Fundamentos de Sistemas de Transmisión y Distribución de Señales Electromagnéticas
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Conceptos Fundamentales en Sistemas de Transmisión y Recepción de Señales
Una línea de transmisión es un medio diseñado para transferir energía desde una fuente de carga. Su impedancia característica suele ser de 75 $\Omega$ (ohmios) por metro, aunque este valor depende del tipo de línea.
Propagación de Ondas Electromagnéticas
Una onda electromagnética es un tipo de onda en la cual las variaciones de los campos eléctrico y magnético permiten su propagación. Se transmiten utilizando un enlace directo sin obstáculos, lo que garantiza el contacto visual entre el emisor y el receptor. Este medio es fundamental por el que se envía y recibe información, constituyendo el canal de comunicación.
Parámetros Clave en Sistemas de Comunicación
En la caracterización de estos sistemas, intervienen varios parámetros esenciales:
- Ganancia ($G$): Es la relación entre la tensión disponible a la salida del sistema ($V_0$) y la tensión de entrada ($V_1$). Se expresa como $G_V = V_0 / V_1$.
- Atenuación ($A$): Indica una ganancia menor que la unidad. Si $G$ es la ganancia, la atenuación se relaciona como $A = 1/G$.
- Decibelio (dB): Es una unidad de comparación logarítmica utilizada para magnitudes del mismo tipo (como potencia o tensión).
- Figura de Ruido ($NF$): Indica el nivel equivalente de ruido a la entrada de un elemento. Representa una atenuación introducida por el ruido en el sistema de comunicación, y su valor es definido de fábrica.
Componentes de la Instalación de Distribución
Antenas: Transductores de Energía
La antena es el elemento transductor que convierte la señal electromagnética en energía eléctrica que será distribuida por la instalación, o viceversa.
Directividad y Patrones de Radiación
La directividad es la capacidad de una antena para recibir (o emitir) señales predominantemente en ciertas direcciones y sentidos. El ángulo en el que una antena puede recibir se define por su lóbulo.
Antenas Omnidireccionales
Las antenas de radio suelen ser omnidireccionales; reciben la señal en cualquier dirección. Tienen una ganancia teórica de $0 \text{ dB}$ (no amplifican) y su forma puede ser lineal o circular, como en el caso de la antena de radio estándar.
Estructura de la Instalación de Televisión
Las partes principales de una instalación de distribución de señal de TV incluyen:
- Sistema adaptador de señales.
- Sistema de tratamiento de señal o cabecera.
- Red de distribución.
El objetivo de la distribución es la recepción de la señal de TV y su entrega a los usuarios en condiciones óptimas, tanto a nivel individual como colectivo.
Antena Yagi: Un Caso Común
La antena Yagi es una de las más usadas en recepción. Está formada por:
- Un dipolo (elemento activo).
- Una pantalla rejilla (reflector).
- Directores.
- Un adaptador de impedancia.
Curva de Respuesta y Ganancia
La curva de respuesta es una gráfica que permite identificar la ganancia máxima que ofrece la antena para cada frecuencia de operación. Se observa una relación directa: a más directores, el haz principal es más estrecho y la ganancia es mayor.
Fórmulas de Conversión de Niveles de Tensión
Para trabajar con niveles de tensión en decibelios referidos a milivoltios ($\text{dBmV}$):
$$V \text{ (dBmV)} = 20 \log_{10} \left( \frac{V \text{ (mV)}}{1 \text{ mV}} \right)$$
O, despejando la tensión en milivoltios:
$$V \text{ (mV)} = 10^{\frac{V \text{ (dBmV)}}{20}}$$