Como funcionan las antenas de telecomunicaciones
Las antenas son ampliamente utilizadas en el campo de las telecomunicaciones, y ya hemos visto muchas aplicaciones para ellas. En este artículo vamos a examinar la ciencia detrás de las antenas.
Señal electromagnética
Una antena recibe una onda electromagnética y la convierte en una señal eléctrica, o recibe una señal eléctrica y la irradia como una onda electromagnética. Pero, ¿Cómo convertimos una señal eléctrica en una onda electromagnética? Podrías pensar en usar un conductor cerrado y el principio de la inducción electromagnética para producir un campo magnético fluctuante y un campo eléctrico a su alrededor.
Sin embargo, este campo fluctuante alrededor de la fuente no es útil para transmitir señales. El campo electromagnético aquí no se propaga, simplemente fluctúa alrededor de la fuente.
En una antena, es necesario separar las ondas electromagnéticas de la fuente y hacer que se propaguen. Antes de ver cómo se hace una antena, vamos a entender la física detrás de la separación de las ondas. Imagina dos cargas: una positiva y una negativa, colocadas a cierta distancia entre sí. Esta disposición se conoce como un dipolo y, obviamente, produce un campo eléctrico. Ahora supongamos que estas cargas oscilan.
En el punto central de su trayectoria, la velocidad será máxima, y en los extremos de su trayectoria, la velocidad será cero. Las partículas cargadas experimentan una aceleración y desaceleración continua debido a esta variación de velocidad. El desafío ahora es determinar cómo varía el campo eléctrico debido a este movimiento. Si nos concentramos en una sola línea de campo eléctrico, podemos ver que el frente de onda formado en el tiempo cero se expande y se deforma a medida que pasa el tiempo.
Después de 1/8 de un período de tiempo, la ubicación del campo eléctrico es sorprendente. Podríamos haber esperado un campo eléctrico simple en esta ubicación. ¿Por qué el campo eléctrico se ha estirado y formado un campo como este? Esto se debe a que las cargas que aceleran o desaceleran producen un campo eléctrico con algunos efectos de memoria.
El campo eléctrico antiguo no se ajusta fácilmente a la nueva condición; necesitamos tiempo para comprender este efecto de memoria del campo eléctrico o la generación de una curva debido a las cargas que aceleran o desaceleran. Discutiremos este interesante tema con más detalle en otro video.
Si continuamos nuestro análisis de la misma manera, podemos ver que a un cuarto de período de tiempo, los frentes de onda se encuentran en un solo punto. Después de esto, la separación y propagación de los frentes de onda ocurre. Por favor, ten en cuenta que este campo eléctrico variable generará automáticamente un campo magnético variable perpendicular a él.
Si dibujas la variación de la intensidad del campo eléctrico con la distancia, puedes ver que la propagación de la onda es de naturaleza sinusoidal. Es interesante notar que la longitud de onda de la propagación producida es exactamente el doble que la longitud del dipolo. Volveremos a este punto más adelante. Esto es exactamente lo que necesitamos en una antena. En resumen, podemos hacer una antena si podemos hacer un arreglo para oscilar las cargas positivas y negativas.
En la práctica, la producción de una carga oscilante es muy fácil. Toma una varilla conductora con una curva en su centro y aplica una señal de voltaje en el centro. Supongamos que esta es la señal que has aplicado. Al variar el voltaje con el tiempo, los electrones serán desplazados desde la derecha del dipolo y se acumularán en la parte izquierda. Esto significa que el otro extremo, que ha perdido electrones, se carga automáticamente positivamente.
Esta disposición ha creado el mismo efecto que el caso anterior de carga de dipolo, es decir, cargas positivas y negativas en el extremo de un cable. Con la variación del voltaje en el tiempo, las cargas positivas y negativas oscilarán de un lado a otro. La antena de dipolo simple también produce el mismo fenómeno que vimos en la sección anterior, y ocurre la propagación de la onda. Ahora hemos visto cómo funciona la antena como transmisor.
La frecuencia de la señal transmitida será la misma que la frecuencia de la señal de voltaje aplicada. Dado que la propagación viaja a la velocidad de la luz, podemos calcular fácilmente la longitud de onda de la propagación. Para una transmisión perfecta, la longitud de la antena debe ser la mitad de la longitud de onda. La operación de la antena es reversible y puede funcionar como receptor si un campo electromagnético propagante la golpea. Vamos a ver este fenómeno en detalle.
Toma la misma antena nuevamente y aplica un campo eléctrico. En este instante, los electrones se acumularán en un extremo de la varilla. Esto es lo mismo que un dipolo eléctrico. A medida que el campo eléctrico aplicado varía, las cargas positivas y negativas se acumulan en los otros extremos.
Antenas eléctricas
La acumulación variable de carga significa que se produce una señal de voltaje eléctrico variable en el centro de la antena. Esta señal de voltaje es la salida cuando la antena funciona como receptor. La frecuencia de la señal de voltaje de salida es la misma que la frecuencia de la onda electromagnética recibida. Es evidente por la configuración del campo eléctrico que, para una recepción perfecta, el tamaño de la antena debe ser la mitad de la longitud de onda.
En todas estas discusiones, hemos visto que la antena es un circuito abierto. Ahora vamos a ver algunas antenas prácticas y cómo funcionan. Antes, las antenas de dipolo se usaban para recibir señales de televisión. La barra de color actúa como un dipolo y recibe la señal. En este tipo de antena también se necesitan un reflector y un director para enfocar la señal en el dipolo. Esta estructura completa se conoce como antena Yagi-Uda.
Señales eléctricas telecomunicaciones
La antena de dipolo convierte la señal recibida en señales eléctricas y estas señales eléctricas se transmiten a la unidad de televisión a través de un cable coaxial. Hoy en día, hemos pasado a las antenas de televisión por satélite. Estas constan de dos componentes principales: un reflector en forma de parábola y un convertidor descendente de bajo ruido.
La antena parabólica recibe señales electromagnéticas del satélite y las enfoca en el LNBF. La forma de la parábola está diseñada de manera muy específica y precisa. El LNBF está compuesto por un cuerno de alimentación, una guía de ondas, un circuito impreso y una sonda.
En esta animación, puedes ver cómo las señales entrantes se enfocan en la sonda a través del cuerno de alimentación y la guía de ondas. En la sonda se induce voltaje, como vimos en el caso del dipolo simple. La señal de voltaje generada se alimenta a un circuito impreso para su procesamiento de señal, como filtrado, conversión de alta a baja frecuencia y amplificación.
Después del procesamiento de la señal, estas señales eléctricas se transmiten a la unidad de televisión a través de un cable coaxial. Si abres un LNBF, es probable que encuentres dos sondas en lugar de una, siendo la segunda sonda perpendicular a la primera. La disposición de las dos sondas significa que el espectro disponible se puede utilizar dos veces, enviando las ondas con polarización horizontal o vertical.
Una sonda detecta la señal con polarización horizontal, y la otra con polarización vertical. El teléfono móvil en tu mano utiliza un tipo de antena completamente diferente llamada antena de parche. Una antena de parche consta de un parche o tira metálica colocada sobre un plano de tierra con un material dieléctrico en medio.
Aquí, el parche metálico actúa como un elemento radiante. La longitud del parche metálico debe ser la mitad de la longitud de onda para una transmisión y recepción adecuadas. Ten en cuenta que la descripción de la antena de parche que hemos explicado aquí es muy básica.
Esperamos que hayas encontrado útil este artículo sobre el funcionamiento de las antenas. ¡Gracias por leer!
Como funcionan las ondas
Las ondas son perturbaciones que se propagan a través de un medio, ya sea sólido, líquido o gaseoso, o incluso en el vacío. Estas perturbaciones se generan por la vibración o movimiento de partículas en el medio y se transmiten de una partícula a otra. Las ondas pueden ser de diferentes tipos, como las ondas sonoras, las ondas electromagnéticas y las ondas mecánicas.
