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• Angelo Karlo Huaji Peres

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Universidad Autónoma Gabriel René Moreno Facultad De Ingeniería En Ciencias de la Computación y Telecomunicaciones

CUESTIONARIO TEMA 1 CARRERA

:

ING. EN REDES Y TELECOMUNICACIONES

MATERIA

:

SISTEMAS DE COMUNICACIÓN 1

ALUMNOS

:

DOCENTE

:

ALEXANDER PACO YUCRA FRANZ PANIAGUA SOLANO EVELYN L. RIVERA CHOQUE JOSE MIGUEL ORURO ARCIBIA ING. M.Sc. SAUL SEVERICHE TOLEDO

Santa Cruz - Bolivia

CUESTIONARIO TEMA # 1 “ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS DE RADIO FRECUENCIA” 1 ¿Qué características tiene el estudiante que triunfa? Son: 1. Tiene un propósito en la vida 2. Trabaja arduamente 3. No se desanima 4. Es ordenado 5. Estudia para aprender 6. No falta a clases 7. Participa activamente 2 Indicar 3 cualidades personales de M. Faraday.  Pasión: por aprender, porque asistía a clases nocturnas pagadas por su hermano y sus conocimientos los puso en práctica llegando a construir una rudimentaria maquina electrostática.  Iniciativa: porque nos demostró que el genio puede surgir aun en las condiciones más adversas. No solo se conformaba con su trabajo, sino que leía los libros que llegaban a sus manos, interesándose así por la investigación.  Entusiasmo: gracias al entusiasmo que poseía y su trabajo arduo, sus investigaciones fueron conocidas en todo el mundo científico siendo estas de mucha importancia. 3

¿Qué

elementos

están

involucrados

en

un

sistema

de

telecomunicaciones?

TRANSMISOR

MEDIO

RECEPTOR

4 Definir qué es una onda de radio frecuencia. Una onda de radiofrecuencia es una Onda Electromagnética generada por un circuito electrónico que transporta una información con una frecuencia, en un medio, a una velocidad y con una potencia

5 ¿Cómo se generan, según Maxwell, las ondas de campo eléctrico y campo magnético a partir de la antena? Hacer el gráfico ilustrativo. Las ondas de RF según Maxwell, son el producto de ondas de campo eléctricas que generan ondas de campo magnéticas y estas a su vez generan ondas de campo eléctrico y que también generan ondas de campo magnético y así sucesivamente y se propagan en un medio determinado. Grafico:

6 ¿A qué velocidad se propagan las ondas de radiofrecuencia en el espacio libre? Las ondas de RF se propagan en el espacio libre a la velocidad de la luz. Co = 3x108 [m/s]

7 ¿Qué impedancia presenta el espacio libre al paso de la onda de RF? El Espacio libre ofrece una impedancia o resistencia al paso de la onda, dicha Impedancia es igual a:

8 Definir qué es longitud de onda Se entiende como longitud de onda al espacio que recorre un frente de onda en el tiempo de su propio periodo, también se puede decir que es el espacio entre dos crestas de la onda y la podemos calcular por:

9 Determinar la longitud de onda para los canales 2, 11 y 13. Datos: Canal 2 11 13

Fórmula para la longitud de onda

Frecuencia [MHz] 60 200 210

Velocidad de la luz: 𝐶𝑜=3𝑥108m/s Solución: Para canal 2:

λ=

3𝑥108𝑚/𝑠 60𝑥106𝐻𝑧

λ = 5𝑚

Para canal 11: 3𝑥108 𝑚/𝑠

λ = 200𝑥106𝐻𝑧

λ = 1,5𝑚

Para canal 13:

λ=

3𝑥108 𝑚/𝑠 210𝑥106𝐻𝑧

λ = 1,428𝑚

10 ¿Qué es una onda TEM? Las ondas de RF son denominadas ondas TEM que son ondas de campo eléctrico y campo magnético que se propagan en forma transversal a la dirección de propagación. T: transversal E: campo eléctrico M: campo magnético

11

¿En

qué

situación

una

onda

de

RF

esta

polarizada

verticalmente? Decimos que una onda de RF esta polarizada verticalmente cuando el campo eléctrico se propaga en el plano vertical 12 ¿En qué situación una onda de RF esta polarizada horizontalmente? Una onda de RF esta polarizada horizontalmente cuando el campo eléctrico se propaga en el plano horizontal. 13 ¿En qué situación se utiliza la polarización circular? Se utiliza para la antena transmisora cuando la antena receptora está en posición horizontal o vertical. Una antena transmisora que transmite ondas circulares puede llegar su señal a antenas que están en una posición horizontales o verticales.

14 Según la CCITT las ondas de RF se las ha clasificado por bandas. Hacer un cuadro donde se presenten las bandas con sus respectivos rangos de frecuencia y principales aplicaciones. Bandas

Rango de frecuencias

Baja frecuencia

LF

30-300 KHz

Media frecuencia

MF

300-3000 KHz

Alta frecuencia

Muy alta frecuencia

HF

VHF

Aplicación 

Comunicaciones submarinas



Estaciones de radio AM

 

Radio emisoras de onda corta. Radio aficionados.



TV canales del 2 al 13.



Emisoras de radio FM de 88 a 108 MHz. Radio comunicación rural.

3-30 MHz

30-300 MHz  

Ultra alta frecuencia

Súper alta frecuencia

UHF

SHF

300-3000 MHz

3-30 GHz



TV canales del 14 en adelante. Radar



Navegación aérea

 

Teléfonos celulares Teléfono fijo de cotas



Comunicación por fibra óptica.

 

Comunicaciones satelitales. Internet.



Transmisión de datos.



Comunicación a distancia enlaces.



15 Dibujar en un gráfico qué dirección de propagación tienen las ondas de RF según su banda de frecuencia

16 ¿Qué es la ionosfera? Es la capa de la atmósfera terrestre que se extiende entre los 80 y los 500 km de altitud aproximadamente; en ella tienen lugar abundantes procesos de ionización en los cuales se originan grandes concentraciones de electrones libres y nos sirve como un espejo en el envío de señales de RF. 17 Indicar 2 desventajas de las ondas superficiales  Las ondas superficiales son generadas por equipos de gran potencia (≥7KW), pues este tipo de ondas se atenúa demasiado debido al tipo de terreno. Se propaga con mayor facilidad en terrenos secos sobre la superficie del mar. En terrenos arcillosos y con piedras les cuesta más propagarse.  Las ondas superficiales requieren de antenas transmisoras mayores a 50m, lo cual resulta difíciles de instalar y mantener.

18 Según las bandas de frecuencia, ¿en qué posición se deberán instalar las antenas transmisoras y receptoras de un sistema inalámbrico? BANDA DE FRECUENCIA VLF/LF/MF HF VHF UHF SHF

TIPO DE POLARIZACION Vertical Horizontal Vertical y horizontal siempre que las dos antenas Tx y Rx estén en la misma posición.

TIPO DE ONDAS Superficial Celestes Directas

19 ¿Por qué las ondas de RF se los ha clasificado en ondas largas, ondas medias, ondas cortas y ondas milimétricas o microondas? Las ondas RF están clasificadas así por su longitud de onda : clasificación Ondas largas Ondas medias Ondas cortas Ondas milimétricas o microondas

F:frecuencia [Hz] 150 a 285 KHz 535 a 1600 KHz 2 a 30 MHz 3 a 300 GHz

F (ejemplo) 200 1000 10

𝜆= longitud de onda [𝑚] 1500m 300m 30m

10

0,03m

20 ¿Qué características poseen las microondas? 1. 2. 3. 4. 5. 6.

Longitud de onda menor a 10 cm Atraviesan los materiales, no los bordea Son ondas directas Se debilitan al atravesar gases, lluvia y nieve. Atraviesan por medio de los iones y llegan al satélite Las microondas se generan en equipos compactos, pequeños y de baja potencia 7. Las microondas en tierra alcanzan hasta 30 km sin repetidoras

21 ¿Por qué las ondas en SHF llegan al satélite? Porque la longitud de onda en esta banda es muy pequeña 𝜆=0.03𝑚 ya que la ionosfera permite el paso de estas sin reflejarlos a la tierra como paso con HF. La 𝜆 longitud de onda atraviesa la ionosfera. 22 Hacer el ejercicio de la página 9 del texto (trabajo 1) TRABAJO 1 Ejemplo: la radioemisora “trans mundial” emite sus ondas desde un equipo que tiene las siguientes características: L1=3,4 mH C1=47,0 uF Determinar:

a. A qué frecuencia se está transmitiendo en [Mhz]

b. Cuál es el periodo de oscilación en [μs]

c. Indicar la dirección de transmisión La comunicación de la radioemisora “trans mundial” es en una sola dirección. d. Indicar los elementos del sistema de comunicación

