César Sánchez Norato I.E.S. Bahía de Cádiz Cádiz, 2003

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1 César Sánchez Norato I.E.S. Bahía de Cádiz Cádiz, 2003

2 Indice general Capítulo 1: Telecomunicaciones 1. Sistemas de telecomunicaciones Medios o soportes para las telecomunicaciones Línea de cable coaxial Soportes inalámbricos: los radioenlaces a. Radioenlaces terrestres b. Radioenlaces vía satélite c. Fibra óptica... 4 Capítulo 2: Ondas radioeléctricas 1. Introducción Corriente eléctrica y electrónica Clases de corriente eléctrica Señales eléctricas Clasificación de las señales alternas Las Corrientes alternas senoidales. Representación Valores o parámetros de una c. a. senoidal Corrientes de distinta fase Suma y resta de corrientes senoidales Espectro electromagnético de frecuencias Subclasificación según las frecuencias Subdivisión por su longitud de onda Atribución de bandas de frecuencias Bandas para Radiodifusión y TV Bandas para Radiodifusión de FM Bandas y canales para televisión Las ondas electromagnéticas. Propagación Modos de propagación Tipos de transmisión. Polarizaciones Las ondas reflejas Capítulo 3: Antenas de TV 1. Introducción La antena elemental receptora: el dipolo Diagrama de radiación/recepción de un dipolo La antena Yagi Aspecto físico de algunos tipos de antenas Yagi Otros tipos comerciales de antenas multibanda Diagrama radiación/recepción de una antena Yagi Características fundamentales de una antena Impedancia de una antena Directividad de una antena Ganancia de una antena Relación adelante/atrás de una antena Ancho de banda o banda de trabajo La relación de onda estacionaria (ROE) La carga al viento Antenas de panel Requisitos de una antena de recepción de TV Datos del fabricante sobre antenas Capítulo 4. Instalación y distribución 1. Introducción Calidad de la señal de TV. Señal/ruido Tipos de instalaciones Normativa sobre instalaciones de TV. La ICT Definición de una ICT Elementos de una ICT Elementos de captación Características Equipamiento de cabecera Red Características de la Red Niveles de calidad para los servicios de TV Dimensiones mínimas de una ICT Características técnicas de una ICT Esquema de una ICT Componentes para la captación y distribución de señales de TV terrestre Distribución de las señales de TV. La red Distribución serie Distribución por derivadores Distribución con distribuidores (distribución en estrella) Otros tipos de distribución Diagrama bloques de una instalación Capítulo 5. Instalación y distribución. Componentes 1. Elementos para la captación de señales de TV terrestre Elementos del equipo de captación Elementos del equipo de cabecera Elementos de distribución Principales símbolos utilizados en las instalaciones de TV Capítulo 6. Diseño y cálculo 1. Introducción Distribución en cascada o serie Distribución con derivadores Distribución por distribuidores El momento de amplificar la señal Canales incompatibles Canales imagen Necesidad de la conversión de canales Señales de TV captadas en la zona Capítulo 7. TV vía satélite 1. Introducción Configuración de un sistema vía satélite Proyecto de una estación receptora Bandas y características de la señal de TV Sistemas analógicos terrestres... 78

3 Capítulo 8. Teledistribución de TV por cable 8.1. Introducción Principales características Topología de las redes CATV Cabecera Línea troncal Línea de distribución Redes CATV La cabecera de las redes SCATV Red de distribución de red SCATV Capítulo 9. La Televisión digital terrestre 9.1 Qué es la Televisión Digital Terrestre? Diferencia entre la TDT y TV Digital por satélite/tv Digital por cable Ventajas de la TDT Cuándo comienza la T D T? Cobertura de la TDT y otras cuestiones Elementos necesarios para recibir TDT Qué se entiende por servicios o aplicaciones interactivas? Qué es un múltiplex? PLAN TÉCNICO NACIONAL DE LA TE- LEVISIÓN DIGITAL TERRESTRE APÉNDICE Frecuencias centros emisores/repetidores red RGN La TDT actual en la provincia de Cádiz Cabecera TDT colectiva para la Bahía de Cádiz ANEXOS ANEXO I Sistemas de radiodifusión ANEXO II Señales de TV captadas en la zona ANEXO III Características de diversos componentes ANEXO IV El medidor de campo Prolink-3c+ ANEXO V El Pirulí de RTVE ANEXO VI Glosario y Acrónimos ANEXO VII Coordenadas geográficas de las principales ciudades de Andalucía ANEXO VIII El cinturón de Clarke ANEXO IX Recepción de TV satélite ANEXO X Miscelánea sobre satélites

4 Captación de señales de radiodifusión y de TV. Telecomunicaciones. 1 Capítulo 1 Telecomunicaciones 1 Sistemas de telecomunicaciones. Se entiende por sistema de telecomunicación el conjunto de elementos que permite establecer la comunicación a distancia entre dos o más puntos, usuarios o sistemas. O lo que es lo mismo: la transmisión de información a distancia entre dos puntos. Uno es el origen o emisor y el otro el destino o receptor. Persona Emisor Línea o canal de transmisión 4 5 Receptor 2 Transductor Transductor Persona 6 6 Máquina Figura 1.1 Esquema de un sistema básico de telecomunicaciones Máquina En general, los sistemas de telecomunicaciones constan básicamente de los siguientes elementos: (figura 1.1) 1.- Una fuente o suministro de la información a transmitir que puede ser una persona o una máquina: ordenador, la radio, la televisión, etc. 2.- Un transductor que traduce o adecua la información, dependiendo del tipo que sea, al emisor o transmisor. 3.- Un transmisor o emisor que convierte la información en señales eléctricas, electromagnéticas u ópticas y las envía por una línea o canal de comunicación o de transmisión. 4.- Una línea eléctrica, u otro medio como el aire o la fibra óptica, que constituye el medio físico de transporte de las informaciones desde el origen hasta el punto de destino. Este medio físico puede ser: un cable telefónico un cable coaxial una guía de ondas una fibra óptica, o simplemente, el espacio (en el caso de la radiotransmisión). 5.- Un receptor que recibe la comunicación y reproduce la información original contenida en las señales eléctricas transmitidas. 6.- Un punto de destino, que puede ser una persona o máquina, que recibe la información, previa adecuación por otro transductor, 2, situado en el lugar del destino.