La propagación de las ondas ocurre gracias a la transferencia de energía de una partícula a otra. En el caso de las ondas electromagnéticas, como la luz y las señales de radio, la propagación se produce a través de campos eléctricos y magnéticos que se generan y se propagan en el espacio. Estos campos se comportan como ondas y pueden viajar a través del vacío sin necesidad de un medio material.
La velocidad de propagación de las ondas depende de las propiedades del medio en el que se propagan. En general, las ondas se propagan más rápido en medios más rígidos, como los sólidos, y más lento en medios más densos, como los líquidos y los gases. La velocidad de propagación también puede depender de otras variables, como la temperatura y la presión del medio.
Las ondas se caracterizan por su longitud de onda y su frecuencia. La longitud de onda es la distancia entre dos puntos correspondientes en la onda, mientras que la frecuencia es el número de oscilaciones completas que realiza la onda en un segundo. Estas dos características están relacionadas entre sí, ya que a mayor longitud de onda, menor frecuencia, y viceversa.
Que es una señal electromagnetica
Una señal electromagnética es una onda de energía que se propaga a través del espacio mediante campos eléctricos y magnéticos. Estas señales son generadas por la aceleración de cargas eléctricas, como por ejemplo, la corriente eléctrica que fluye a través de un cable.
Las señales electromagnéticas se caracterizan por tener una frecuencia y una longitud de onda específicas. La frecuencia se refiere a la cantidad de veces que una onda se repite en un segundo, medida en hercios (Hz). La longitud de onda, por otro lado, es la distancia que recorre una onda completa y está relacionada inversamente con la frecuencia.
Estas señales son esenciales en el mundo de las telecomunicaciones, ya que son utilizadas para transmitir información a través del espacio. Por ejemplo, cuando hablamos por teléfono móvil, nuestra voz se convierte en una señal electromagnética que es enviada a través de ondas de radio hasta llegar al receptor en el otro extremo de la llamada.
Para que una señal electromagnética pueda ser transmitida y recibida de manera eficiente, es necesario utilizar antenas. Las antenas son dispositivos que se encargan de convertir las señales eléctricas en ondas electromagnéticas y viceversa. Esto se logra mediante la manipulación de los campos eléctricos y magnéticos generados por la corriente eléctrica.
En resumen, las señales electromagnéticas son ondas de energía generadas por la aceleración de cargas eléctricas. Estas señales son utilizadas en las telecomunicaciones para transmitir información a través del espacio. Las antenas son los dispositivos encargados de convertir estas señales en ondas electromagnéticas y viceversa, permitiendo la comunicación inalámbrica que utilizamos en nuestro día a día.
Que es una señal en telecomunicaciones
Una señal en telecomunicaciones es una forma de transmitir información a través de un medio de comunicación, como el aire o un cable. En este contexto, una señal se refiere a cualquier tipo de onda, ya sea eléctrica, electromagnética o acústica, que transporta datos o mensajes.
En las telecomunicaciones, las señales se utilizan para transmitir información de un punto a otro. Pueden ser analógicas o digitales, dependiendo de la forma en que se codifiquen y transmitan los datos. Las señales analógicas son continuas y pueden tener cualquier valor dentro de un rango, mientras que las señales digitales son discretas y se representan mediante bits (0 y 1).
Las señales en telecomunicaciones se generan mediante dispositivos electrónicos, como micrófonos, cámaras o sensores, que convierten la información en forma de corriente eléctrica. Esta corriente eléctrica se modula o se transforma en una forma que pueda ser transmitida a través de un medio de comunicación, como una antena o un cable.
Una vez que la señal se ha transmitido, es recibida por otro dispositivo, como una antena receptora o un teléfono móvil. Este dispositivo decodifica la señal y la convierte nuevamente en la forma original de información, ya sea sonido, imagen o datos.
