presentación 1 - introduccion

Transmisión de Señales de RF 1

Área de Ingeniería

Transmisión de Señales de RadiofrecuenciaTransmisión de Señales de Radiofrecuencia- Introducción -- Introducción -



El Decibel :

• El Decibel es una unidad de medida muy usada en comunicaciones que relaciona dos magnitudes de forma logarítmica con base 10.

• Su ventaja es que poder relacionar medidas de magnitudes muy diferentes:

Razón de Potencia dB Razón de Potencia dB10 +10 1/10 -10100 +20 1/100 -201000 +30 1/1000 -3010000 +40 1/10000 -40



El Decibel :

• El decibel describe una relación o razón.

dB = 10 Log (razón)

• La principal aplicación es la indicación de potencias.

Relación Potencia (dB) = 10 Log (P2 / P1)

• Si el resultado es positivo se tiene una ganancia.• Si el resultado es negativo se tiene una pérdida.



Ejemplos:

dB = 10 Log (2/1) = 10 Log 2 = +3.01029 ≈ +3 dB

dB = 10 Log (1/10) = 10 Log 0.1 = -10 dB

El Decibel :

dB = ?1 w 2 w

dB = ?10 w 1 w



El Decibel :

• Al duplicar una potencia tenemos una ganancia de 3 dB.• Al dividir por dos una potencia tenemos una pérdida de 3 dB.• Al multiplicar por 10 una potencia tenemos una ganancia de 10 dB.• Al dividir entre 10 una potencia tenemos una pérdida de -10 dB.• Estas relaciones básicas nos permiten hacer operaciones a simple vista.

Ejemplos:

dB = ?10 w 5 w



dB = ?2 w 8 w

+27 dB1 w ? w

-20 dB = ?250 w ? w

dB = ?4 w 40 w

El Decibel :

Ejemplos:



El Decibel (Unidades Derivadas) :

• Para el caso de la potencia utilizamos la siguente fórmula:

dB = 10 Log (Razón de las Potencias)

• Pero si quisieramos relacionar voltajes o corrientes debemos derivar las relaciones en base a la potencia.• Para el caso del voltaje:

dB = 10 Log [(E22 / R) / (E12 / R)] = 20 Log (E2 / E1)

• Para calcular la relación de corrientes usamos:

dB = 10 Log [(I22 * R) / (I12 * R)] = 20 Log (I2 / I1)



El dBm :

• Hasta ahora toda la referencia de los dB ha sido en términos de relaciones o razones de ganancia o pérdida.• El dB no indica un número exacto por sí solo, necesitamos saber el valor de entrada o inicial.

• El dBm establece la relación siguiente:0 dBm = 1 mw

• Su fórmula es:

Potencia (dBm) = 10 Log (Potencia en mw / 1 mw)

+3 dB1 w 2 w



• El dBm se puede definir como un nivel de potencia relacionado a 1 mili watt.

• Es la medida más usada en mediciones de potencia en comunicaciones.

• Con el dBm podemos referir cualquier nivel de potencia que deseemos.

El dBm :



0.5 w

1 mw

dBm = ?250 mw

1 w

El dBm :

Ejemplos:

dBm = ?

dBm = ?

dBm = ?



El dBw :

• Otra medida para las mismas funciones que el dBm es el dBw.• A diferencia del dBm el dBw se compara no con 1 mw sino que con 1 w (Watt).• Su fórmula es la siguiente:

Potencia (dBw) = 10 Log (Potencia en w / 1 Watt )

• De esta fórmula se extrae la siguiente relación base:0 dBw = 1 w

• Ejemplos:100 Watt = ? dBw 3 Watt = ? dBw



Relaciones entre el dBm y el dBw :

• Partiendo de que 1 w = 1000 mw decimos que:

0 dBw = 1 w = 1000 mw = 10 Log (1000/1) = +30 dBm

0 dBm = 1 mw = 0.001 w = 10 Log (0.001/1) = -30 dBw



El dBmv :

• El dBmv hace referencia a un voltaje mayor o menor a 1 mv en una resistencia de 75 ohmios.

• Se utiliza mayormente para transmisión de video.

• Su fórmula es:

Nivel de Voltaje (dBmv) = 20 Log (Voltaje en mv / 1mv)

se debe de tener en cuenta que los voltajes se midan sobre la misma impedancia de 75 ohms.



El dBi :

• Esta unidad se utiliza para expresar la ganancia o pérdida en antenas.

• Se usa como referencia la ganancia de la antena isotrópica.

• La antena isotrópica es un modelo (no existe físicamente) en el cual la antena irradia uniformemente en todas las direcciones y tiene una ganancia o pérdida de 0.



El dBd :

• El dBd sirve de referencia para la ganancia o pérdida de antenas respecto a la antena dipolar (dipolo).

• La antena dipolar tiene una ganancia de 2.15 dB sobre una antena isotrópica.

• Es decir;0 dBd = +2.15 dBi



• Sumar decibeles equivale a multiplicar razones de potencia.

G1 = 10w / 1w =10G2 = 20w / 10w = 2Gt = G1 * G2 = 20G1 dB = 10 Log 10 = 10 dBG2 dB = 10 Log 2 = 3.01 dBGt dB = G1 + G2 = 13 dB

Aritmética de Niveles de Potencia :

G1 = ?1 w 10 w G2 = ? 20 w



1 w = 0 dBw

PdB1 = 0 + 10 = 10 dBwPdB2 = 10 + 3.01 = 13.01 dBw13 dBw = 10 Log wt

Log wt = 13.01 / 10wt = 101.301 = 19.99 w


+10 dB0 dBw ? dBw

+3 dB? dBw? wt



• Si se van a sumar dos o más cantidades iguales en decibeles (dBm, dBw, etc.) la resultante es igual a:

• Suma = Cifra en dB + 10 Log (Cant. Veces)• Suma = 30 dBm + 10 Log 2 = +33 dBm


+30 dBm

+30 dBm

Combiner +33 dBm




• Si se van a sumar dos o más cantidades diferentes en decibeles (dBm, dBw, etc.) se pueden utilizar dos métodos:

- Convirtiendo a w, mw, mv, etc. y luego operarlos.- Usando tabla.

• Ejemplo:Sumar 4 dBm y 7 dBm

4 dBm = 10 Log xLog x = 4 / 10x = 104/10 = 2.511886 mw




7 dBm = 10 Log yLog y = 7 / 10y = 107/10 = 5.01187 mw

Total = x + y = 7.5238 mw

Total dbm = 10 Log 7.5238 = 8.76435 dBm




• Usando la tabla:

7 dBm y 4 dBmSe resta el # menor del mayor.7 - 4 = 3

• Se suma el # mayor al valor indicado en la tabla.

• Según la tabla

• Sumar 1.8 a la cifra mayor ≈ +8.8 dBm



Ruido Térmico :

• Se produce por el movimiento aleatorio de los electrones.• Caracterizado por una distribución uniforme en el espectro de frecuencias.• Todo elemento está sujeto a este tipo de ruidodado que su temperatura supere los 0°K.• Es directamente proporcional al ancho de banda y a la temperatura.• En 1 Hz decimos que:

Pn = k*T (W/Hz)

donde k es la constante de Boltzman, 1.3803x10-23 j/k T = temperatura en °K



Ruido Térmico :

• Para un sistema con un ancho de banda específico:

Pn = kTB (W)donde

B es el ancho de banda en Hz.

Ejemplo: Un receptor con una temperatura de ruido efectiva de 100°k y ancho de banda de 10 MHz. ¿Cuál es el ruido térmico de salida?

Pn = -138.6 dBw.



Razón Señal a Ruido :

• La razón señal a ruido expresa en decibeles la cantidad en la cual el nivel de la señal sobrepasa el del ruido.• Cada servicio, equipo o sistema tiene un requerimiento mínimo de lo que sería aceptable para funcionar correctamente.

Ej,Voz 30 dBVideo 45 dBData 15 dB

• La fórmula en dB sería:

(S/N)db= Nivel de Señal (dB) - Nivel del Ruido (dB)



La Expresión Eb/N0 :

• Esta expresión indica el nivel de señal recibido por bit por Hertz de ruido termal.

Eb/N0 = C / kT (bit rate)

dondeC = Nivel de señal recibido (RSL)bit rate = bits / seg

• Es una medida más conveniente para sistemas de transmisión digitales en muchos casos.

Ej: Convertir fórmula a dB



Noise Figure :

• Está establecido que todos los componentes de una red, ya sean pasivos o activos contribuyen a la creación de ruido.• El Noise Figure es una medida que establece el ruido producido por un componente en la práctica comparado con uno ideal.• Se define como:

NF = (S/N) in / (S/N) out

• Si definimos a :G = Ganancia de la red = S out / S in

entoncesNF = N out / kTBG

ya que N0 = kTB.



Noise Figure :

Ejemplos:Considere un receptor con NF de 10 dB, S/N = 50 dB

de salida. ¿Cuál es el S/N de entrada?