5 Captación de señales de radiodifusión y de TV. Telecomunicaciones. 2 2 Medios o soportes para las telecomunicaciones. Para establecer la comunicación entre dos puntos se necesita un medio soporte o a través del cual circule o se canalice la información objeto de comunicación deseada. Así pues, el medio constituye un capítulo importante dentro de las comunicaciones. Varios son los medios utilizados para ello, a saber: 1) ALÁMBRICOS. El medio o soporte de la información es un alambre, generalmente de cobre, por ser buen conductor. 2) INALÁMBRICOS. El medio utilizado es el aire, a través del cual se propagan las ondas hertzianas o de radio. Constituyen los radioenlaces. 3) GUIAONDAS. El soporte es un tubo, entre el emisor y el receptor, por el interior del cual se "entuban" las ondas electromagnéticas. 4) FIBRA ÓPTICA. Es el medio más moderno y actual. Consiste en un cilindro macizo sumamente fino de un material transparente, normalmente silicio, por el que se canalizan las ondas electromagnéticas en forma de luz, las cuales son portadoras de la información que se desea transmitir 2.1 Línea de cable coaxial. El aumento masivo de las comunicaciones requiere de medios capaces de ser portadores de gran número de canales de información con el fin de abaratar las líneas de transmisión. Teniendo en cuenta la limitación en el ancho de la banda de los tipos de las líneas o cables convencionales, hubo la necesidad de recurrir a otro tipo de línea o soporte: el cable coaxial. El cable coaxial es un circuito físico asimétrico formado por dos conductores concéntricos. El conductor interior, llamado conducto vivo, es macizo y se encuentra situado dentro de otro conductor, generalmente en forma de malla, separado por un aislante apropiado aire, plástico, etc, mediante el cual se consigue la perfecta coaxialidad. El cable coaxial posee un gran ancho de banda, hasta MHZ, y es capaz de soportar muchos canales de información. Presenta otras ventajas como: - Diafonía prácticamente nula. Figura 1.2 Cable coaxial - Poca distorsión. - Grandes velocidades de propagación, con lo que se evitan los suprimidores de ecos en líneas muy largas. 2.2 Soportes inalámbricos: los radioenlaces. El enlace o comunicación entre dos puntos por medio de este tipo de soporte se basa o fundamenta en la propagación de las ondas electromagnéticas en el espacio libre. Se utilizan para ello ondas electromagnéticas de alta frecuencia (radiobfrecuencia) y por tanto de pequeñas longitudes de onda; de ahí que se hable de enlaces por microondas (frecuencias iguales o superiores a un Gigahertzio. 1 GHz = 10 9 Hz).

6 Captación de señales de radiodifusión y de TV. Telecomunicaciones. 3 Los radioenlaces son capaces de soportar muchos millares de canales de información y se usan sobre todo para cubrir muy grandes distancias. Juntamente con los cables coaxiales y la fibra óptica constituyen la red básica de las comunicaciones tanto a escala nacional como internacional. Los radioenlaces solo precisan de medios físicos en los puntos de origen y destino además de las estaciones repetidoras necesarias si se trata de cubrir largas distancias. Existen dos tipos de radio enlaces por microondas: -Radioenlaces terrestres. -Radioenlaces vía satélite. 2.2 a) Radioenlaces terrestres. Constan de una estación transmisora, una estación receptora y los repetidores intermedios, que dependen de la distancia a cubrir entre los terminales así como de la orografía del camino a recorrer entre ellos. Una de las funciones de los repetidores es la de compensar automáticamente los cambios de atenuación que se producen debido a varias causas: temperatura y humedad de la atmósfera, lluvia, reflexión debida a objetos inesperados (helicópteros, rascacielos, montañas, etc), por lo que tienen carácter de amplificadores. Otra de las funciones es los cambios de canal o conversión de frecuencia (un repetidor puede recibir en un canal y rerradiar en otro distinto). Las principales características de los radioenlaces terrestres son: " Pueden cubrir largas distancias y a elevadas frecuencias. " La distancia entre repetidores es de unos 50Km, siendo preciso que exista visibilidad entre dos antenas consecutivas. " Precisa menos amplificación que los cables coaxiales. " Los amplificadores deben ser sumamente precisos, lo que los hace complejos y caros. " Cada canal ocupa una banda distinta de frecuencias. " La capacidad en canales puede ser de 960, 1800 o " Trabajan en las bandas de 1, 2, 4, 7, 8 y 11 Gigahertzios b) Radioenlaces vía satélite. Este procedimiento consiste en utilizar un satélite artificial como repetidor entre el origen y el destino de la comunicación. Reciben la información desde una estación terrena y la difunden a otras estaciones también terrenas. Existen dos tipos de satélites: pasivos y activos. Los pasivos están constituidos por unas superficies metálicas que reflejan las ondas electromagnéticas. Prácticamente ya no se utilizan. Los satélites activos son capaces de recibir, amplificar y generar/convertir las señales. Pueden ser de dos tipos: ASINCRONOS (poseen períodos orbitales del orden de las dos horas; en cualquier caso diferentes a la órbita terrestre) con lo que permanecen poco tiempo sobre una zona determinada de la superficie terrestre. También van cayendo en desuso.

