introducción a las comunicaciones por radiofrecuencia

INTRODUCCIÓN A LAS
COMUNICACIONES POR
RADIOFRECUENCIA
Centro CFP/ES
CAMPOS EN ELECTRÓNICA
COMUNICACIONES
SISTEMAS ELECTRÓNICOS DE AYUDA A
LA NAVEGACIÓN
DISPOSITIVOS
ELECTRÓNICOS
PROGRAMABLES
INSTRUMENTACIÓN
ELECTRÓNICA:
Microprocesadores,
Microcontroladores
ELECTRÓNICA ANALÓGICA
ELECTRÓNICA DIGITAL
Información analógica
Información digital
Tensiones de alimentación
± 12 V, +5 V, +3.3 V
V
V
1
0
1
1
1
ELECTRÓNICA DE POTENCIA
t
SISTEMAS
ELECTRÓNICOS PARA
ILUMINACIÓN
1
1
0
1
1
Lámparas, balastos
Manipular la energía eléctrica
t
SISTEMAS DE
ALIMENTACIÓN
ELECTRÓNICOS
Temas
específicos
COMPONENTES ELECTRÓNICOS
ACCIONAMIENTOS DE
MOTORES ELÉCTRICOS
Formación básica
Análisis de circuitos electrónicos
Tracción eléctrica
MICROELECTRÓNICA
Base formativa
Circuitos Integrados
Fabricación y diseño CI
1
CONCEPTOS BÁSICOS
La comunicación es un concepto amplio que engloba a cualquier sistema de transferencia de
información entre dos puntos.
En nuestro caso la información está contenida en alguno de los parámetros (amplitud, frecuencia,
desfase) de una señal eléctrica (tensión o corriente).
Medios habituales de comunicación son:
Cables eléctricos (par trenzado, cable coaxial, etc)
Ondas electromagnéticas (Radio, enlaces de microondas)
Señales ópticas (Infrarrojos)
Información
Transmisión de la información a distancia
Medio
físico
Transmisor
Receptor
Información
TRANSMISIÓN RADIOELÉCTRICA
Antena
Información
Transmisor
Receptor
Línea de
transmisión
Antena
Línea de
transmisión
Información
2
TRANSMISIÓN SIMPLEX
Información
Antena
Receptor
Transmisor
Antena
Información
Información
Ejemplo: Mando a distancia de garaje
TRANSMISIÓN SEMIDUPLEX
Información
Antena
Antena
Información
Transmisor
Transmisor
Receptor
Receptor
Conmutador
Conmutador
Información
Información
Antena
Antena
Información
Transmisor
Transmisor
Receptor
Receptor
Conmutador
Conmutador
Información
3
TRANSMISIÓN SEMIDUPLEX
Información
Antena
Antena
Información
Transmisor
Transmisor
Receptor
Receptor
Conmutador
Conmutador
Información
Ejemplo: radioteléfono
TRANSMISIÓN DUPLEX
Información
Información
Información
Información
Transmisor f1 +
Filtro
Transmisor f2 +
Filtro
Receptor f2+
Filtro
Receptor f1 +
Filtro
Antena
Antena
Ejemplo: teléfono inalámbrico
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TRANSMISIÓN DUPLEX
Opciones para enviar y recibir de forma simultanea:
Multiplexación en frecuencia (FDD).
Cada mensaje va en un canal (banda de frecuencias)
Multiplexación en el tiempo (TDD).
Solo se utiliza una frecuencia y se reparten el tiempo de transmisión
ONDA ELECTROMAGNÉTICA
En el entorno de un conductor por el que circula una corriente aparecen dos campos de fuerza
perpendiculares entre si: Uno eléctrico y otro magnético. El conjunto se denomina campo
electromagnético que se propaga a la velocidad de la luz (c = 3. 108 m/s) en dirección
perpendicular a los dos campos.
H
I
I
+
-
E
Campo magnético
E
H
Campo eléctrico
Sentido de
propagación
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PARÁMETROS ONDA
ELECTROMAGNÉTICA

T
t
x
 = longitud de onda
 = C. T
T = periodo
C = . f
T = 1/f
f = frecuencia
c = velocidad ( 3.108 m7s)
La longitud de onda () es la distancia entre dos frentes de onda.
