Teoría de la antena: espectro y transmisión
En la atmósfera de la Tierra, la propagación de la onda depende no solo de las propiedades de la onda, sino también de los efectos ambientales y de las capas de la atmósfera terrestre. Todos estos deben estudiarse para formarse una idea de cómo se propaga una onda en el medio ambiente.
Echemos un vistazo al frequency spectrumsobre el cual tiene lugar la transmisión o recepción de la señal. Se fabrican diferentes tipos de antenas dependiendo del rango de frecuencia en el que se operan.
Espectro electromagnético
La comunicación inalámbrica se basa en el principio de transmisión y recepción de ondas electromagnéticas. Estas ondas se pueden caracterizar por su frecuencia (f) y su longitud de onda (λ) lambda.
En la siguiente figura se ofrece una representación gráfica del espectro electromagnético.
Bandas de baja frecuencia
Las bandas de baja frecuencia comprenden las porciones de radio, microondas, infrarrojos y visibles del espectro. Se pueden utilizar para la transmisión de información modulando la amplitud, frecuencia o fase de las ondas.
Bandas de alta frecuencia
Las bandas de alta frecuencia se componen de rayos X y rayos gamma. En teoría, estas ondas son mejores para la propagación de información. Sin embargo, estas ondas no se utilizan prácticamente por la dificultad de modulación y las ondas son perjudiciales para los seres vivos. Además, las ondas de alta frecuencia no se propagan bien a través de los edificios.
Bandas de frecuencia y sus usos
La siguiente tabla muestra las bandas de frecuencia y sus usos:
| Nombre de banda | Frecuencia | Longitud de onda | Aplicaciones |
|---|---|---|---|
| Frecuencia extremadamente baja (ELF) | 30 Hz a 300 Hz | 10,000 a 1,000 KM | Frecuencias de las líneas eléctricas |
| Frecuencia de voz (VF) | 300 Hz a 3 KHz | 1000 hasta 100 KM | Comunicaciones telefónicas |
| Muy baja frecuencia (VLF) | 3 KHz a 30 KHz | 100 a 10 KM | Comunicaciones marinas |
| Baja frecuencia (LF) | 30 KHz a 300 KHz | 10 a 1 KM | Comunicaciones marinas |
| Frecuencia media (MF) | 300 KHz a 3 MHz | 1000 hasta 100 m | Radiodifusión AM |
| Alta frecuencia (HF) | 3 MHz a 30 MHz | 100 hasta 10 m | Comunicaciones de aviones / barcos de larga distancia |
| Muy alta frecuencia (VHF) | 30 MHz a 300 MHz | 10 hasta 1 m | Radiodifusión FM |
| Frecuencia ultra alta (UHF) | 300 MHz a 3 GHz | 100 hasta 10 cm | Telefono celular |
| Super alta frecuencia (SHF) | 3 GHz a 30 GHz | 10 a 1 cm | Comunicaciones por satélite, enlaces de microondas |
| Frecuencia extremadamente alta (EHF) | 30 GHz a 300 GHz | 10 hasta 1 mm | Bucle local inalámbrico |
| Infrarrojo | 300 GHz a 400 THz | 1 mm hasta 770 nm | Electrónica de consumo |
| Luz visible | 400 THz a 900 THz | De 770 a 330 nm | Comunicaciones ópticas |
Asignación de espectro
Dado que el espectro electromagnético es un recurso común, abierto al acceso de cualquier persona, se han elaborado varios acuerdos nacionales e internacionales sobre el uso de las diferentes bandas de frecuencias dentro del espectro. Los gobiernos nacionales individuales asignan espectro para aplicaciones tales como transmisión de radio AM / FM, transmisión de televisión, telefonía móvil, comunicaciones militares y uso gubernamental.
Worldwide, una agencia de la Unión Internacional de Telecomunicaciones Radio Communication (ITU-R) Oficina denominada Conferencia Administrativa Mundial de Radiocomunicaciones (WARC) intenta coordinar la asignación de espectro por parte de los distintos gobiernos nacionales, de modo que se puedan fabricar dispositivos de comunicación que puedan funcionar en varios países.
Limitaciones de transmisión
Cuatro tipos de limitaciones que afectan las transmisiones de ondas electromagnéticas son:
Atenuación
Según la definición estándar, “La disminución de la calidad y la fuerza de la señal se conoce como attenuation. "
La fuerza de una señal disminuye con la distancia sobre el medio de transmisión. El alcance de la atenuación es función de la distancia, el medio de transmisión y la frecuencia de la transmisión subyacente. Incluso en el espacio libre, sin ningún otro impedimento, la señal transmitida se atenúa con la distancia, simplemente porque la señal se extiende sobre un área cada vez más grande.
Distorsión
Según la definición estándar, “Cualquier cambio que altere la relación básica entre los componentes de frecuencia de una señal o los niveles de amplitud de una señal se conoce como distortion. "
La distorsión de una señal es el proceso que provoca la alteración de las propiedades de la señal, agregando algunos componentes no deseados, lo que afecta la calidad de la señal. Por lo general, esto ocurre en el receptor de FM, donde la señal recibida a veces se altera por completo y produce un zumbido como salida.
Dispersión
Según la definición estándar, "Dispersion es el fenómeno en el que la velocidad de propagación de una onda electromagnética depende de la longitud de onda ".
Dispersiones el fenómeno de propagación de una ráfaga de energía electromagnética durante la propagación. Es especialmente frecuente en transmisiones por cable, como la fibra óptica. Las ráfagas de datos enviados en rápida sucesión tienden a fusionarse debido a la dispersión. Cuanto mayor sea la longitud del cable, más severo será el efecto de dispersión. El efecto de la dispersión es limitar el producto de R y L. Donde‘R’ es el data rate y ‘L’ es distance.
ruido
Según la definición estándar, "Cualquier forma de energía no deseada que tiende a interferir con la recepción y reproducción adecuada y fácil de las señales deseadas se conoce como ruido".
La forma de ruido más generalizada es thermal noise. A menudo se modela utilizando un modelo gaussiano aditivo. El ruido térmico se debe a la agitación térmica de los electrones y se distribuye uniformemente en todo el espectro de frecuencias.
Otras formas de ruido incluyen:
Inter modulation noise - Causado por señales producidas en frecuencias que son sumas o diferencias de frecuencias portadoras.
Crosstalk - Interferencia entre dos señales.
Impulse noise- Pulsos irregulares de alta energía provocados por perturbaciones electromagnéticas externas. Es posible que un ruido impulsivo no tenga un impacto significativo en los datos analógicos. Sin embargo, tiene un efecto notable en los datos digitales, provocando errores de ráfaga.