Microondas
Se
denomina microondas a las ondas electromagnéticas; generalmente de entre 300
MHz y 300 GHz, que supone un período de oscilación de 3 ns (3×10−9 s) a 3 ps
(3×10−12 s) y una longitud de onda en el rango de 1 m a 1 mm. Otras
definiciones, por ejemplo las de los estándares IEC 60050 y IEEE 100 sitúan su
rango de frecuencias entre 1 GHz y 300 GHz, es decir, longitudes de onda de
entre 30 centímetros a 1 milímetro. El rango de las microondas está incluido en
las bandas de radiofrecuencia, concretamente en las de UHF (ultra-high
frequency - frecuencia ultra alta) 0,3-3 GHz, SHF (super-high frequency -
frecuencia súper alta) 3-30 GHz y EHF (extremely-high frequency - frecuencia
extremadamente alta) 30-300 GHz. Otras bandas de radiofrecuencia incluyen ondas
de menor frecuencia y mayor longitud de onda que las microondas. Las microondas
de mayor frecuencia y menor longitud de onda —en el orden de milímetros— se
denominan ondas milimétricas.
La
existencia de ondas electromagnéticas, de las cuales las microondas forman
parte del espectro de alta frecuencia, fueron predichas por Maxwell en 1864 a
partir de sus famosas Ecuaciones de Maxwell. En 1888, Heinrich Rudolf Hertz fue
el primero en demostrar la existencia de ondas electromagnéticas mediante la
construcción de un aparato para generar y detectar ondas de radiofrecuencia.
Las
microondas pueden ser generadas de varias maneras, generalmente divididas en
dos categorías: dispositivos de estado sólido y dispositivos basados en tubos de
vacío. Los dispositivos de estado sólido para microondas están basados en
semiconductores de silicio o arseniuro de galio, e incluyen transistores de
efecto campo (FET), transistores de unión bipolar (BJT), diodos Gunn y diodos
IMPATT. Se han desarrollado versiones especializadas de transistores estándar
para altas velocidades que se usan comúnmente en aplicaciones de microondas.
En
telecomunicaciones, las microondas son usadas en radiodifusión, ya que estas
pasan fácilmente a través de la atmósfera con menos interferencia que otras
longitudes de onda mayores. También hay más ancho de banda en el espectro de
microondas que en el resto del espectro de radio. Usualmente, las microondas
son usadas en programas informativos de televisión para transmitir una señal
desde una localización remota a una estación de televisión mediante una
camioneta especialmente equipada. Protocolos 802.11g y b también usan
microondas en la banda ISM, aunque la especificación 802.11a usa una banda ISM
en el rango de los 5 GHz. La televisión por cable y el acceso a Internet vía
cable coaxial usan algunas de las más bajas frecuencias de microondas. Algunas
redes de telefonía celular también usan bajas frecuencias de microondas.
En la
industria armamentística, se han desarrollado prototipos de armas que utilicen
la tecnología de microondas para la incapacitación momentánea o permanente de
diferentes enemigos en un radio limitado.
La
tecnología de microondas también es utilizada por los radares, para detectar el
rango, velocidad, información meteorológica y otras características de objetos
remotos; o en el máser, un dispositivo semejante a un láser pero que trabaja
con frecuencias de microondas.
Las
cámaras de RF ejemplifican el gran cambio que recientemente ha surgido en este
tipo de tecnologías. Desempeñan un papel importante en el ámbito de radar,
detección de objetos y la extracción de identidad mediante el uso del principio
de imágenes microondas de alta resolución, que consiste, esencialmente, en un
transmisor de impulsos para iluminar la tarjeta, un auto-adaptador aleatorio de
fase seguido por un receptor de microondas que produce un holograma a través
del cual se lee la información de la fase e intensidad de la tarjeta de
radiación.
Bandas de frecuencia
Radiofrecuencia
Radiofrecuencia,
también denominado espectro de radiofrecuencia, ondas de radio o RF, se aplica
a la porción menos energética del espectro electromagnético, situada entre unos
3 Hz y unos 300 GHz. El hercio es la unidad de medida de la frecuencia de las ondas,
y corresponde a un ciclo por segundo.2 Las ondas electromagnéticas de esta
región del espectro, se pueden transmitir aplicando la corriente alterna
originada en un generador a una antena.