POLARIZACIÓN ONDA
ELECTROMAGNÉTICA
Dirección de
propagación
E
E
-
+
H
Dirección de
propagación
H
+
ANTENA VERTICAL
ANTENA HORIZONTAL
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POLARIZACIÓN ONDA
ELECTROMAGNÉTICA
Se componen de dos campos (E, H) perpendiculares entre si y que
a su vez son perpendiculares a la dirección de propagación
Velocidad de propagación C=λ·Frec (C=3·108 m/s)
ESPECTRO ONDA
ELECTROMAGNÉTICA
Ultravioleta
1015 Hz
Medios
Aplicaciones
Rayos láser
Experimental
radio en microondas
Experimental
Navegación
Satélite a satélite
Repetidor de microondas
Tierra a satélite
Radar
visible
Infrarrojo
Fibra óptica
10-6 m
1014 Hz
Ondas milimétricas
Frecuencias super altas (SHF)
100 GHz
Guías de onda
Frecuencias ultra altas (UHF)
1 cm
Radio en onda corta
Frecuencias muy altas (VHF)
10 cm
10 GHz
Frecuencias Altas (HF)
Frecuencias Medias (MF)
Cable coaxial
1 GHz
radio en onda larga
1m
Frecuencias Bajas (LF)
100 MHz
10 m
Frecuencias muy bajas (VLF)
Audio
UHF TV
Moviles, aeronáutica
VHF TV y FM
Radio Móvil
Negocios
Radio aficionados
internacional
Banda Civil
Radiodifusión AM
Aeronáutica
Cable submarino
Navegación
Radio transoceánica
Teléfono
Telégrafo
Par de alambres
10 MHz
100 m
10 MHz
1 Km
100 KHz
10 Km
10 KHz
100 Km
1 KHz
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ESPECTRO ONDA
ELECTROMAGNÉTICA
Espectro electromagnético
Todos los cuerpos emiten radiación y el tipo
de radiación que emiten depende de la
energía que posee cada cuerpo: el sol emite
con una energía diferente a la que pueda
emitir una lámpara, aunque sean de la
misma naturaleza.
La luz es una onda electromagnética así
como las ondas de radio. Todas las diferentes
ondas se encuentran agrupadas en un
espectro que contiene todo el rango de
radiación desde la luz visible a la no visible
como: infrarrojos, ultravioletas, o rayos tan
energético y peligrosos como los rayo
gamma, los rayos X o las microondas.
En sistemas de comunicación, navegación o
emisión de televisión se trabaja con
frecuencias comprendidas entre 300 MHz y
3000 Mhz, que expresado en longitud de
onda es de 1 m a 0,1 m.
LONGITUD DE ONDA
El término longitud de onda se utiliza
cuando se habla de ondas que se
transmiten por el aire, como por
ejemplo las ondas de radio o
televisión y que tienen una frecuencia
muy elevada.
Resulta más fácil entonces definirlas
por su longitud que es la distancia
(expresada generalmente en metros)
que recorre un ciclo completo de la
onda en el espacio. Por ejemplo: una
longitud de onda de 1 metro significa
que la onda recorre en el espacio un
metro de una cresta a otra, lo cual da
una idea de su velocidad o frecuencia.
Cuanto mayor es la frecuencia, menor
será la longitud de onda.
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ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO
Radar
Microondas
Infrarrojo
DC
50
20K
300
Voz
Audio
2M
4M
Radio
Hectométricas
BLU
103
Socorro = 2182 KHz
22M
156M
162M
1G
10G
100G
109
1010
1011
Rayos
Cósmicos
Visible
1012
1013
1014
UV
1015
1016
f
RADAR MARINO
Decamétricas
BLU
Banda X: 5.2 - 10.9 GHz
FM
(VHF)
Banda S: 1.65 - 5.2 GHz
dB
C15
156.80MHz
156.76M
C16
156.80M
C17
156.85M
f
f
25 KHz
25 KHz
Canal 16
(Socorro)
ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO
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ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO:
NOMENCLATURA
ANTENAS
Una antena es un dispositivo capaz de emitir o recibir ondas de radio.
Está constituida por un conjunto de conductores diseñados para radiar (transmitir) un campo electromagnético
cuando se le aplica una fuerza electromotriz alterna.
De manera inversa, en recepción, si una antena se coloca en un campo electromagnético, genera como respuesta
a éste una fuerza electromotriz alterna.
