Física de la Radio. Training materials for wireless trainers

Transcripción

1 Física de la Radio Training materials for wireless trainers

2 Metas Introducir los conceptos fundamentales de las ondas electromagnéticas (frecuencia, amplitud, velocidad de propagación, polarización y fase) mostrar el lugar que ocupa WiFi dentro de la amplia gama de frecuencias utilizadas en telecomunicaciones comprender el comportamiento de la propagación de las ondas de radio en el medio (absorción, reflexión, difracción, refracción e interferencia) introducir el concepto de zona de Fresnel 2

3 Qué es una onda? Text 3

4 Ondas Electromagnéticas Longitud de onda, frecuencia y amplitud No requieren de la existencia de un medio físico para su desplazamiento Ejemplos: la luz, los rayos x, y las ondas de radio time: 1 second wavelength ( ) amplitude amplitude wavelength ( ) 4

5 Revisión de los símbolos del sistema internacional de medidas símbolos y potencias de diez Nano / n Micro / µ Milli /1000 m Centi /100 c Kilo k Mega M Giga G 5

6 Longitud de onda y frecuencia c = f * λ c = velocidad (metros/ segundo) f = frecuencia (ciclos por segundo, o Hz) λ = longitud de onda (metros) Si una onda viaja a 1 m/s y oscila 5 veces por segundo, cada onda tendrá una longitud de 20 cm: 1 metro/segundo = 5 ciclos/segundo * λ λ = 1 / 5 metros λ = 0.2 metros = 20 cm 6

7 Longitud de onda y frecuencia Puesto que la velocidad de propagación de la luz (y de todas las ondas electromagnéticas) es de aproximadamente 3 x 10 8 m/s, podemos calcular la longitud de onda a cualquier frecuencia. Por ejemplo, la frecuencia de las ondas de las redes inalámbricas b/g es: f = 2.4 GHz = 2,400,000,000 ciclos / segundo longitud de onda (λ) = c / f = 3 * 10 8 m/s / 2.4 * 10 9 s -1 = 1.25 * 10-1 m = 12.5 cm Por lo tanto, la longitud de onda de b/g es de alrededor de 12.5 cm. 7

8 Espectro Electromagnético Approximate frequency in Hz microwave visible light X rays radio infrared ultraviolet gamma rays Approximate wavelength in meters Rango de las frecuencias WiFi 8

9 casa hombre gato insecto 0, , AM radio onda corta FM radio GPS WiFi telefonos celulares s con TV arinos radioaficionados semilla 0, microondas enlaces telecom TV satelital radares 9

10 Frecuencias y longitudes de onda WiFi estándar Frecuencia Longitud de onda b/g/n 2.4 GHz 12.5 cm 2.4 GHz 5 GHz a/n 5.x GHz 5 a 6 cm 10

11 Comportamiento de las ondas de radio Hay unas reglas simples que son de gran ayuda en la planificación inicial de una red inalámbrica: Mientras más larga la longitud de onda, mayor alcance Mientras más larga la longitud de onda, atravesará mejor los obstáculos y los rodeará Mientras más corta la longitud de onda, podrá transportar mayor cantidad de datos Todas estas simples reglas son fáciles de entender mediante ejemplos. 11

12 Desplazamiento de las ondas de Las ondas de radio no se mueven estrictamente en línea recta. En su trayectoria desde el punto A hasta el punto B, las ondas estarán sujetas a: Absorción Reflexión Difracción Refracción 12

13 Absorción Cuando una onda electromagnética atraviesa algún material, generalmente se verá debilitada o atenuada. Los materiales que absorben energía incluyen:. Metal. Los electrones se mueven libremente en un metal, y por lo tanto se moverán al compás de la onda que lo atraviesa absorbiendo su energía. Agua. Las moléculas de agua se agitan en presencia de ondas de radio y de esta manera absorben parte de la energía Los árboles y la madera absorben energía en proporción a la cantidad de agua que contienen Los Humanos somos principalmente agua: absorbemos muy bien las ondas de radio! 13

14 Reflexión Las reglas para reflexión son muy simples: el ángulo con el que una onda incide en una superficie es el mismo ángulo con el cual es reflejada. El metal y el agua son excelentes reflectores para las ondas de radio.! i! r! i =! r 14

15 Difracción Debido al efecto de difracción las ondas dan vuelta en las esquinas o cambian de dirección en la abertura de una barrera. 15

16 Refracción La refracción es el cambio de dirección de una onda cuando se encuentra con un material de carcterísticas diferentes. Cuando una onda se mueve de un medio a otro, cambia su velocidad y por ende su dirección al entrar en el nuevo medio. 16

17 Otras propiedades importantes Estas propiedades son también importantes cuando usamos las ondas electromagnéticas para comunicaciones. s. Fase Polarización Zona de Fresnel 17

18 Fase la fase de una onda es la fracción de un ciclo en que la onda está desplazada de un punto de referencia. Es una medida relativa que puede expresarse de diferentes maneras (radianes, ciclos, grados porcentaje). Dos ondas que tienen la misma frecuencia y diferente fase tienen una diferencia de fase, y se dicen que las ondas están fuera de fase entre sí. 18

19 Interferencia Cuando dos ondas de la misma frecuencia, amplitud y fase se encuentran, el resultado es interferencia constructiva: la amplitud se dobla. Cuando dos ondas de la misma frecuencia, amplitud y fase opuesta se encuentran, el resultado es interferencia destructiva: la onda se anula. + = + = 19

20 Polarización Las ondas electromagnéticas tienen componentes eléctricos y magnéticos. Los componentes eléctricos y magnéticos oscilan perpendicularmente entre sí y con la dirección de propagación. 20

21 Línea de vista y Zonas de Fresnel Una línea de vista libre NO ES LO MISMO QUE una Zona de Fresnel libre! 21

22 Conclusiones Las ondas de radio tienen una longitud de onda, frecuencia y amplitud características que afecta la manera como se propagan en el espacio. WiFi usa una minúscula fracción del espectro electromagnético Las frecuencias más bajas llegan mñas lejos, pero a expensas del caudal Las ondas de radio ocupan un volumen en el espacio, la zona de Fresnel que no debe ser obstruida para recepción óptima. 22

23 Thank you for your attention For more details about the topics presented in this lecture, please see the book Wireless Networking in the Developing World, available as free download in many languages at: