RADIOCOMUNICACIONES.

Bienvenidos al nuevo curso de radiocomunicaciones de mirpas.com. El módulo que comienzas a estudiar en éste momento es un módulo dedicado al estudio de la radiofrecuencia como método de comunicación y sistemas electrónicos de transmisión de señales por radio.

Este curso forma parte de un módulo de formación profesional y un semestre entero de una carrera profesional en la rama de las telecomunicaciones para la comunicación, incluso su nivel educativo será superior al de un módulo universitario o de formación profesional ya que desarrollarás técnicas personales para la creación, medida y transmisión de señáles.

El curso está compuesto por 16 temas a lo largo del cual se desarrollarán prácticas recomendadas para adjuntar mayor información de compresión con los temas en cuestión. También a la finalización del tema, podrás realizar una serie de ejercicios y comprobar tus conocimientos aprendidos hasta el momento del curso.

Esta es la versión revisada del anterior curso de electrónica para elementos de telecomunicación creado en 2015 en la anterior página web que tenía (cursosindustriales.net), por lo que se han añadido contenido actualizado y personalizado para una mejor comprensión de los módulos del curso.

OBJETIVO DEL CURSO.

● ENTENDER LAS COMUNICACIONES
● COMPRENDER LOS CIRCUITOS DE COMUNICACIÓN ELECTRÓNICOS.
● DISEÑAR SISTEMAS DE TRANSMISIÓN Y RECEPTOR ELECTROMAGNÉTICOS.

En este primer capítulo hare una introducción sobre las comunicaciones y el proceso de intervienen en ellas. La comunicación es el proceso básico de intercambio de información. Los seres humanos transmiten pensamientos, ideas, sentimientos y se han comunicado entre sí desde el principio de su existencia. Por lo general la palabra hablada es su medio de comunicación principal, sin embargo otra parte de la comunicación está ligada a los gestos corporales y expresiones faciales. También la comunicación escrita es muy importante.

Temario Principal Material Extra (Descargar desde el menú de descargas de la práctica):

Historia de la radio.

La principal barrera de la comunicación es la distancia y el idioma. Sobre el idioma pronto se empezaron a traducir los escritos mediante el aprendizaje de códigos que relevaran la escritura en otra lengua. En cuanto a la distancia, las primeras cartas enviadas a través de siervos o mensajeros a otros lugares distantes, dio origen a las primeras telecomunicaciones. Al principio la telecomunicación se basaba en llevar cartas a pie desde una ciudadela a otra, a caballo o en tren, pero pronto con el descubrimiento de la electricidad y el descubrimiento de las radiocomunicaciones, se empezó a transmitir mensajes cifrados mediante una pulsación de espacios y puntos hacia lugares lejanos.

Empieza en este curso con un poco de historia y algunos términos radioeléctricos.

Telecomunicaciones.

Según el concepto de telecomunicación actual, la telecomunicación es la transmisión y recepción a distancia de la inteligencia humana en cualquier medio de transmisión electrónico o mecánico y que pueda ser interpretada por el emisor y receptor del mensaje.

Por tanto, podemos hablar de comunicación directa cuando dos personas hablan entre sí mediante la voz humana; o también podemos hablar de comunicación indirecta, cuando lo hacen mediante un dispositivo que envíe la voz a otro lugar diferente del emisor, como por ejemplo cuando hablan por teléfono dos personas que están separadas entre sí.

En la antigüedad, antes de la invención de la electricidad, se aprovechaba la tensión de las ondas sonoras para crear dispositivos que por los extremos acababan en unos conos que permitían escuchar las palabras que transmitía un emisor desde el otro extremo del dispositivo. Los dos conos se unían entre sí mediante un cable de piano o violín elástico que vibraba de acuerdo a la intensidad del sonido del cono y transmitía la vibración del sonido al receptor mediante el cable tensado de piano o violín. Aunque el sistema era muy malo energéticamente, el sonido se escuchaba al otro lado del cable mecánicamente, por lo que estamos éste sistema fue uno de los primeros sistemas de comunicación que existió.

Eso sí, el sistema valía para comunicar una estancia conjunta a otra, ya que la perdida de sonido era un gran problema. Con el tiempo se mejoraron los sistemas de transmisión mecánicos del sonido, utilizando redes resonantes y cajas acústicas para ampliar el sonido, pero el mejor aumento en las telecomunicaciones, se dio a cabo con el avance en el estudio de la electricidad y la transmisión de emisiones eléctricas en forma de pulsos activos e inactivos que daría nombre al famoso código Morse.