El tamaño de las antenas está relacionado con la longitud de onda de la señal de radiofrecuencia transmitida o
recibida, debiendo ser, en general, un múltiplo o submúltiplo exacto de esta longitud de onda.
Por eso, a medida que se van utilizando frecuencias mayores, las antenas disminuyen su tamaño.
Asimismo, dependiendo de su forma y orientación, pueden captar diferentes frecuencias, así como niveles de
intensidad.
Su longitud es un múltiplo entero de la semi-longitud de onda.
l  n

n = 1,2,3,....
Como
2
150
l  n
en metros
f ( MHz )
f 
c
y c = 3. 108 m/s

A mayor frecuencia
menor es el tamaño
de la antena
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ANTENAS
La corriente eléctrica en un conductor abierto origina una radiación de energía electromagnética al espacio.
I
R
R
C
I
C
Antena Horizontal
Antena Vertical
ANTENAS
Antena isotrópica: Radia con igual intensidad en todas la direcciones (Concepto ideal)
Antena directiva: Radia con mas intensidad en determinadas direcciones
Antena Omnidireccional: Es una aproximación al concepto de antena isotrópica. La proyección acimutal
de su diagrama de radiación es una circunferencia.
Diagrama de radiación
de una antena vertical
Proyección cenital
Proyección acimutal
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ANTENAS
Antena
omnidireccional
Antena bidireccional
Antena Unidireccional
Lóbulo secundario
Lóbulo principal

 Angulo de abertura d la antena
Diagrama de radiación de una antena real
PROPAGACIÓN ONDAS
ELECTROMAGNÉTICAS
Altura del emisor
Altura del receptor
ht
hr
dt
dr
d
d  dt  dr  2  ht  R  2  hr  R
R = radio terrestre (6.400 Km)
d  1.9267  ( ht  hr )
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PROPAGACIÓN ONDAS
ELECTROMAGNÉTICAS
PROPAGACIÓN ONDAS
ELECTROMAGNÉTICAS
13
PROPAGACIÓN ONDAS
ELECTROMAGNÉTICAS
PROPAGACIÓN ONDAS
ELECTROMAGNÉTICAS
14
TRAYECTORIA ONDAS
ELECTROMAGNÉTICAS
TRAYECTORIA ONDAS
ELECTROMAGNÉTICAS
15
TRAYECTORIA ONDAS
ELECTROMAGNÉTICAS
SISTEMAS DE COMUNICACIONES:
SIN PORTADORA
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SISTEMAS DE COMUNICACIONES:
MODULACIÓN
SISTEMAS DE COMUNICACIONES:
MODULACIÓN
17
SISTEMAS DE COMUNICACIONES:
MÉTODOS BÁSICOS MODULACIÓN
SISTEMAS DE COMUNICACIONES:
MÉTODOS BÁSICOS MODULACIÓN
18
SISTEMAS DE COMUNICACIONES:
MODULACIÓN AM
SISTEMAS DE COMUNICACIONES:
MODULACIÓN AM
19
SISTEMAS DE COMUNICACIONES:
MODULACIÓN FM
SISTEMAS DE COMUNICACIONES:
MODULACIÓN FM
20
SISTEMAS DE COMUNICACIONES:
MODULACIÓN FM
SISTEMAS DE COMUNICACIONES:
MODULACIÓN DE FASE PM
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SISTEMAS DE COMUNICACIONES:
MODULACIÓN DIGITAL: ASK
SISTEMAS DE COMUNICACIONES:
MODULACIÓN DIGITAL: FSK
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SISTEMAS DE COMUNICACIONES:
MODULACIÓN DIGITAL: PSK
SISTEMAS DE COMUNICACIONES:
RESUMEN MODULACIÓN DIGITAL
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COMUNICACIÓN DE RADIO:
VOZ HUMANA
COMUNICACIÓN DE RADIO:
BANDAS DE FRECUENCIA
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COMUNICACIÓN DE RADIO:
BANDAS DE FRECUENCIA
COMUNICACIÓN DE RADIO:
BANDAS DE FRECUENCIA
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COMUNICACIÓN DE RADIO:
DENOMINACIÓN DE EMISIONES
MODULACIÓN POR IMPULSOS
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MODULACIÓN POR IMPULSOS
MODULACIÓN POR ANCHO DE
PULSO (PWM)
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MODULACIÓN POR POSICIÓN DE
PULSO (PPM)
MODULACIÓN POR PULSOS
CODIFICADOS(PCM)
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PRÁCTICA 1: COMPROBACIÓN
MÓDULOS RF
El Objetivo de esta práctica es comprobar el funcionamiento de los módulos de RF
WIZ-SML-IA.