7 Captación de señales de radiodifusión y de TV. Telecomunicaciones. 4 SINCRONOS son aquellos que tienen un período de rotación de 24 horas, similar al de la tierra, con lo que dan la impresión de estar fijos en el cielo, cubriendo siempre la misma zona de la tierra. Debido a esto, reciben el nombre de GEOESTACIO- NARIOS. Su órbita ecuatorial es de unos Km (órbita de Clarke). A esa distancia, la fuerza de atracción de la tierra y la fuerza centrífuga del satélite, en su movimiento de translación, se igualan. Son los utilizados actualmente. La diferencia con los radioenlaces terrestres estriba en el tamaño y la complejidad de las antenas de las estaciones terminales y en el uso de técnicas especiales debido a la potencia transmitida y recibida. Trabajan entre los 4 y los 12 GHz. Nota: Más adelante, cuando tratemos de las antenas parabólicas o de la recepción de televisión vía satélite, dedicaremos un capítulo a los radioenlaces por la importancia que tienen en las comunicaciones en la actualidad. En este capítulo hemos hablado de ellos de una manera sucinta y general; de la misma manera que hemos hecho con las telecomunicaciones. La idea ha sido dar una visión global y sencilla, a modo de resumen o introducción c) Fibra óptica En este procedimiento de transmisión se utiliza como medio o soporte físico la fibra óptica. La fibra óptica viene a resolver las dificultades derivadas de la gran demanda en el campo de las telecomunicaciones no inalámbricas. En la transmisión por fibra óptica la información va integrada en forma de rayo de luz. Existe otro tipo que es por medio de rayo láser, y consiste en modular alguno de sus parámetros como amplitud, frecuencia, fase y polarización con la señal que contiene la información que se desea transmitir, obteniéndose ésta en el receptor por demodulación. Pueden obtenerse anchos de banda muy elevados. Figura 1.3 Cable de fibra óptica Entre las ventajas que ofrece la fibra óptica se encuentran: " Gran anchura de banda, lo que permite más canales de información. " Pequeña atenuación de la señal (pequeñas pérdidas). " Diafonía despreciable, " Inmunidad a las interferencias electromagnéticas. " Aislamiento eléctrico completo. " Pequeño diámetro (repercute en el diámetro de los tubos canalizantes) " Coste del material y de la instalación reducido, comparado con otros medios. " Largas distancias sin necesidad de regeneradores. " Alta fiabilidad y seguridad.

8 Captación de señales de radiodifusión y de TV. Ondas radioeléctricas. 5 Capítulo 2 Ondas radioeléctricas 1. Introducción. A la hora de abordar el estudio de la captación de las señales de radiodifusión y de TV es necesario conocer las señales de trabajo o emisión de las distintas emisoras, así como sus propiedades y características: frecuencias, longitudes de onda, niveles, propagación, etc. para sacar el máximo provecho a la instalación de las antenas y de la distribución de las señales hasta las tomas de usuario. Visto esto, repasemos algunos conceptos previos que nos resultarán de utilidad, al tiempo que nos servirán para ir adentrándonos en la materia objeto de este trabajo. 1.1 Corriente eléctrica y electrónica. Sentidos. Recibe el nombre de corriente eléctrica el desplazamiento o flujo de cargas eléctricas a través de un conductor o circuito. Corriente electrónica es el flujo o desplazamiento de electrones (cargas eléctricas negativas). Si se ponen dos cuerpos en contacto mediante un conductor, la corriente pasará de un cuerpo al otro hasta que ambos queden eléctricamente neutros; o sea, que habrá un flujo de cargas eléctricas desde el cuerpo que tiene más al que tiene menos. I Corriente eléctrica La corriente eléctrica circula del cuerpo positivo al negativo y en un circuito normal, del polo o borne positivo al negativo del generador por el exterior del mismo. Ver figura G - R La corriente electrónica circula del cuerpo negativo (cargado en exceso de electrones) al positivo y en un circuito normal, por el exterior del generador, del polo o borne negativo al positivo. Tiene, pues, sentido contrario a la corriente eléctrica. Corriente eléctrónica Figura 2.1 Sentidos de la corriente elécrica 1. 2 Clases de corriente eléctrica. La corriente eléctrica puede ser de tres tipos: CONTINUA, ALTERNA y PULSATORIA. a) Corriente continua: la que recorre un circuito siempre en el mismo sentido y con valor constante de intensidad. Puede ser positiva o negativa. Se designa por cc (corriente continua) en español y en inglés por DC (Direct Current). b) Corriente alterna: la que recorre un circuito alternativamente en un y otro sentido, variando continuamente el valor de su intensidad. Se representa por ca (corriente alterna) en español y por AC (Alternating Current) en inglés.

9 Captación de señales de radiodifusión y de TV. Ondas radioeléctricas. 6 c) Corriente pulsatoria: circula siempre en el mismo sentido, pero el valor de su intensidad es variable en el tiempo, aunque estas variaciones sean pequeñas, de modo que siempre será positiva o será negativa. Podemos decir que es la que circula por un circuito eléctrico siempre en el mismo sentido pero variando su valor. Cabe decir que este tipo de corriente es, a la vez, continua y alterna y ni una cosa ni otra. También se conoce como corriente pulsativa o corriente pulsante. En la figura 2.2 se muestra la representación gráfica de cada uno de los tipos de corriente. V ó I corriente pulsatoria positiva corriente continua positiva 0 t corriente alterna corriente pulsatoria negativa V ó I corriente continua negativa Figura 2.2 Tipos de corriente eléctrica 1. 3 Señales eléctricas. Señal eléctrica, o simplemente señal, es la información eléctrica generada por una fuente eléctrica (generador eléctrico). Las señales eléctricas también se conocen como ondas eléctricas. Las señales pueden ser de tensión o de intensidad. Las fuentes o generadores que las generan reciben el nombre de generadores de tensión o de corriente respectivamente. La magnitud de las señales es función del tiempo. Las señales se acostumbra a representarlas gráficamente en un sistema cartesiano. Sobre el eje de abscisas se lleva el tiempo, y sobre el de ordenadas los valores de la tensión o de la corriente dependiendo que la señal lo sea de tensión o de corriente respectivamente. a b c d e f senoidal diente sierra triangular cuadrada rectangular trapezoidal Figura 2.3 Tipos de señales alternas