TRANSMISOR

MEDIO

RECEPTOR

e. ¿Qué medio se está utilizando? La radioemisora “trans mundial” utiliza el espacio libre. f. ¿Quién invento la primera antena? Fue Heinrich Rudolf Hertz. g. ¿Qué es una onda de radiofrecuencia? Es una onda electromagnética generada por un circuito electrónico que transporta una información con una frecuencia, en un medio, a una velocidad y con una potencia. h. ¿Qué tipo de información se transmite? Se transmite información analógica

23 Hacer el ejercicio de la página 13 del texto (trabajo 3) TRABAJO 3 La radio “EDUCATIVA” transmite en 100,3 MHz. El campo eléctrico “E” en un punto determinado es de 1,53 mV/m y la antena está instalada en el plano horizontal. Determinar:

a. La longitud de onda [m]

b. A qué velocidad se propaga la onda en un día de sol [m/s] Las ondas de RF se propagan a la velocidad de la luz en el espacio libre Co = 3x108 [m/s]

c. Calcular el campo magnético “H” en [uA/m]

d. Calcular la densidad de potencia “DP” en [uW/m2]

e. Qué tipo de polarización tiene la onda y porque Tiene polarización horizontal porque su antena está instalada en el plano horizontal.

f. ¿Qué es una onda TEM? Las ondas de RF son denominadas ondas TEM que son ondas de campo eléctrico y campo magnético que se propagan en forma transversal a la dirección de propagación.

T: transversal E: campo eléctrico M: campo magnético

24 Hacer el ejercicio de la página 15 del texto (trabajo 4) TRABAJO 4: RADIACIÓN DE LA TELEFONÍA MÓVIL Comprobar si las ondas electromagnéticas que emite el canal TOBOROCHI transmitiendo a una frecuencia de 72 MHz, son dañinas para una persona que está a 60 m de la torre transmisora. Siendo que la altura de la antena es 100 m y la potencia de transmisión es de 2000W, la ganancia de la antena es de 7 y suponemos que el cuerpo de la persona tiene un 1m2 de superficie, sabemos que la densidad de potencia que tiene efectos en la salud es de 1,1 mW /cm2 en adelante son dañinos para la salud de las personas. Determinar:

1. Distancia de la antena hacia la persona: “d=”

2. Longitud de onda “𝛌 =”

3. Potencia de recepción “PRX =”

4. Densidad de potencia “DP=”

5. ¿Son dañinas las ondas del canal TOBOROCHI? Las ondas del canal TOBOROCHI no son dañinas para la salud porque su densidad de potencia: 0,011317[mW/cm2] es menor a 1,1 [mW/cm2], referencia de los efectos de la salud que puede causar las ondas RF.

25

Investigar

en

Internet y

explicar

en

un

resumen

las

consecuencias a la salud humana al estar expuesto a las ondas de RF. Los efectos que puede tener para el ser humano cuando el cuerpo o parte de él está expuesto a suficiente calor de la RF son los siguientes.  Calentamiento de las células y los tejidos: aumentando la temperatura del cuerpo interfiriendo con la termorregulación que regula la temperatura del cuerpo. Los campos de RF por debajo de 10 GHz a 1 MHz penetran los tejidos expuestos, esto depende de la frecuencia del campo y es mayor a frecuencias pequeñas.  Disminución de la habilidad mental: algunas investigaciones sugieren que la radiación de RF en el rango del teléfono celular puede tener efectos sutiles en lo patrones de ondas del cerebro como se ven

en los electroencefalogramas (EEG) en el sueño, disminución de la habilidad para realizar tareas mentales.  Cáncer: la exposición a la radiación ionizante (alta frecuencia), tal como los rayos X aumenta este riesgo y el uso de teléfonos celulares.  Esterilidad: debido a exposiciones agudas a niveles relativamente altos de campos de RF. Investigaciones demostraron que la radiación que emiten los teléfonos móviles pueden causarlo al ser llevados en los bolsillos.  Cataratas en los ojos: la exposición de campos de RF por encima de 10 GHz a densidades de energía por sobre 1000 W/M2 produce efectos adversos en la salud como cataratas en los ojos y quemaduras en la piel.  Reducción a la respuesta de sobresalto: debido a la exposición a “campos pulsantes de RF” muy intensos similares a aquellos utilizados por los sistemas de radar.  Efecto auditivo de microondas: Personas que oyen normal percibieron pulsaciones de RF con frecuencias entre 200 MHz y 6,5 GHz (sonido descrito como un zumbido, silbido o pequeño estallido) lo cual puede ser estresante y debe ser evitada cuando sea posible.