(S/N) in = 60 dB

Calcule el ruido termal de este receptor a temperatura ambiente (17°C o 290°K)

Pn = KTBGNF (w)



Relación entre el Noise Figure y la Temp. de Ruido :

• La temperatura de ruido es el ruido térmico que un componente suma a un sistema.• Si el componente está conectado a una fuente libre de ruido, su temperatura de ruido es:

Te = Pne / GkBdonde

G = GananciaB = ancho de banda especificadoPne = ruidó térmico del componenteTe = Temperatura equivalente



Relación entre el Noise Figure y la Temp. de Ruido :

• La temperatura de ruido y su Noise Figure se relacionan de la siguiente manera:

NF = 1 + (Te / To)donde

To = temperatura ambiente

• Despejando

Te = To (NF-1)

Ej.: Un receptor tiene una temperatura equivalente de 290°k.Halle el NF. Resp. NF = 3 dB



Antenas :

• Es la parte de los sistemas de transmisión o recepción que es capaz de irradiar o recibir ondas electromagnéticas.• Su funcionamiento se basa en el hallazgo de James C. Maxwell de que una carga eléctrica en movimiento genera radiaciones electromagnéticas las cuales se propagan por el espacio a la velocidad de la luz.• Una onda electromagnética tiene dos componentes ortogonales; un campo eléctrico y otro magnético.• Estos campos se pueden considerar senoidales perpendiculares, ambos normales a la dirección de propagación.• El campo eléctrico interactúa con el magnético, un campo variante de cada uno produce un campo variante del otro.



Antenas :

• Las magnitudes de los vectores de estos dos campos son iguales y tienen la misma fase.• El período de esta onda es el tiempo que le toma en volver a repetirse. T = 1 / f

donde f es el número de ciclos en un segundo (hertz).

• La longitud de onda es la distancia entre dos períodos de la misma fase.• Esta depende del medio sobre el cual viaje la onda.



Antenas :

• Su fórmula es:

λ = v / fdonde

v es la velocidad de propagación en m/s.

• La velocidad de propagación puede ser expresada:

v = 1 / √ (ε . μ )donde

ε es la permitividad, μ es la permeabilidad.



Antenas :

ε = k * εo ,donde

εo es la permitividad del espacio libre = 8.854x10-12 F/m

k es la permitividad relativa, en el aire = 1

μ = km * μo ,donde

μo es la permeabilidad del espacio libre = 1.257x10-6 H/m

km es la permeabilidad relativa y depende del material, Aluminio = 1.00000065



Antenas :

• Todos los medios dieléctricos están especificados en términos de permeabilidad y permitividad.• Estos términos están relacionados con las inductividad y la capacitividad, respectivamente.• En el vacío

v = 1 / √ (ε . μ ) = 3x108 m/s = c = velocidad luz

• En el aire las características son muy similares a la del vacío.• La Polarización indica el plano en que se dirige el vector del campo eléctrico.



Antenas :

• Densidad de potencia, una onda electromagnética transporta energía, la cual puede ser representada como una densidad de potencia Pd en watts / m2 .

• Las antenas son elementos pasivos y por definición no amplifican la señal.

• Lo que hacen las antenas es que dirigen las ondas y la hacen más fuerte en una dirección.



Antena Isotrópica :

• La antena isotrópica irradia las ondas electromagnéticas uniformamente en todas las direcciones, como una esfera.

• Tiene ganacia de 0 dB, o un factor de multiplicación 1.

• Sobre esta antena es que se calculan las ganancias de las antenas y se miden an base a los dBi.

dBi = 10 log P/Pi donde

P es la densidad de potencia de la antenaPi es la densidad de potencia de la antena isotrópica



Potencia Efectiva Irradiada Isotrópicamente (EIRP):

• EIRP es una herramienta que describe el desempeño de un sistema de transmisión.

• En un sistema de transmisión existen 3 componentes principales:

- El transmisor.- La Antena.- La línea de transmisión o guía de ondas.

• El EIRP (dBw) = Pt + Gant - LL

dondePt es la potencia de transmisión en dBwGant es la ganancia de la antena en dBiLL es la pérdida de la línea de transmisión en dB



Potencia Efectiva Irradiada Isotrópicamente (EIRP):

• También se puede escribir esta fórmula en dBm:

• La EIRP (dBm) = Pt + Gant - LL

donde

Pt es la potencia de transmisión en dBmGant es la ganancia de la antena en dBiLL es la pérdida de la línea de transmisión en dB



Relación Longitud de Onda - Frecuencia:

• Dada la frecuencia de una onda podemos calcular su longitud de onda y viceversa en el vacío:

f . λ = 3 x 108 m/sdonde

f es la frecuencia en hertz λ es la longitud de onda en metros



Práctica #1:Libro Roger Freeman, Capítulo #1.Ejercicios: 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 10, 21, 27, 29, 33, 34, 36

Leer Capítulos #2 y #3 W. G. Rees: Physical Principles of Remote Sensing

presentación 1 - introduccion

Documents