Fundamentos de Telecomunicaciones: Ondas Electromagnéticas, Ecuaciones de Maxwell y Decibelios
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Introducción a las Telecomunicaciones
La telecomunicación es una técnica que consiste en la transmisión de un mensaje desde un punto hacia otro, usualmente con la característica adicional de ser bidireccional.
Componentes Fundamentales de un Sistema de Comunicación
- El transmisor
- Medio de Transmisión o canal de comunicación
- Receptor
Radiocomunicación
La radiocomunicación es una forma de telecomunicación que se realiza a través de ondas de radio, las cuales están caracterizadas por el movimiento de los campos eléctricos y magnéticos.
Ecuaciones de Maxwell
Las ecuaciones de Maxwell son un conjunto de cuatro ecuaciones fundamentales que describen completamente el comportamiento de los campos eléctricos y magnéticos, y su interacción con la materia. Son la base para entender la propagación de las ondas electromagnéticas.
Ley de Gauss para el Campo Eléctrico
Ley de Gauss para el Campo Magnético
Ley de Faraday-Lenz
Ley de Ampère Generalizada
Onda Electromagnética
Una onda electromagnética es la forma de propagación de la radiación electromagnética a través del espacio. Su velocidad es de 3 × 108 m/s en el vacío, variando según el medio.
Parámetros Clave de una Onda Electromagnética
- Periodo (T): El tiempo que emplea una señal para realizar un ciclo completo.
- Frecuencia (f): Es una medida para indicar el número de repeticiones de cualquier fenómeno periódico en la unidad de tiempo. Su unidad de medida es el Hertz (Hz).
- Amplitud: Es la distancia desde el valor de equilibrio hasta el pico (valor máximo) de la onda. Su unidad puede ser el Voltio (V) para el campo eléctrico o el Tesla (T) para el campo magnético, dependiendo de la magnitud que represente.
- Longitud de onda (λ): Es el espacio que recorre la onda en cada uno de sus ciclos.
- Potencia (P): Este parámetro indica la cantidad de energía que transporta la señal por unidad de tiempo.
- Velocidad de propagación (v): Las ondas electromagnéticas se propagan a la velocidad de la luz en el vacío (aproximadamente 300,000 km/s o 3 × 108 m/s). En otros medios, su velocidad es menor.
Cálculo de la Longitud de Onda
La relación entre la longitud de onda, la velocidad de propagación y la frecuencia se expresa como:
λ = v / f
Polarización de una Onda Electromagnética
La polarización de una onda electromagnética se refiere a la dirección de oscilación del campo eléctrico a medida que la onda se propaga. Existen tres tipos principales de polarización:
- Lineal
- Circular
- Elíptica
Unidades de Medida: El Decibelio (dB)
El decibelio (dB) es una unidad relativa empleada para expresar la relación entre dos magnitudes de potencia o intensidad. Su principal ventaja es que las pérdidas y ganancias se vuelven aditivas cuando se expresan en esta escala logarítmica.
Cálculo de Ganancia en Decibelios
La ganancia de un dispositivo, expresada en decibelios (dB), se calcula de la siguiente manera:
Para potencias:
dB = 10 · log10(Psalida / Pentrada)
Si las unidades son voltajes (o amplitudes de campo), la fórmula es:
dB = 20 · log10(Vsalida / Ventrada)
Suma de Potencias Expresadas en Decibelios
Para sumar potencias que ya están expresadas en decibelios, es necesario convertirlas primero a su valor lineal, sumarlas, y luego convertir el resultado de nuevo a decibelios. La fórmula general para la suma de potencias (P1, P2, ...) expresadas en dB (x1, x2, ...) es:
dBtotales = 10 · log10(10x1/10 + 10x2/10 + ...)