26 Hacer el ejercicio de la página 20 del texto (trabajo 5) a. ¿Por qué las ondas SHF atraviesan la ionosfera cuando transmitimos al satélite? Porque la longitud de onda en esta banda es muy pequeña 𝜆=0.03𝑚 ya que la ionosfera permite el paso de estas sin reflejarlos a la tierra como paso con HF. La 𝜆 longitud de onda atraviesa la ionosfera. b. La radio “CENTENARIO” trabaja en 970 KHz. ¿en qué posición debe ser instalada su antena y por qué? En posición vertical porque su frecuencia corresponde a la banda MF para que se propague el campo eléctrico en el plano vertical. c. La frecuencia de una radio aficionada es de 14 MHz ¿en qué posición debe ser instalada su antena y por qué? En posición horizontal porque su frecuencia corresponde a la banda HF para que las ondas reboten en la ionosfera y sean reflejadas hacia la tierra de nuevo. d. TELECEL trabaja en 920 MHz ¿en qué posición debe ser instalada la antena transmisora? En posición horizontal y vertical porque está comprendido en el rango de 300-3000 MHz (UHF) e. COTAS se comunica con PORONGO en 475 MHz. ¿en qué posición deberán ser instaladas sus antenas transmisoras y receptoras? Puede ser en posición vertical y horizontal siempre que las dos antenas Tx y Rx estén en la misma posición. Comprendido entre 300-3000 MHz (UHF).

27

Concluir

con

el

ejercicio

de

la

página

21

del

texto.

28 La radio Santa Cruz transmite en 1200 KHz, por el Chaco boliviano (suelo seco) en un punto del terreno la densidad de potencia es 73 mW/m2. Calcular: a. La longitud de onda de la señal

b. El campo eléctrico

c. El campo magnético

d. La potencia considerando que la señal atraviesa perpendicularmente una superficie de 1,2 m2.

e. Nivel de potencia

29 Hacer el ejercicio 10 de la página 23 del texto EJERCICO 10: La Radio AMERICA transmite a 100 MHz. Cerca de su antena la densidad de potencia es de 40 nW/m2. Determinar: a. La longitud de onda, en metros.

b. El campo eléctrico, en mili volt/metro.

c. El campo magnético, en microAmper/metro.

30 Hacer el ejercicio 1 de la página 24 del texto EJERCICIO1: La radio AUTONOMA UNIVERSITARIA tiene en su oscilador de RF un capacitor de 15 pF y un inductor de 0,023 mH. Cerca de la antena se tiene un campo eléctrico de 17 mV/m. Determinar:

a. La frecuencia, en MHz.

b. El periodo, en microsegundos.

c. El campo magnético, en microA/m.

d. La densidad de potencia, en nW/m2.

e. La longitud de onda, en metro.

f. La velocidad de la onda de RF, en un día de sol. Las ondas de RF se propagan en el espacio libre a la velocidad de la luz. Co = 3x108 [m/s]

g. ¿Qué es una onda TEM? Las ondas de RF son denominadas ondas TEM que son ondas de campo eléctrico y campo magnético que se propagan en forma transversal a la dirección de propagación.

T: transversal E: campo eléctrico M: campo magnético

31 Hacer el ejercicio 2 de la página 24 del texto EJERCICIO 2: Una onda de RF que se propaga por el espacio libre posee una longitud de onda de 1,5 m y un campo magnético de 42 microA/m. Calcular:

a. La frecuencia en MHz.

b. El periodo, en nSegundos.

c. El campo eléctrico en mV/m.

d. La densidad de potencia en nW/metro cuadrado.

e. ¿Qué es longitud de onda? Se entiende como longitud de onda al espacio que recorre un frente de onda en el tiempo de su propio periodo, también se puede decir que es el espacio entre dos crestas de la onda y la podemos calcular por:

f. Dibujar el campo eléctrico y campo magnético saliendo de la antena, y explicar cómo se forma la onda de RF. Las ondas de RF según Maxwell, son el producto de ondas de campo eléctricas que generan ondas de campo magnéticas y estas a su vez generan ondas de campo eléctrico y que también generan ondas de campo magnético y así sucesivamente y se propagan en un medio determinado. Grafico:

2ª. PARTE: CONSTRUCCIÓN Y FUNCIONAMIENTO DEL CIRCUITO.