Por el
otro lado están las Redes Inalámbricas de Radiofrecuencia, la FCC permitió la
operación sin licencia de dispositivos que utilizan 1 Watt de energía o menos,
en tres bandas de frecuencia: 902 a 928 MHz, 2,400 a 2,483.5 MHz y 5,725 a
5,850 Mhz. Estas bandas de frecuencia, llamadas bandas ISM, estaban
anteriormente limitadas a instrumentos científicos, médicos e industriales.
Esta banda, a diferencia de la ARDIS y MOBITEX, está abierta para cualquiera.
Para minimizar la interferencia, las regulaciones de FCC estipulan que una
técnica de señal de transmisión llamada spread-spectrummodulation, la
cual tiene potencia de transmisión máxima de 1 Watt. Deberá ser utilizada en la
banda ISM. Esta técnica a sido utilizada en aplicaciones militares. La idea es
tomar una señal de banda convencional y distribuir su energía en un dominio más
amplio de frecuencia. Así, la densidad promedio de energía es menor en el
espectro equivalente de la señal original. En aplicaciones militares el
objetivo es reducir la densidad de energía abajo del nivel de ruido ambiental
de tal manera que la señal no sea detectable. La idea en las redes es que la
señal sea transmitida y recibida con un mínimo de interferencia. Existen dos
técnicas para distribuir la señal convencional en un espectro de propagación
equivalente :
La
radiofrecuencia se puede dividir en las siguientes bandas del espectro:
La secuencia directa: En este método el flujo de bits
de entrada se multiplica por una señal de frecuencia mayor, basada en una
función de propagación determinada. El flujo de datos original puede ser
entonces recobrado en el extremo receptor correlacionándolo con la función de
propagación conocida. Este método requiere un procesador de señal digital para
correlacionar la señal de entrada.
El salto de frecuencia: Este método es una técnica en la
cual los dispositivos receptores y emisores se mueven sincrónicamente en un
patrón determinado de una frecuencia a otra, brincando ambos al mismo tiempo y
en la misma frecuencia predeterminada. Como en el método de secuencia directa,
los datos deben ser reconstruidos en base del patrón de salto de frecuencia.
Este método es viable para las redes inalámbricas, pero la asignación actual de
las bandas ISM no es adecuada, debido a la competencia con otros dispositivos,
como por ejemplo las bandas de 2.4 y 5.8 Mhz que son utilizadas por hornos de
Microondas.
Satelital
Básicamente un
sistema satelital es un sistema repetidor. La capacidad de recibir y retransmitir
se debe a un dispositivo receptor-transmisor llamado transponder, cada
uno de los cuales escuchan una parte del espectro, la amplifica y retransmite a
otra frecuencia para evitar la interferencia de señales.
Un sistema
satelital consiste en un cierto número de transponder además de una estación
terrena maestra para controlar su operación, y una red
de estaciones terrenas de usuarios, cada uno de los cuales posee facilidad de
transmisión y recepción. El control se realiza generalmente con dos estaciones
terrenas especiales que se encargan de la telemetría, el rastreo y la provisión
de los comandos para activar los servicios del satélite.
Un vínculo
satelital consta de:
- Un enlace tierra-satelite
o enlace ascendente (uplink)
- Un enlace satelite-tierra o
enlace descendente (downlink)
El satélite
permanece en órbita por el equilibrio entre la fuerza centrífuga y la atracción gravitatoria.
Si se ubica el
satélite a una altura de 35860 Km sobre el plano del Ecuador, estos giran en torno a la tierra a una velocidad de 11070 Km./hr, con un periodo de 24 hrs. Esto
hace que permanezca estacionario frente a un punto terrestre, de allí su nombre
de satélite geoestacionario. De este modo las antenas terrestres pueden permanecer orientadas en una
posición relativamente estable en un sector orbital.