10 Captación de señales de radiodifusión y de TV. Ondas radioeléctricas Clasificación de las señales alternas. En principio podemos hacer una séxtuple clasificación, a saber: 1º según que las señales sean de tensión o de intensidad: a) de tensión, cuando representan la magnitud tensión en función del tiempo. En este caso, sobre el eje horizontal se lleva la magnitud tiempo y sobre el vertical la magnitud tensión. b) de intensidad o corriente, son las que representan la magnitud intensidad en función del tiempo. Sobre el eje horizontal se lleva el tiempo y sobre el vertical la intensidad. 2º según su amplitud o magnitud con respecto del tiempo: a) continuas: ya definidas en el párrafo anterior b) alternas: ya definidas en el párrafo anterior c) pulsatorias: ya definidas en el párrafo anterior 3º según la uniformidad de su repetición: a) periódicas: aquellas en que sus valores se repiten sucesivamente cada cierto intervalo, siempre igual, de tiempo llamado ciclo. b) aperiódicas: cuando no tienen una repetición uniforme. 4º según la forma geométrica de la señal: (representación gráfica; figura 2.3): a) senoidales: cuando responden a la función del seno o del coseno. También se llaman sinusoidales. (Figura 2.3.a). b) de diente de sierra: su perfil nos recuerda los dientes de una sierra. (Figura 2.3.b). c) triangulares: a base de triángulos. (Figura 2.3.c). d) cuadradas: su perfil está conformado por cuadrados. (Figura 2.3.d) e) rectangulares: su perfil está compuesto por una sucesión de rectángulos. (Figura 2.3.e). f) trapezoidales: su perfil es trapezoidal. (Figura 2.3.f). g) especiales: las que presentan un perfil especial, tales como pulsos, impulsos, etc. 5º según la simetría o no de la señal: a) simétricas: cuando mantienen la simetría respecto al eje de tiempo b) asimétricas: las que no mantienen la condición anterior. 6º según la gama de frecuencias: a) audiofrecuencias: cuando su frecuencia está comprendida entre 15 y Hertzios b) videofrecuencias: su frecuencia oscila entre 30 Hertzios y 30 Mhz. c) radiofrecuencias: aquellas de frecuencia superior a Hz La corrientes alternas senoidales. Representación Las corrientes alternas senoidales son aquellas que van variando su valor a lo largo del tiempo del mismo modo que va variando el seno de un ángulo α = ω t = 2 πf t La ecuación matemática que define una corriente alterna senoidal es: e = E o sen α = E o sen ωt = E o sen 2 πf t donde: e la f. e. m. instantánea inducida en voltios. E o el valor máximo o amplitud de la señal ω la velocidad angular o pulsación en rad/sg = 2 πf f la frecuencia de la señal en Hertzios

11 Captación de señales de radiodifusión y de TV. Ondas radioeléctricas. 8 Observaciones: El valor de la f. e. m. varía periódicamente con el tiempo: de ahí que e sea el valor instantáneo. El valor del periodo en segundos es T = 2 π/ω. La frecuencia (en ciclos por segundo o Hertzios) es f = 1/T. Dos son, especialmente, las formas de representar gráficamente una corriente alterna senoidal: representación en coordenadas cartesianas y representación vectorial o de Fresnel. Vamos a representarla vectorialmente, por ser la más utilizada. Sea una corriente alterna senoidal e = E o sen ωt = E o sen (2 πf t). La representación vectorial consiste en tomar sobre el eje de abscisas de un sistema de ejes cartesianos, una serie de puntos que representen distintos valores del ángulo α de la ecuación. Por estos T y puntos se levantan perpendiculares o al eje horizontal. Sobre el eje de ordenadas (eje yy') se proyectan los Eo valores instantáneos de la función " senoidal a lo largo de un ciclo o periodo -con un ciclo es suficientey se prolongan hasta que corten a las o o " perpendiculares trazadas anteriormente. Los puntos de intersección y' de ambos, una vez unidos, configuran la senoide. Véase figura 2.4. Figura 2.4 Representación vectorial o de Fresnel de una corriente alterna senoidal 1.6 Valores o parámetros fundamentales de una c. a. senoidal. Veamos una serie de conceptos que se dan en toda corriente o tensión (señal) alterna y que tanta importancia tienen en los estudios de Electricidad y Electrónica. Valor instantáneo. Se define así al valor numérico que toma la señal en cada instante. Se representa por e -para tensiones- ó i -para corrientes. El valor instantáneo viene dado por la fórmula: e = E o sen ωt o mejor por: e = E o sen 2 πf t Observación: Hay que tener en cuenta que el ángulo ωt o el resultado del producto 2 πf t son radianes. Por tanto, a la hora de calcular el seno habrá que seleccionar en la calculadora la función rad. Valor máximo. Es el mayor de los valores instantáneos de la señal. Se designa por Eo ó E máx para la tensión o por Io ó I máx para la corriente. También se le conoce como valor de cresta, valor de pico o amplitud máxima. Según la función senoidal, aparecen dos valores máximos: uno positivo a los 90º y otro negativo a los 270º. Valor pico a pico. Es el doble del valor máximo, o sea el valor entre cresta y cresta. Se representa por E pp para tensiones o I pp para corrientes. E pp = 2 E o.

12 Captación de señales de radiodifusión y de TV. Ondas radioeléctricas. 9 Valor eficaz También llamado "valor cuadrático medio", es un valor tal que produce los mismos efectos térmicos y mecánicos sobre una resistencia, óhmicamente pura, que una continua de ese mismo valor. Se designa por E ó I para tensiones o corrientes respectivamente. Matemáticamente representa la raíz cuadrada del valor medio de los cuadrados de los valores instantáneos que toma la señal durante un periodo. Su valor es: E = E o / %2 = 0,707 E o Este valor eficaz coincide con el valor RMS, de origen inglés o americano, que quiere decir "valor de la raíz cuadrada de los promedios de los cuadrados" (Root Mean Square). También se define el valor eficaz como el valor que toma la función a los 45º. Valor medio. Es un valor igual a la media aritmética de todos los valores instantáneos que toma la señal durante un semiperiodo. Se representa por E med ó I med. Su valor es: Emed = 2E o / π = 0,637 Eo El valor medio es el que toma la función a los 36,5º. Relación entre el valor medio y el valor eficaz. Despejando E o del valor eficaz y del valor medio tenemos que: E o = /2 E o = E π/2 por tanto: E = E med / 0,9 = 1,11 E med y E med = 0,9 E Fase. Fase de un punto de una señal es la situación de ese punto en dicha señal o corriente, dentro de un ciclo de la misma. Se da en grados geométricos. A un ciclo completo le corresponden 360º Angulo de fase. Es el ángulo que forma la fase o el punto considerado respecto del origen de coordenadas. Se representa por la letra griega n (fi) Periodo. Es el tiempo necesario para que la señal se complete o repita. Se representa por T y su unidad es el segundo o alguno de sus múltiplos o submúltiplos. Ciclo. Es la parte de la señal comprendida en un periodo. Frecuencia. Es el número de veces que la señal se repite en cada segundo de tiempo. Se representa por f. Su unidad es el Hertzio -en honor al físico alemán Hertz- o el ciclo/segundo (c/s). También nos podemos encontrarlo escrito como cps (ciclos por segundo). La frecuencia es la inversa del periodo (f = 1/T). Pulsación. Es el número de radianes que reproduce la señal en cada segundo. Se representa por ω (omega) y vale ω = 2π f. Su unidad es el radián/segundo.