En sus primeros orígenes las transmisiones Morse se originaban entre dos puntos en los cuales se montaba un receptor y el otro lado un emisor y se alimentaba un cable de acero mezclado con carbono y se hacía pasar una corriente continua por su interior. El emisor, interrumpía la alimentación del cable de acuerdo a unas normas de sintaxis de punto y raya y que el receptor traducía para entender el mensaje. Pero se dieron cuenta que cada vez que se interrumpía la electricidad, la bombilla testigo que tenía el emisor, producía unas interferencias ligadas a los puntos y rayas cuando la tensión de alimentación del cable de acero era muy grande.

Fue Maxwell quién dijo que cuando circula corriente eléctrica por un conductor eléctrico se producen dos tipos de ondas: eléctricas y magnéticas cuya velocidad de transmisión es de trecientos mil kilómetros por segundo (velocidad de la luz). Interrumpiendo la corriente eléctrica por el cable de acuerdo a un patrón de código se podía enviar mensajes a receptores electromagnéticos. No se tardó en construir un equipo sin cables para la transmisión de código Morse entre dos puntos distantes de una ciudad o entre dos países.

En la actualidad, las telecomunicaciones han evolucionado a un ritmo increíble y si bien siguen utilizando el éter o el aire para la transmisión de mensajes que otro receptor entenderá, las telecomunicaciones han centralizado tantos recursos que ya no solo se dedican a la comunicación, sino a otro sinfín de soluciones como puede ser la comunicación lógica entre sistemas electrónicos, la transmisión y recepción de vídeo, Internet, transmisión de electricidad, y un gran etcétera que irás conociendo en el curso.

Magnitudes. Frecuencia, longitud de onda y ancho de banda.

Se llama frecuencia al número de veces que ocurre un fenómeno en un espacio de tiempo dado. Puede ser el número de pulsaciones de polaridad de un voltaje, o el de oscilaciones de un campo electromagnético que tiene lugar cada segundo. Cada oscilación o pulsación se llama ciclo, y la frecuencia se expresa en ciclos por segundos (cps). También se denomina el término de Hertz (Hz) para designar el ciclo por segundo, por lo que a partir de ahora designaremos la frecuencia en Hz.

En la imagen anterior se muestra una variación sinosoidal de un voltaje (por la variación del factor de tensión respecto al ángulo del generador). Una pulsación positiva y negativa forma un ciclo. La red eléctrica española tiene 50 ciclos por segundo, es decir que en un segundo se reproducen 50 pulsaciones positivas y negativas.

Pero en electrónica existen pulsaciones mucho más grandes. Supón una frecuencia de diez mil millones de ciclos por segundos (10.000.000.000 Hz). Esta frecuencia es muy elevada para expresarla de manera ordinal, por lo que se recurre al uso de múltiplos y prefijos K, M, G:

● K de Kilo, multiplica por mil la frecuencia.
● M de Mega, por un millón.
● G de Giga, por mil millones.

Por tanto la anterior cantidad utilizando el término de Giga sería de 10GHz o si lo traducimos a Megas, sería 10.000MHz. Se podría traducir a Kilos, pero sería un número alto y queda mejor expresado en Gigas.

El periodo es el tiempo que tarda en desarrollarse un ciclo completo. La longitud de onda es el espacio que recorre una onda electromagnética en un periodo dado. La longitud de onda se representa mediante Lambda λ.

La fórmula que calcula la longitud de onda está en la figura anterior. Como un onda electromagnética se transmite a una velocidad de trescientos mil kilómetros por segundo (c = 300.000 km x s^-1), con la fórmula de la longitud de onda anterior, podemos establecer mediante la frecuencia, la longitud de onda para una frecuencia dada.

NOTA: En la formula anterior, la velocidad de la luz está dada en Kilómetros por segundo. El resultado de la longitud de onda será en kilómetros. Si utilizas la velocidad en metros por segundo (300.000.000 m x s^-1) obtendrás la longitud en metros.

El Ancho de Banda (BandWidth, BW), es la porción del espectro electromagnético que ocupa una señal. También es el intervalo de frecuencias en el cual se transmite una señal de información y que otro equipo electrónico trabaja en ese ancho de banda. El ancho de banda es la diferencia entre el límite superior y el límite inferior de las frecuencias de una señal.

Ondas mecánicas.

El medio de comunicación de la mayoría de los animales es por excelencia el sonido. Éste se propaga por el aire (o el agua) a partir del origen del mismo y se propaga en todas direcciones perdiendo energía de acuerdo se aleje de la fuente.

El sonido tiene una intensidad (fuerza) y un timbre específico (frecuencia media) que implica la distancia de propagación, por lo que a mayor intensidad, mayor distancia se propagará el sonido.

Cuando las ondas sonoras se propagan en el aire, al ser ondas elásticas se deforman modificando su longitud de onda y al llegar a una cierta distancia, pueden incluso difuminarse y no llegar el sonido original a repetirse tal cual salió de su origen sino que solo se captarían ciertas frecuencias.