Debido a su gran potencia los satélites para Tv necesitan de un
espaciamiento de por lo menos 8 grados, para así evitar que el haz proveniente
de la Tierra ilumine a los satélites vecinos también.
Los sistemas
satelitales constan de las siguientes partes:
- Transponders
- Estaciones terrenas
El transponder es
un dispositivo que realiza la función de recepción y transmisión. Las señales recibidas
son amplificadas antes de ser retransmitidas a la tierra. Para evitar
interferencias les cambia la frecuencia.
Las estaciones
terrenas controlan la recepción con/desde el satélite, regula la interconexión
entre terminales, administra los canales de salida, codifica los datos y controla la velocidad de transferencia.
Consta de 3
componentes:
- Estación receptora: Recibe
toda la información
generada en la estación transmisora y retransmitida por el satélite.
- Antena: Debe captar la radiación del
satélite y concentrarla en un foco donde esta ubicado el alimentador.
Una antena de
calidad debe ignorar las interferencias y los ruidos en la mayor medida
posible.
Estos satélites
están equipados con antenas receptoras y con antenas transmisoras. Por medio de
ajustes en los patrones de radiación de las antenas pueden generarse
cubrimientos globales (Intelsat), cubrimiento a solo un país (satélites
domésticos), o conmutar entre una gran variedad de direcciones.
- Estación emisora: Está
compuesta por el transmisor y la antena de emisión.
La potencia
emitida es alta para que la señal del satélite sea buena. Esta señal debe ser
captada por la antena receptora. Para cubrir el trayecto ascendente envía la
información al satélite con la modulación y portadora adecuada.
Como medio de
transmisión físico se utilizan medios no guiados, principalmente el aire. Se utilizan señales de microondas para la transmisión por satélite, estas son
unidireccionales, sensibles a la atenuación producida por la lluvia, pueden ser
de baja o de alta frecuencia y se ubican en el orden de los 100 MHz hasta los
10 GHz.
Bandas de
frecuencias utilizadas
Se han dispuesto,
mundialmente, varias bandas de frecuencia para su uso comercial por satélite.
La más común de estas consta de una banda central de 500 MHz centrada en 6 GHz
en el enlace hacia arriba (hacia el satélite) y centrada en 4 GHz en el enlace
hacia abajo (hacia la Tierra).
La banda de 500
MHz, en cada una de las frecuencias, esta normalmente dividida en 12 bandas,
servidas por cada transponder, de 36 MHz de ancho de banda cada una, más 2 MHz
a ambos extremos para protección (el espaciamiento entre las bandas es el
responsable del ancho de banda en exceso). Cada banda de transponder esta, a su
vez, dividida en un cierto número de canales de frecuencia, dependiendo del
tipo de aplicación o de la señal que sé este transmitiendo.
Las bandas de
frecuencia usadas son:
- C: uplink 5,925-6,425 GHz,
downlink 3,7-4,2 GHz
- Ku: uplink 14-14,5 GHz,
downlink 11,7-12,2 GHz
- Ka: uplink 19,7 GHz,
downlink 31Ghz
Las bandas
inferiores se encuentran superpobladas. No así las bandas superiores.
En la banda Ku los
satélites pueden espaciarce a i grado. Pero estas ondas tienen un inconveniente, la lluvia, ya que el agua es un gran absorbente de estas microondas tan
cortas.
Métodos de
múltiple acceso
Múltiple acceso
esta definido como una técnica donde más de un par de estaciones terrenas puede
simultáneamente usar un transponder del satélite.
La mayoría de las
aplicaciones de comunicaciones por satélite involucran un numero grande de
estaciones terrenas comunicándose una con la otra a través de un canal (de voz,
datos o video). El concepto de múltiple acceso involucra sistemas que hacen
posible que múltiples estaciones terrenas interconecten sus enlaces de
comunicaciones a través de un simple transponder. Estas portadoras pueden ser moduladas
por canales simples o múltiples que incluyen señales de voz, datos o video.
Existen muchas
implementaciones específicas de sistemas de múltiple acceso, pero existen solo
tres tipos de sistemas fundamentales:
- FDMA : acceso múltiple por
división de frecuencia.