13 Captación de señales de radiodifusión y de TV. Ondas radioeléctricas. 10 Longitud de onda. Es la distancia recorrida por la señal en cada periodo o ciclo. Se representa por λ (lambda). Su unidad es el metro o bien sus múltiplos o submúltiplos. Se calcula referida a la velocidad de la luz y es inversamente proporcional a la frecuencia. λ = velocidad de la luz / frecuencia = c / f = / f Armónicos. Son señales de frecuencias múltiplos de la frecuencia de la señal principal. Toda señal alterna periódica está compuesta por una serie de señales (según el teorema o serie de Fourier) múltiplos de la frecuencia de la señal. La frecuencia principal se llama frecuencia fundamental o primer armónico; el segundo armónico es una frecuencia doble de la fundamental; el tercer armónico es una frecuencia triple de la fundamental y así sucesivamente. Consideremos una señal de Hz, por ejemplo. La frecuencia fundamental o primer armónico sería ella misma; el segundo armónico sería una frecuencia de Hz; el tercero sería una frecuencia de Hz y así sucesivamente. Debemos decir sobre los armónicos, que son de menor amplitud que la señal principal; son portadores, por tanto, de menor energía (o menor tensión), pero en ciertas aplicaciones electrónicas pueden dar lugar a perturbaciones notorias y molestas. De ahí que en ocasiones deban ser tenidos en cuenta. Visto lo anterior, no es lo mismo una señal de Hz y un valor, por ejemplo de 70 mv pico a pico, que el armónico segundo de una señal de Hz /70 mv pico a pico. Este segundo armónico, también de Hz, tiene una tensión (y una energía) menor que los 70 mvpp. Como resumen de los distintos conceptos, valores y parámetros de una tensión o función alterna senoidal, se ofrece la figura ,707 0,637 Eo Eo Eo valor máximo valor eficaz valor medio 45º 90º Semiperiodo 180º 270º 360º Tiempo Ciclo o periodo Longitud de onda Figura 2.5 Valores de una c. a. senoidal Tratemos de resolver el siguiente ejercicio de cálculo.

14 Captación de señales de radiodifusión y de TV. Ondas radioeléctricas. 11 Una tensión alterna senoidal viene dada por la fórmula e = 150 Sen 628 voltios. Hallar: a) Su valor máximo (b) su valor pico a pico; c) su valor eficaz; d) su valor medio; e) su frecuencia; f) su pulsación; g) su periodo; h) su longitud de onda. Solución: a) 150v; b) 300v; c) 106,05v; d) 95,5v; e) 100Hz; f) 628 rad/sg; g) 0.01sg; h) m 1.7 Corrientes de distinta fase. Vimos que la ecuación de una tensión alterna senoidal era e = E o sen (Tt). Esto es así porque se considera que el punto de partida es el propio eje horizontal (en la representación elongada o de la derecha el punto de partida es el propio origen de coordenadas), donde el ángulo (Tt) inicialmente valía cero grados Sin embargo, puede ocurrir que esto no sea así. En este caso habrá que modificar la ecuación general. En la figura 2.6 se han representado tres senoides con la misma frecuencia o pulsación pero con distintas fases. Se ha dibujado la f.e.m. E 1 sobre el propio eje horizontal; la E 2 en adelanto un ángulo n 2 y la E 3 retrasada un ángulo n 1. Las tres están desfasadas entre sí, por tanto, sus ecuaciones son distintas. En la propia figura 2.6 se representan las ecuaciones de cada una de ellas, y a la derecha se han representado las senoides correspondientes a cada una de ellas. T E 2 E n2 n 1 E 3 E1 n 2 n1 e e e t E e e e = E 1sen Tt = E 2sen ( Tt - n 2 ) = E sen ( Tt + n1) Figura 2.6 Corrientes alternas de distinta fase Suma y resta de corrientes senoidales. Al hablar de suma y resta, en verdad estamos hablando de suma algebraica. Cuando se trata de sumar dos o más funciones senoidales, se puede hacer tanto bajo el punto de vista vectorial, como senoidal. A la izquierda de la figura 2.7 se representa la suma vectorial, y en la derecha la suma senoidal. Respecto a la suma vectorial, se hace la composición de los vectores de las dos senoides E 1 y E 2 que, en este caso, se desean sumar. El resultado es la f.e.m. E. No habrá más que representar su senoide.

15 Captación de señales de radiodifusión y de TV. Ondas radioeléctricas. 12 La suma o resta desde las senoides se hace sumando, o restando, los valores de las ordenadas de cada f.e.m en cada instante. Así irá saliendo la senoide suma de ambas. T E E 2 E E 1 E E1 t E 2 E Figura 2.7 Suma y resta de corrientes alternas 2. Espectro electromagnético de frecuencias. Se conoce como espectro electromagnético de frecuencias al conjunto de las señales de distintas frecuencias. Cada día se descubren señales de nuevas frecuencias que alargan el espectro. Dentro del espectro están todas las señales alternas: luz y fuerza, de radio y TV, los rayos infrarrojos, el espectro de colores, los rayos X y los rayos gamma. El espectro puede darse en frecuencia (Hertzios) o en longitud de onda (en metros o en sus múltiplos o submúltiplos) o en Angstroms. Un angstrom (Ǻ) = metros). Un metro =10 10 (Ǻ) Subclasificación del espectro electromagnético según las frecuencias Según el Reglamento de Radiocomunicación de la Unión Internacional de Telecomunicaciones el espectro electromagnético de frecuencias (espectro radioeléctrico) se divide, por tramos o bandas, en: Bandas Rango Longitudes de onda VLF (Very Low Frecuency) f < 30 Khz Miriamétricas LF (Low Frecuency) 30 KHz < f < 300 KHz Kilométricas MF (Medium Frecuency) 300 KHz < f < 3 MHz Hectométricas HF (High Frecuency) 3 MHz < f < 30 MHz Decamétricas VHF (Very High Frecuency) 30 MHz < f < 300 MHz Métricas UHF (Ultra High Frecuency) 300 MHz < f < 3 GHz Decimétricas SHF (Super High Frecuency) 3GHz < f < 30G Hz Centimétricas EHF (Extremely High Frecuency) 30 GHz < f < 300 GHz Milimétricas Sin designar 300 GHz < f < 3000 GHz Decimilimétricas 2.2. Subdivisión de las señales periódicas por su longitud de onda. Grupo o familia Longitudes de onda Designación de la banda Largas 1.000m < λ < m LW (Long Wave) Medias 100 m < λ < m OM ó MW (Medium Wave) Cortas 10 m < λ < 100 m OC ó SW (Short Wave) Ultra cortas 1 metro < λ < 10 m USW (Ultra Short Wave) Microondas 3 cm. < λ < 30 cm Microwave