Características:
1. Son transceptores para la transferencia de datos
punto a punto en el modo half-duplex, vía radio
frecuencia (RF).
2. Es necesario disponer de un interface RS232
3. Alimentación 5V
4. Transceptor de 100Kbps y uC que administra
protocolo
5. Antena construida sobre el propio circuito impreso
6. 2 leds de señalización (alimentación y transferencia
de datos).
PRÁCTICA 1: COMPROBACIÓN
MÓDULOS RF
A continuación se expone el conector del módulo WIZ-SML-IA.
También dispone de unos switch de configuración
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PRÁCTICA 1:
Funcionamiento del Módulo RF
A continuación se expone el conector del módulo WIZ-SML-IA.
La comunicación serie RS232 entre el módulo y el PC (o similar) se realiza con 1 bit de
inicio, 8 bits de datos, 1 bit de stop y sin paridad.
Los datos no pueden exceder los 96 bytes
El tiempo T de transmisión por RF entre un paquete y el siguiente se calcula según la
siguiente fórmula:
T=3.6mS + [(Nº de bytes+2) * 0.156]
Ejemplo 1: tamaño de la cadena 1 byte
Tiempo de transmisión T=4.1mS; (T=3.6+[(1+2)*0.156])
Ejemplo 2: tamaño de la cadena 32 bytes
Tiempo de transmisión T=8.9mS; (T=3.6+[(32+2)*0.156])
PRÁCTICA 1:
Software de funcionamiento
Módulo RF
Para su gestión y control se puede emplear cualquier software de comunicaciones
como puede ser el Hiperterminal que se incluye en Windows.
A pesar de ello el fabricante dispone de un software libre que lo podéis bajar desde
el siguiente link:
https://docs.google.com/file/d/0B6UWkqxoeNcNNmE5Y2ZhZjMtOGE4Yi00NWMwLWE3ZDkt
NTdkZjYwNDliZDhj/edit?hl=es
Una vez instalado el software deberemos seguir los siguientes pasos:
1. Montar el siguiente circuito utilizando la placa Trainer PIC:
30
PRÁCTICA 1:
Software de funcionamiento
Módulo RF
2.
Montar otro igual para conectar al segundo ordenador
3. Conectar el puerto serie a cada una de las placas.
PRÁCTICA 1:
Software de funcionamiento
Módulo RF
4.
Ejecutar el programa en cada ordenador y configurarlo para 9600 baudios
5.- Escribir texto en el modo chat. También se pueden enviar ficheros de texto
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PRÁCTICA 2:
Aplicación control de cargas
mediante Módulos RF
La práctica en cuestión deberá hacer lo siguiente:
Imaginemos que, desde un terminal, se desea comandar el movimiento de una
estructura móvil, según la siguiente tabla:
TECLA MOVIMIENTO
----- ---------Q Adelante
A Atras
O Izquierda
P Derecha
B Parada de emergencia
La pulsación de cualquiera de ellas hace bascular el estado de las salidas RB3-RB0
que controlan los elementos motrices de la siguiente forma:
SALIDA MOVIENTO
------ -------RB0 Adelante
RB1 Atras
RB2 Izquierda
RB3 Derecha
Finalmente, el PIC devuelve al terminal el tipo de movimiento que está realizando.
PRÁCTICA 2:
Aplicación control de cargas
mediante Módulos RF
El Montaje en placas sería el siguiente:
1.- Montaje desde ordenador:
Utilizar Hyperterminal y designar puerto COM1 a 9600 baudios, N, 8, 1.
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PRÁCTICA 2:
Aplicación control de cargas
mediante Módulos RF
2.- Montaje de la placa microcontrolador tal y como se refleja en la figura
3.- Enviar desde PC comandos y ver mensaje enviado por PIC
Vcc
GND
RX
TX
PIC
Conexiones módulo RF
INTRODUCCIÓN A LAS COMUNICACIONES POR RADIOFRECUENCIA
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