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Radiación y Radiocomunicación

4º Ingeniería de Telecomunicación

Tema 1. Introducción25 de septiembre de 2007

Juan José Murillo FuentesATSC. ETSI.Univ Sevilla

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Tema 1: Introducción

1.1 Breve reseña histórica1.1.1 Historia1.1.2 Receptor Homodino1.1.3 Receptor Superheterodino1.1.4 Transmisores1.1.5 Sistemas

1.2 Canales de propagación1.3 Bandas de frecuencia

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1.1.1 HistoriaExperimentos de Hertz en 1887 corroboran resultados teóricos de Maxwell expuestos en 1854.1894, el “coherer”Popov y Marconi realizan las primeras radiocomunicaciones: MorseLos primeros sistemas se basan en el fenómeno de descarga por chispas:

• Se desperdicia ancho de banda• Interferencias

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Experimento de Hertz

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Hertz, “nada visionista”Hertz's students were impressed, and wondered what use might be made of this marvelous phenomenon. But Hertzthought his discoveries were no more practical thanMaxwell's.

• "It's of no use whatsoever," he replied. "This is just an experiment thatproves Maestro Maxwell was right, we just have these mysteriouselectromagnetic waves that we cannot see with the naked eye. But theyare there."

• "So, what next?" asked one of his students at the University of Bonn. • Hertz shrugged. He was a modest man, of no pretensions and,

apparently, little ambition. • "Nothing, I guess."

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Marconi: Primeras Transmisiones

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Marconi: Comunicaciones transantlánticas I

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Marconi: Comunicaciones transantlánticas II

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Marconi: Comunicaciones transantlánticas III

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Otros hitos1920 Primeras “radiodifusiones”1922: Primeras emisiones en Londres, se crea la BritishBroadcasting Company1925 International (USA-Britain) broadcasting1934-1940 FM, by Edwin Armstrong1945 Comunicaciones viasatélite. 1957 Sputnik1979 Comunicaciones Movilespúblicas (AT&T)

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1.1.2 Receptor HomodinoSe necesita una mayor eficiencia

• Espectral• De potencia

Aparecen las válvulas y se aplican a

• Amplificadores• Detectores (Diodos)

Triodo (Audión),De Forest 1906

Diode ValveAmbrose Fleming 1904

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1.1.2 Receptor HomodinoLa realimentación se aprovecha para diseñar osciladores RF

• Estables• De gran pureza espectral

El esquema del sistema queda

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1.1.2 Receptor Homodino

Si se ataca al transmisor con una señal de voz: radiotelefonía.Si en recepción se aprovecha el principio de heterodino:

• Para señales telegráficas: Receptor Autodino.• Para señales de voz: Receptor Homodino (AM).

En esta etapa de las radiocomunicaciones nos enfrentamos a los problemas de

• Selectividad: capacidad de sintonizar la banda de frecuencia de interés• Sensibilidad: capacidad de recibir señales de muy baja potencia

Ej: se recibe 1μV y se necesita 1V a la entrada del receptor: G=120 dBEsta alta ganancia tiene problemas de inestabilidad por realimentación.

• El incremento de usuarios y necesidades espectrales dieron paso al receptor Superheterdino para dar respuesta a estos problemas.

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1.1.2 Receptor Homodino

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1.1.3 Receptor Superheterodino “Superhet”

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1.1.3 Receptor Superheterodino “Superhet”, 1918-1930

La etapa de FI• Trabaja siempre a la misma frecuencia• Por ello proporciona alta ganancia y buen filtrado (selectividad).

La amplificación se realiza por etapas independientes (a diferentes frecuencias): cabecera-FI-AF

• Se gana en estabilidad, CAG,...

Problemas:• Se necesita un mezclador y un oscilador local

El mezclador es un elemento no lineal: frecuencias espuriasTienen ruido

• Aparece la frecuencia imagen: filtrado

Gran versatilidad• Fmax/fmin de

3/1 (AM), 4/1 (VHF), 100/1(Rx profesionales)

fol fRFfIMGfFI

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1.1.4. TransmisoresLos transmisores evolucionaron con la tecnología electrónica:

• Triodos (válvulas) y transistores (CI, circuitos integrados).

Los esquemas de transmisores son más simples pero no por ello están exentos de problemas: no linealidades.Las modulaciones utilizadas se fueron sucediendo: AM, SSB, FM, PM, ASK, FSK, BPSK, QPSK.

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1.1.5 SistemasLos primeros sistemas de comunicaciones fueron de radioenlaces y radiodifusiónEn los años 60 entran en juego las comunicaciones vía satélite.En 1979 aparecen los primeros sistemas públicos de comunicaciones móviles: PMLR networks, (Public LandMobile Radio networks) en UHF.En los 90 se impulsan las redes de datos inalámbricas.Otros sistemas: Radar, radiolocalización y radiodeterminación

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1.2 CanalesTenemos canales: Propagación, radio, modulación, Digital

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1.2 CanalesCanal: enlace entre dos puntos de un trayecto de comunicacionesCanal de propagación:

• Medio físico entre la antena Tx y Rx.• Lineal• Recíproco• Puede ser variante en el tiempo

Canal de Radio:• Conjunto Antena: Tx – Canal de propagación – Antena Rx• Una antena tiene mismo patrón de Radiación en Tx y Rx si son

lineales y pasivas• Para estas antenas el canal es recíproco

Canal de Modulación: comprende el canal radio y las etapas de RF-IF. • Algunas modulaciones digitales exigen que sea muy lineal.• No es recíproco.

Canal Digital: engloba todos los subsistemas que enlazan la secuencia digital sin modular a Tx con la obtenida en Rx.

• No es lineal

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1.3 Bandas

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1.3 BandasLas bandas de frecuencia:

• Multitud de definiciones, ver Capítulo 1 del libro “Tx por Radio”.

Banda Denominación frec.

mínima frec.

máxima l máximal

mínima

ELF Extremely Low Frequency - 3 kHz - 100 km

VLF Very Low Frequency 3 kHZ 30kHz 100 km 10 km LF Low Frequency 30 kHz 300 kHz 10 km 1 km MF Medium Frequency 300 kHz 3 MHz 1 km 100 m HF High Frequency 3 MHz 30 MHz 100 m 10 m VHF Very High Frequency 30 MHz 300 MHz 10 m 1 m UHF Ultra High Frequency 300 MHz 3 GHz 1 m 10 cm SHF Super High Frequency 3 GHz 30 GHz 10 cm 1 cm

EHF Extremely High Frequency 30 Ghz 300 GHz 1 cm 1 mm

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Bandas de TV y FM

Banda frec.

mínima frec.

máxima canales I 47 MHz 68 MHz 2,3,4 VHF II 88 MHz 108 MHz FM III 174 MHz 230 MHz 5 al 12 VHF

IV 470 MHz 606 MHz 21 al 37 UHF

V 606 MHz 862 MHz 38 al 69 UHF

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Canales de Radio

Radio FM

Radio DigitalDAB (Digital Audio Broadcasting)

Radio AM

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Canales de TV 21

-37

38-6

9

TV TDT

TV TDT

TDT Nacional

TDT Canal Sur

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Bandas de Microondas

Banda frec. mínima frec. máxima l máxima l mínimaL 1 GHz 2 GHz 30 cm 15 cmS 2 GHZ 4 GHz 15 cm 7.5 cmC 4 GHz 8 GHz 7.5 cm 3.75 cmX 8 GHz 12.4 GHz 3.75 cm 2.42 cmKu 12.4 GHz 18 GHz 2.42 cm 1.66 cmK 18 GHz 26.5 GHz 1.66 cm 1.11 cmKa 26.5 GHz 40 GHz 11.1 mm 7,5 mmmm 40 GHz 300 GHz 7.5 mm 1 mm

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DENOMINACIÓN DE EMISIONES

Anchura de banda necesaria mediante:• 3 cifras y una letra que ocupa la posición

de la cifra decimal: H (Hz), K (Khz), M (Mhz) y G (Ghz). Ejemplo:

180.4 Khz.......180K180.6 Khz.......181K1.25 Mhz........1M25

Clase de emisión mediante símbolos:• Primero: modulación, N (ninguna), A

(amplitud), H (BLU), C (BLV), F (freq)• Segundo: naturaleza señal moduladora: 0

(ninguna), 1 (canal digital), 3 (analógico), 8 (2 canales multiplex)

• Tipo de información: D (datos), E (voz), F(vídeo)

• Cuarto: calidad: J G H N• Multiplaje: N F T

Telefonía DBL, 6000 Hz, cal. Comercial6K00A3EJN

Telefonía BLU, port. Completa, 3000Hz, cal. Comercial.

3K00H3EJNRadiodifusión FM, calidad estéreo, 256 Khz

256KF8EHFTelevisión color, sonido monoaural, vídeo 6.25 MHz

6M25C3FNNsonido 750 KHz

750KF3EGN

Clasificación según su clase y anchura de banda necesaria

Ejemplo de denominación de emisión

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ReferenciasDirecciones de Internet de interés sobre historia de las

comunicacioneshttp://www.coit.es/ , COIT: foro histórico http://www.privateline.com/history.html, historia de las telecomunicaciones http://www.marconicalling.com/html/index.html, todo sobre Marconihttp://www.fundacion.telefonica.com/museo/visita/salas/index.html Museo de las Telecomunicaciones de Telefónica.http://en.wikipedia.org/wiki/History_of_radio, Wikipediahttp://omega.ilce.edu.mx:3000/sites/ciencia/volumen3/ciencia3/112/htm/electr.htm Electromagnetismo y Tecnología