16 Captación de señales de radiodifusión y de TV. Ondas radioeléctricas. 13 En España, el Cuadro Nacional de Atribución de Frecuencias CNAF vigente, aprobado por Orden 22 de Julio de 1998, BOE Nº 193 de 13 de Agosto de 1998, hace la siguiente clasificación: Banda Rango Longitud de las ondas VLF/LF khz Ondas Miriamétricas y Kilométricas MF 315 khz khz Ondas Hectométricas HF khz khz Ondas Decamétricas VHF khz 322 MHz Ondas Métricas UHF 322 MHz MHz Ondas Decimétricas SHF MHz 31,8 GHz Ondas Centimétricas WHD 31,8 GHz 400 GHz Ondas Milimétricas 2.3. Atribución de Bandas de Frecuencias según el Reglamento de Radiocomunicaciones Para la atribución de las bandas de frecuencias se ha dividido el mundo en tres Regiones indicadas en el siguiente mapa, y descritas a continuación: Región 1: Comprende la zona limitada al este por la línea, A y al oeste por la línea B, excepto el territorio de la República islámica del Irán situado dentro de estos límites. Comprende también la totalidad de los territorios de Armenia, Azerbaiyan, Georgia, Kazakstan, Mongolia, Uzbekistán, Kirguistán, Rusia, Tayikistán, Turkmenistán, Turquía y Ucrania y la zona norte de Rusia que se encuentra entre las líneas A y C. Región 2: Comprende la zona limitada al este por la línea B y al oeste por la línea C. Región 3: Comprende la zona limitada al este por la línea C y al oeste por la línea A, excepto el territorio de Armenia, Azerbaiyan, Georgia, Kazakstán, Mongolia, Uzbekistán, Kirguistán, Rusia, Tayikistán, Turkmenistán, Turquía y Ucrania y la zona norte de Rusia. Comprende asimismo la parte del territorio de la República Islámica del Irán situada fuera de estos limites.

17 Captación de señales de radiodifusión y de TV. Ondas radioeléctricas Bandas asignadas para los servicios de Radiodifusión y Televisión. Radiodifusión Televisión Bandas Rango Bandas Rango Onda larga KHz Banda I (analógica) (1) MHz Onda media KHz Banda III (analógica) (1) MHz Onda pesquera KHz Banda IV (analógica) MHz Onda corta 2, MHz Banda V (analógica) MHz Frecuencia modulada 87,5 108 MHz Banda IV-V (digital) MHz FSS banda inferior 10,7 11,7 GHz Banda DBS 11,7 12,50 GHz Ku FSS banda superior 12,5 12,75 GHz (1) Desaparecieron el 1 de Enero de 2000, según Real Decreto 279/1999 de 22 de Febrero 2.5 Bandas asignadas para los servicios de Radiodifusión de FM Canal Frecuencia (MHz) Canal Frecuencia (MHz) Canal Frecuencia (MHz) Canal Frecuencia (MHz) cia (MHz) Frecuen- Canal

18 Captación de señales de radiodifusión y de TV. Ondas radioeléctricas Bandas y canales para Televisión (Frecuencias en MHz) Banda VHF I VH Baja o Mid- Band (CATV) VHF III VHF Alta o Upper- Banda VHF Hiper Banda (CATV) Canal E02 E03 E04 S01 S02 S03 S04 S05 S06 S07 S08 S09 S10 E05 E06 E07 E08 E09 E10 E11 E12 S11 S12 S13 S14 S15 S16 S17 S18 S19 S20 S21 S22 S23 S24 S25 S26 S27 S28 S29 S30 S31 S32 S33 S34 S35 S36 S37 S38 S39 S40 S41 Rango de Frecuencia Portadora Imagen Portadora Sonido Banda UHF IV UHF V Canal Rango de Frecuencia Portadora Imagen Portadora Sonido Nota: Las bandas I y III de VHF desaparecieron, para TV, el 1 de Enero de 2000, según el Real Decreto 279/1999 de 22 de Febrero. El canal S01 está reservado para FM. No debe usarse para TV.