Pero las ondas sonoras necesitan de un medio para transmitirse y en las comunicaciones terrestres, el medio es el aire. En cuanto se inventó el teléfono, el sonido llegaba al teléfono mediante un cable eléctrico y un auricular que interpretaba la señal eléctrica del sonido. Pero aun así se requería de un medio para la transmisión de la voz.

Propagación de las ondas.

Ya he indicado anteriormente que el alcance de las ondas está ligado a la intensidad del sonido y a la frecuencia. A mayor intensidad mayor distancia de propagación, pero eso sí, debido a la naturaleza de las ondas sonoras, cuando más se propagaban aumenta su frecuencia modificando en el espacio la estructura de la onda sonora y escuchándose en el destino algo diferente que era al comienzo.

Esto se puede comprobar cuando escuchas el pitido de un tren a distancia cuando viene hacia tí, y cuando escuchas el pitido del mismo tren una vez que se aleja; la distorsión del sonido se produce por la longitud de onda del sonido al chocar con el medio que lo transporta.

Se ha comprobado que para dos señales sonoras de la misma intensidad, una con una frecuencia inferior a la otra, la señal con mayor frecuencia llega más lejos que la señal sonora que la de menor frecuencia.

Frecuencia de propagación.

Si seguimos aumentando la frecuencia de la señal sonora, cuando supere el límite audible de los 20KHz, por muy lejos que se propague no escucharemos nada.

En radiocomunicaciones es importante entender cómo se propagan las ondas de acuerdo a la frecuencia ya que el proceso es similar a las ondas que se forman en un estanque cerrado al tirar una piedra que genera ondas desde el interior al exterior:

Imagina que ponemos en un estanque un barquito de papel y tiramos una piedra al estanque que produce olas (ondas). Al llegar la primera onda, ésta será una onda grande, la segunda será un poco más pequeña, la tercera más pequeña aún y así sucesivamente hasta que el barco deje de moverse por las olas. Como puedes imaginar, las ondas del estanque se han amortiguado debido a que a medida que avanzaban perdían energía.

El barquito subiría y bajaría sobre la línea media de flotación debido a que las olas lo moverían tal cual de manera vertical. Como puedes ver el instante cero, en el que tiramos la piedra, la amplitud es mayor que las ondas restantes por lo que el barco será cuando más se desplace de manera vertical. En el siguiente periodo, el desplazamiento vertical será menor que el anterior y la siguiente menor y así hasta que el barquito deje de moverse verticalmente.

El número de veces que suba y baje el barquito de manera vertical en unidad de tiempo (segundo) se denomina Frecuencia. Cada frecuencia tiene una diferente Longitud de onda, es decir el espacio que transcurre hasta que la onda se vuelve a reproducir de nuevo. La Amplitud es el espacio vertical que sube y baja el barquito en cada ciclo.

En el caso anterior la onda es una onda amortiguada, es decir el ciclo anterior es más grande que el siguiente ciclo de la onda. Esto significa que según avance la onda en el espacio, pierde energía en forma de amplitud pero se mantiene la frecuencia de la onda. También suele ocurrir que la onda además de perder energía, modifique su longitud de onda debido al medio de transmisión. Esto significa que una parte de la onda en un momento dado, sea de una frecuencia distinta a la frecuencia patrón, pero eso sí, de un mismo Armónico que la de origen.

Ondas electromagnéticas.

Las ondas sonoras son ondas de fuerza que se perciben en un Ancho de banda específico comprendido entre los 20Hz y los 20KHz. A partir de ese ancho de banda, se clasifican en otro tipo de ondas según su frecuencia.

A partir de los 20KHz y hasta los 300MHz se denominan ondas de radio, sin importar la naturaleza del medio transmisor; de los 300MHz hasta los 3 GHz se denominan microondas, sin importar el medio de transmisión.

Esto significa que si tuviésemos un oído adaptado, podríamos escuchar frecuencias de microondas. Pero de acuerdo el medio utilizado, en cada medio, las diferentes frecuencias se comportan de una manera diferente, aumentando o disminuyendo la frecuencia de la onda, absorbiendo más o menos energía de acuerdo al tipo de onda, etc.; y es que las ondas sonoras requieren de un medio para transmitirse, ya sea agua, aire, carbón, etc.

Las ondas electromagnéticas son ondas que no necesitan de medio para transmitirse y, aunque el principio de funcionamiento es similar a las ondas sonoras, las ondas electromagnéticas no son ondas sonoras. Los rayos X, la luz del sol, las ondas hertzianas que recibe nuestro receptor de radio, son ondas electromagnéticas, es decir ondas formadas por electricidad y magnetismo en vez de partículas físicas como las ondas sonoras.

Enrique Hertz demostró la existencia de las ondas electromagnéticas mediante un aparato excitador que las creaba y un receptor que las recibía.

Diferencias entre ondas.

Clasificación de las ondas electromagnéticas.