31 Objetivo del trabajo práctico  Comprobar el funcionamiento del transmisor de ondas RF  Interferir los canales del 2 al 13 mediante el cambio de valores del potenciómetro variable para así llegar a la frecuencia del canal que se quiere interferir.  Entender la manera en que se propagan las ondas de radio frecuencia, el alcance del transmisor debido a su potencia, la polarización de las ondas de Rf según la posición de la antena y sus características (reflexión, refracción, dispersión). 32 Mostrar mediante fotos la construcción del circuito, donde aparezcan todos los miembros del grupo.

33 Dibujar el diagrama a bloques del transmisor de ondas de RF y explicar la función de cada bloque.

El circuito está alimentado por una Batería de 9V. El capacito C1 bloquea los picos de tensión de la batería. En la primera etapa se genera el audio con los transistores Q1 y Q2. En la salida el capacitor C3 elimina las tensiones contrarias de las ondas de audio, limpia el ruido. El módulo de Amplificador amplifica y modula la señal y esta es mesclada con la señal portadora del oscilador de RF. Luego es propagada en el espacio libre a una determinada frecuencia que es variada con el capacito variable del módulo oscilador. 34 ¿Qué función tiene el capacitor C1? Y ¿qué función tiene el C3? La función del capacitor C1 es cortar la tensión de pico de la batería de 9v, y la función del capacitor C3 es eliminar la tensión continua de la onda del oscilador de audio para evitar ruido.

35

Dibujar

el

circuito

electrónico

completo

y

explicar

su

funcionamiento.

Funcionamiento del circuito: El circuito está formado por 3 bloques, en el primer bloque tenemos el oscilador de audio que está formado por 4 resistencias (R1, R2, R3, R4), 2 transistores (Q1, Q2) y un capacitor (C2). La función de los transistores es generar una señal de baja frecuencia audible después esta señal pasa por el capacitor de 22nF (C3) que elimina las tensiones continuas de las mismas.

En el segundo bloque se encuentra el amplificador que está compuesta por 3 resistencias (R5, R6, R7), 2 capacitores (C4, C5) y 1 transistor. El amplificador modulara y amplificara la señal antes de enviarla al oscilador

En el tercer bloque tenemos el oscilador de radio frecuencia que está compuesta por una bobina (inductor, capacitor variable, las cuales generan las ondas de radio frecuencia que son transmitidas por la antena.

36 ¿Dónde y en que condición se generan las corrientes oscilantes, en el circuito electrónico construido? Las corrientes oscilantes se generan en el oscilador de Rf Dentro del circuito existen corrientes oscilantes, que cargan y descargan al capacitor “C” de manera oscilante, generando de esta manera campos eléctricos y a su vez campos magnéticos. Para que exista corriente oscilante debe darse la siguiente condición:

XC = XL XC=reactancia capacitiva XL= reactancia inductiva

𝟏 = 𝟐𝝅𝐟𝑳𝟏 𝟐𝛑𝐟𝑪𝟏

37 ¿Qué tipo de información se está transmitiendo por el sistema construido? Se está transmitiendo información analógica, ya que son ondas de radio frecuencia las que están siendo transmitidas a determinadas frecuencias interfiriendo así a las señales captadas por la TV. 38 Medir la tensión alterna en R7, cuando se está captando el canal 11. Mostrar el valor medido mediante una foto.

39 Calcular la potencia de transmisión, en mW y dBm, cuando se está captando el canal 11. Calculo de la Potencia:

Calculo de DBm:

40 ¿A qué distancia en metros, entre el circuito y el aparato de televisión, se ha podido captar la señal? La distancia que se ha podido captar la señal en la TV es de 7,5 a 8 metros.

41 ¿Qué tipo de polarización de onda, se está utilizando en el sistema construido? ¿Por qué? En el sistema construido nosotros usamos polarización vertical, porque nuestra antena receptora estaba en la misma posición. 42 ¿En qué banda de frecuencia se está transmitiendo? La banda de frecuencia a la que se está transmitiendo es VHF (30 a 300 MHz). 43 ¿Qué tipo de onda se propaga hasta llegar al aparato de televisión, de acuerdo con la dirección de propagación? El tipo de onda que se está transmitiendo para llegar al aparato de televisión es de onda directa o espacial. 44

Conclusiones.

En

este

punto

colocar

las

pruebas

(documentadas en video) de funcionamiento para cada canal recibido.