19 Captación de señales de radiodifusión y de TV. Ondas radioeléctricas Las ondas electromagnéticas. Propagación. Las ondas electromagnéticas se originan al alimentar una antena emisora situada en el espacio con una corriente eléctrica de alta frecuencia producida por un oscilador. Cuando una antena radia, crea a su alrededor un campo electromagnético cuya intensidad es función de la intensidad de corriente que circula por ella. Las ondas electromagnéticas son de tipo senoidal, y para radiodifusión y televisión están comprendidas entre los 3 KHz y los GigaHz. Su velocidad de propagación es de Km/sg; es decir, se propagan a la velocidad de la luz. Una onda electromagnética está compuesta por un campo eléctrico y un campo magnético perpendiculares entre sí y, al mismo tiempo, perpendiculares a la dirección de propagación. Figura 2.8. Las ondas electromagnéticas se van amortiguando a medida que se alejan de la antena emisora, siendo mayor la amortiguación cuanto mayor es la frecuencia de las ondas. La potencia recibida por la antena receptora, P R, viene dada por la fórmula P R = P T G T G λ 4 π d siendo: P T la potencia de la antena transmisora, G T la ganancia de la antena transmisora, G R la ganancia de la antena receptora, λ la longitud de onda de la señal transmitida d la distancia entre ambas antenas. R 2 Antena receptora 90º 90º 90º Antena emisora Figura 2.8 Propagación de una onda electromagnética 3.1 Modos de propagación Las ondas electromagnéticas se propagan por el espacio, y pueden, en su recorrido, ser reflejadas en la superficie terrestre, en la atmósfera, e incluso atravesarla y salir al espacio exterior, dependiendo de su frecuencia. Según esto, se puede hablar de dos modos de propagación de las ondas electromagnéticas: Propagación terrestre: la propagación se realiza por la superficie de la tierra. En la propagación terrestre, las ondas siguen una trayectoria casi recta, tangente a la superficie de la Tierra hasta más allá del horizonte óptico, aunque en realidad sufren una pequeña curvatura: la de la superficie de la Tierra. Las antenas emisoras se colocan en alto para así conseguir mayor alcance de emisión. La distancia o alcance máximos entre las antenas transmisora y receptora vale: ( H h ) d ( Km) = 3, 6 + T R1 R2 donde H es la altura de la antena transmisora y h la de la antena receptora. R3 En realidad el alcance puede ser mayor debido a los efectos atmosféricos o a los rebotes en las capas de la atmósfera (troposfera), en las nubes, en el mar, etc. consiguiendo alcances de entre 1,2 y 2,5 veces el alcance óptico. Estos Figura 2.9. Propagación de las ondas electromagnéticas efectos difieren según las épocas del año. En la figura 2.9 se han representado varias señales procedentes de un mismo transmisor T.

20 Captación de señales de radiodifusión y de TV. Ondas radioeléctricas. 17 Al receptor R 1 le llega la señal directamente. En cambio, para el receptor R 2 ha habido que elevar la antena hasta poder recibir la señal tangencialmente. Propagación espacial: la propagación se realiza por a través de las capas altas de la atmósfera. En la propagación espacial, las ondas utilizadas son dirigidas hacia los satélites artificiales, quienes las devuelven a la superficie terrestre. Es la propagación o transmisión vía satélite, de la que hablaremos más adelante. No obstante, las ondas en su trayectoria pueden encontrarse con obstáculos atmosféricos que pueden devolver éstas a la superficie de la tierra. Pudiera ser el caso del receptor R 3 de la figura 2.9 que recibe la señal por difracción o reflexión de la atmósfera. Dependiendo de la capa de la atmósfera donde tenga lugar la reflexión o difracción, se tienen dos tipos de propagación: la propagación troposférica que se produce en la zona espacial comprendida entre los 300 y los Km de altura y la propagación ionosférica que tiene lugar entre los 35 y 400 Km. En ambos casos, las ondas pueden ser reflejadas hacia la tierra, favoreciendo así el alcance de las transmisiones terrestres. En términos generales, las distintas ondas se propagan de manera diferente. Así: Las ondas largas. Se reflejan en el suelo y en la llamada capa D de la atmósfera situada a unos 70 Km, siendo fácilmente absorbidas por la atmósfera. Se utilizan en emisión terrestre. Su alcance máximo es del orden de los 800 Km. Las ondas medias. Se reflejan en el suelo y en la llamada capa E situada a unos 100 Km. Su absorción por la atmósfera es progresiva, y su alcance máximo está en torno a los Km. Se utilizan tanto en emisión terrestre como espacial. Las ondas cortas. Se reflejan en el suelo y en la llamada capa F situada sobre los 200 Km. de la superficie terrestre. Son débilmente absorbidas por la atmósfera y suelen alcanzar grandes distancias. En las ondas cortas se suelen considerar cuatro bandas por tener un comportamiento diferente en su propagación: Banda de 2 a 5 MHz: el alcance puede llegar a los Km. Banda de 5 a 10 MHz: el alcance puede ser de hasta Km. Banda de 10 a 20 MHz: permite comunicaciones entre 0 y 30 Km y entre y Km Banda de 20 a 30 MHz: permite comunicaciones entre cero y 80 Km y de los Km en adelante. Las ondas de VHF, UHF y las microondas atraviesan la atmósfera si sufrir reflexión atmosférica. Se utilizan en la transmisión vía satélite. 4 Tipos de transmisión: Polarizaciones. Vimos cómo las ondas electromagnéticas estaban compuestas por un campo eléctrico y un campo magnético perpendiculares entre sí y, al mismo tiempo perpendiculares a la dirección de propagación. Pues bien, el campo eléctrico puede ser horizontal o vertical, o ir avanzando de forma helicoidal. Es lo que se conoce como polarización de una onda o emisora. En la actualidad existen, básicamente, cuatro formas de transmitir las ondas radioeléctricas de TV:

21 Captación de señales de radiodifusión y de TV. Ondas radioeléctricas. 18 Polarización horizontal Polarización vertical Polarización mixta Polarización circular o helicoidal. Puede ser dextrógira (giro a derecha) o levógira (a izquierda) En la polarización horizontal el campo eléctrico se transmite horizontalmente y en la vertical el campo eléctrico se transmite verticalmente. En la polarización mixta se usan ambas polarizaciones Antena receptora 90º 90º 90º Figura Polarización horizontal Antena emisora El conocer el tipo de polarización que utiliza una determinada emisora es fundamental, puesto que la antena receptora habrá que situarla paralela al campo de radiación de la antena transmisora. Así, si una emisora transmite con polarización horizontal, la antena receptora hay que situarla horizontalmente. Verticalmente si la polarización es vertical. Antena receptora 90º 90º 90º Antena emisora En la polarización helicoidal, el campo eléctrico avanza en forma de hélice, pudiendo avanzar girando hacia la derecha (polarización dextrógira) o hacia la izquierda (polarización levógira) Figura Polarización vertical Antena emisora En TV terrestre se utilizan los dos primeros, si bien es más empleada la polarización horizontal. En cambio, en la transmisión vía satélite se utiliza la polarización mixta y/o la helicoidal. Antena receptora Figura Polarización helicoidal o circular 5 Las ondas reflejas En la propagación de las ondas electromagnéticas, se puede dar el caso de que éstas choquen con algún obstáculo: nubes, montañas, edificios, etc y regresen a las antenas receptoras por otro camino más largo. En este caso, las señales llegan a la antena "un tiempo" después, lo que se traduce en que en el televisor se vea la información de la señal "más tarde" que la procedente de la señal directa, provocando la llamada doble imagen. De la observación de la distancia entre la imagen directa y la reflejada y realizando determinados cálculos se puede saber a qué distancia se ha producido la reflexión. Esta imagen doble se ve a la derecha de la principal, y siempre resulta molesta. Más adelante, cuando hablemos de las antenas, veremos la forma de evitarla (si ello es posible) o, en su caso, de minimizar sus molestos efectos. El efecto de la doble imagen es más frecuente en las ciudades, porque las reflexiones se ven favorecidas por el laberinto de los edificios urbanos, pudiendo encontrarnos con antenas orientadas en cualquier dirección.

