del plato, por lo que no provoca sombras en el mismo, obteniendo un alto rendimiento. Esta parabólica aprovecha los lados del reflector y no el vértice, por lo que el foco queda desplazado del centro.
- Cassegrain: En su punto focal coloca un segundo reflector denominado subreflector, de formato hiperbólico. Esta antena tiene el dipolo LNB enfrentado al segundo reflector, por lo que la señal debe realizar dos rebotes para entrar en él. Son utilizadas en su formato circular en radioastronomía con tamaños de más de 30 m de diámetro.
Conversor o LNB
El conversor o LNB (Low Noise Block) es la parte principal de la parabólica porque en ella se encuentra el dipolo y los circuitos electrónicos que adaptan las frecuencias recibidas por el resto de la instalación. Se puede traducir como conversor de bajo nivel de ruido. Está formado por dos partes: LNA (Low Noise Amplifier) y LNC (Low Noise Converter).
Alimentación del LNB
El LNB va alimentado a través del cable coaxial de comunicación con los demoduladores de la cabecera del sintonizador del usuario. Con la utilización de dos tensiones continuas, el LNB realiza variaciones en el tipo de polaridad que va a recibir del dipolo. Se alimenta entre 12 y 14 V para señales verticales y entre 15 y 20 V para horizontales.
Orientación de parabólicas
Debemos buscar la posición del satélite de este a oeste con dirección sur. Si nos encontramos en el hemisferio sur, hay que buscar de oeste a este con dirección norte. Para orientarla hay que conocer dos puntos: el acimut y la elevación. El acimut es la medida en longitud de este a oeste, y la elevación es el ángulo que tiene que tener la superficie de la Tierra, el punto desde donde se quiere recibir la señal del satélite y la línea recta desde la antena al satélite.
Unidad interior
La unidad interior es el conjunto de dispositivos que realizan las funciones relativas al tratamiento de la señal que viene de la antena en FI (Frecuencia Intermedia) y la adapta al tipo de distribución utilizado.
Instalación de la parabólica
La elección de un tamaño y tipo de plato parabólico se puede hacer mediante un cálculo del mismo por medio del uso del PIRE sacado de la gráfica de la huella del satélite, en su enlace descendente.
El conversor
La elección del LNB dependerá del margen de frecuencias que se desea recibir y del tipo de plato colocado.