- TDMA : acceso múltiple por
división de tiempo.
- DAMA : acceso múltiple por
división de demanda (versión de TDMA)
- CDMA : acceso múltiple por
división de código.
Ventajas y
desventajas de la transmisión vía satélite
Por presentar una
cobertura territorial muy amplia genera serios problemas de seguridad, ya que cualquier estación puede captarlos con
solo sintonizar la frecuencia del satélite. Para evitarlo se adicionan medidas
de seguridad: cifrado y encriptado de transmisiones.
Debido a que
trabaja en bandas de frecuencias muy altas cada satélite es capaz de soportar
varios miles de canales telefónicos. Por ejemplo, un satélite moderno esta
formado por diez transponder y cada uno con capacidad de 48 Mbps.
Las condiciones meteorológicas
adversas pueden afectar la señal durante su camino entre la estación terrena y
el satélite. Otra desventaja es la del retardo que puede originar problemas, ya
que la señal recorre 36.000 Km de subida y otros tantos de retorno a la Tierra.
Periódicamente el sol, el satélite y la estación terrena quedan
alineados provocando una elevación del ruido térmico que supera la intensidad de la señal.
En las grandes
ciudades existe actualmente congestión de microondas; se instalaron tantas
antenas de microondas que se interfieren unas a otras y las ondas en el aire
están saturadas. Esto obliga a buscar un medio de transmisión alternativo como
los enlaces vía satélite. Pero una desventaja con respecto al satélite
propiamente dicho es que resulta muy costosa la construcción, lanzamiento y
mantenimiento del mismo.
CARACTERISTICAS DE
LAS COMUNICACIONES POR SATELITE
DESCRIPCION DEL SISTEMA
Un satélite puede definirse como un repetidor de radio en el cielo (transponder), un sistema
satelital consiste de un transponder, una estación basada en tierra, para controlar su funcionamiento, y una red de usuario, de las estaciones terrestres, que proporciona las
facilidades para transmisión y recepción del trafico de comunicaciones, a
través del sistema de satélite.
Las transmisiones de satélite se catalogan como bus o carga útil. La de bus incluye mecanismos de control que apoyan la operación de carga
útil. La de carga útil es la información del usuario que será transportada a
través del sistema.
En el caso de radiodifusión directa de televisión vía satélite el servicio que se da es de tipo unidireccional
por lo que normalmente se requiere una estación transmisora única, que emite
los programas hacia el satélite, y varias
estaciones terrenas de recepción solamente, que toman las señales provenientes del satélite. Existen
otros tipos de servicios que son bidireccionales donde las
estaciones terrenas son de transmisión y de recepción.
Uno de los requisitos más importantes del sistema es conseguir que las estaciones
sean lo más económicas posibles para que puedan ser accesibles a un gran número
de usuarios, lo que se consigue utilizando antenas de diámetro chico y transmisores de
baja potencia. Sin embargo hay que destacar que es
la economía de escala (en aquellas aplicaciones que lo
permiten) el factor determinante para la reducción de los costos.
Modelos de enlace del sistema satelitalEsencialmente, un sistema satelital consiste de tres secciones básicas: una subida, un transponder satelital y una bajada.
·
Modelo de subida
El principal componente dentro
de la sección de subida, de un sistema satelital, es el transmisor de la estación
terrena. Un típico transmisor de la estación terrena consiste de un modulador
de IF, un convertidor de microondas de IF a RF, un amplificador de alta
potencia (HPA) y algún medio para limitar la banda del espectro de salida (por
ejemplo un filtro pasa-banda de salida).
La Figura 1 muestra el diagrama
a bloques de un transmisor de estación terrena satelital. El modulador de IF
convierte las señales de banda base de entrada a una frecuencia intermedia
modulada e FM, en PSK o en QAM. El convertidor (mezclador y filtro pasa-banda)
convierte la IF a una frecuencia de portadora de RF apropiada. El HPA
proporciona una sensibilidad de entrada adecuada y potencia de salida para
propagar la señal al transponder del satélite. Los HPA comúnmente usados son klystons
y tubos de onda progresiva.