22 Captación de señales de radiodifusión y de TV. Antenas para TV terrestre. 19 Capítulo 3 Antenas de TV 1. Introducción. Para que pueda existir una transmisión o propagación de ondas electromagnéticas son imprescindibles las antenas. Tanto en el transmisor como en el receptor deberá existir una antena, cuyos fines son distintos: la misión de la antena transmisora es irradiar al aire la señal (procedente del estudio o de una fuente). la misión de la antena receptora es recibir o captar la señal que proviene del emisor (transmisor) y pasarla al receptor (televisor, en este caso). La antena emisora recibirá una señal eléctrica que ella misma convierte en señal electromagnética (onda electromagnética) que radiará al aire. Por el contrario, la antena receptora recibirá esa señal electromagnética y la convertirá en señal eléctrica. Ambas antenas deben ser apropiadas a la señal a transmitir/recibir. Nos ocuparemos en este capítulo de las antenas de recepción de señales de Televisión, y dentro de ella, de la recepción vía terrestre. 2 La antena elemental receptora: el dipolo. Una antena elemental receptora consiste en un hilo o varilla metálica adecuada que, situada convenientemente, capta la señal electromagnética procedente de otra antena emisora y origina una corriente eléctrica que es llevada al receptor. El fundamento de una antena se basa en el comportamiento de ésta como un circuito oscilante que genera una señal o corriente variable de frecuencia igual a la de la onda electromagnética que recibe o capta. El modelo básico de una antena es un dipolo de alambre cuya longitud física es igual a la mitad de la longitud de la onda que se desea recibir. Por ello se le conoce como dipolo de media onda. l = r/2 Figura 3.1: dipolo simple l = r/2 Figura 3.2: dipolo plegado El dipolo simple está formado por dos varillas rectas tal como se representa en la figura 3.1. Su frecuencia de resonancia depende de la longitud de las varillas que lo componen y vale: Velocidad de la luz ( en metros / sg) fr = en c / s Longitud de onda ( en metros / ciclo) o Hertzios V 0 V l = r/2 I La longitud total del dipolo es igual a la mitad de la longitud de la onda de resonancia (antena de media onda). Esta sería, digamos, la longitud teórica; pero como la antena -V Figura 3.3: distribución de la energía en un dipolo l

23 Captación de señales de radiodifusión y de TV. Antenas para TV terrestre. 20 (y, por tanto, el dipolo) deben ir colocados a la intemperie, hay que construirlo para que soporte el viento y la intemperie, lo habitual es que se construya de un material ligero, como el aluminio, en forma de tubo. Para este diseño, la longitud real hay que modificarla según un determinado coeficiente K que relaciona la longitud de la onda resonante y el diámetro de la varilla (véase la siguiente tabla) λr/d K 0,88 0,89 0,895 0,90 0,905 0,91 0,93 0,94 0,945 0,95 0,955 0,959 0,96 0,963 0,980 Para que el dipolo soporte mejor la intemperie, se ha plegado, como se muestra en la figura 3.2. Se conoce como dipolo plegado. Su impedancia característica es de 300 ohmios. La distribución de la energía en la antena dipolo se muestra en la figura 3.3. Como se observa la corriente es máxima en el centro del dipolo y nula en los extremos; por el contrario, la tensión es mínima en el centro y máxima en los extremos. 2.1 Diagrama de radiación/recepción de un dipolo La radiación o captación de señales de un dipolo (dependiendo de que el dipolo sea de radiación o de recepción) es máxima en la dirección perpendicular al mismo, y va disminuyendo a medida que la dirección se va acercando a la del dipolo. Quiere esto decir que la máxima radiación/captación tiene lugar a los 90 y a los 270 grados; y es mínima a los 0º y 180º. La forma de representarlo es mediante el diagrama polar que se muestra en la figura 3.4. Los dos círculos (en realidad no son superficies, sino volúmenes) se conocen como lóbulos de radiación/recepción de una antena, en este caso de un dipolo. Obsérvese que ambos lóbulos son simétricos, lo que nos indica que el dipolo puede trabajar en las dos direcciones perpendiculares a él. Es bidireccional; es decir, radia/recibe igual por delante que por detrás. 270º Detrás Dipolo 180º 90º Delante 0º Figura 3.4. Diagrama de radiación/recepción de un dipolo 3 La antena Yagi Hemos visto cómo una antena dipolo, si es de recepción, recibe las señales igualmente por delante que por detrás. Normalmente las antenas emisoras están situadas en un sitio físico determinado, por lo que dependiendo de la ubicación de la antena receptora habrá que orientarla hacia los emisores o repetidores. Por otro lado, al ser la recepción bidireccional, pudiera darse la circunstancia de que hubiera otras antenas emisoras situadas en la parte posterior de la antena dipolo, que también serían recibidas, pudiendo dar lugar a interferencias indeseadas. Interesa, en estos casos, rechazar las señales de las emisoras que procedan de detrás de la antena, y, si es posible, acentuar la recepción de las que se reciban por delante. Varias han sido las soluciones adoptadas, pero una de ellas expuesta por el japonés Yagi (léase Yagui) es la que mejores resultados ha dado y es la que impera en las antenas de TV terrestre. La antena Yagi está fundamentada sobre un dipolo plegado al que se han añadido una serie de varillas tanto por delante como por detrás del dipolo. Las varillas delanteras se denominan directores y las traseras reflectores.