Sistemas de telecomunicación

509 Pages·2007·9.933 MB·Spanish

by  Constantino Pérez Vega, José María Zamanillo Sainz de la Maza, Alicia Casanueva López

A Constantino Pérez Patiño

A nuestros alumnos…
pasados,
presentes
y futuros.

Presentación

Esta obra es, de hecho una compilación de los apuntes de clase impartidos en la
asignatura de Sistemas de Telecomunicación en la Universidad de Cantabria y con-
tiene una buena parte del material del curso. Los autores esperan y desean que el
contenido aquí presentado resulte de utilidad, no sólo a los estudiantes, sino a todos
aquellos interesados en iniciarse en algunos aspectos fundamentales de los sistemas
de comunicaciones eléctricas, particularmente en los fundamentos de los sistemas
radioeléctricos. En la medida posible, se ha prescindido de tratamientos teóricos
complicados y se ha buscado un enfoque en cierta medida, práctico.

Los textos sobre el tema tratado aquí son numerosos y muchos de ellos extraordi-
nariamente buenos, que a pesar de estar publicados hace muchos años, siguen cons-
tituyendo una fuente de referencia obligada para todos los que nos dedicamos a las
telecomunicaciones, en particular los textos clásicos de F.E. Terman, publicados
hace ya más de medio siglo y cuya vigencia sigue siendo incuestionable. En la bi-
bliografía al final de la obra se hace referencia a otros autores de no menor mérito.
Si esta obra tiene algún mérito se debe a esos autores y a muchos profesionales de
las comunicaciones que, de alguna forma, nos transmitieron sus conocimientos. A
todos ellos nuestra gratitud. Los errores que contenga, son únicamente atribuibles a
nosotros.

Los autores reconocen que esta obra tiene deficiencias, algunas de las cuales los
propios alumnos han ayudado a corregir. Aún así quedan otras que, a pesar de las
múltiples revisiones, se han pasado por alto. Por ello, los autores agradecen de an-
temano cualquier corrección, opinión o crítica que contribuyan a mejorar el mate-
rial aquí contenido.

Constantino Pérez Vega
José Mª Zamanillo Sáinz de la Maza
Alicia Casanueva López

Santander, Mayo de 2007.

I 
SUMARIO

1. Introducción a los Sistemas de Telecomunicación
1.1 Conceptos generales, 1
1.2 El concepto de canal de comunicaciones, 5
1.3 Modulación, 7
1.4 Arquitectura genérica de los sistemas de comunicaciones, 11
1.5 Señales indeseables, 14
1.6 Transmisión sin distorsión, 16
1.7 Clasificación de los sistemas de telecomunicación, 17
1.8 Sistemas radioeléctricos, 19
1.8.1 Espectro radioeléctrico, 19
1.8.2 Tipos de servicios, 21
1.8.3 Gestión del espectro radioeléctrico, 22
1.8.4 Designación de las emisiones, 24
1.8.5 Clasificación de las emisiones, 24
1.9 Sistemas de comunicaciones por cable, 28
1.9.1 Aspectos históricos, 28
1.9.2 Características generales de los sistemas de cable, 31
1.9.3 Tipos de cables, 32
1.10 Comunicaciones por satélite, 34
1.10.1 La órbita geoestacionaria, 34
1.10.2 Cobertura, 35
1.10.3 Suministro de energía, 37
1.10.4 El sistema de comunicaciones, 38
1.10.5 Potencia radiada por el satélite, 40
1.10.6 Vida útil, 41
Cuestiones para repaso, 42

2. Magnitudes Logarítmicas
Introducción, 45
2.1 Unidades logarítmicas, 45
2.1.1 Relaciones logarítmicas de potencia, 46
2.1.2 Relaciones logarítmicas de voltaje, 48
2.1.3 Relaciones logarítmicas de intensidad de campo, 50
2.2 Ganancia, 50
2.2.1 Ganancia de sistemas en cascada, 51
2.2.2 Atenuación, 52
2.3 Niveles relativos, 53
2.3.1 dBr, 53
2.3.2 dBm0, 54
II   
2.4 Ruido, 54
2.4.1 Ruido térmico, 54
2.4.2 Ruido impulsivo, 55
2.4.3 Ruido de intermodulación, 55
2.4.4 Diafonía, 56
2.5 Unidades de medida del ruido en sistemas telefónicos, 56
2.5.1 dBrn, 56
2.6 Ponderación, 56
2.7 Relación señal a ruido, 58
2.8 Relación E /N , 59
b 0
2.9 Potencia radiada y atenuación en el espacio libre, 59
2.9.1 Potencia radiada, 60
2.9.2 Atenuación en el espacio libre, 61
2.10 Otras magnitudes logarítmicas: Neper, 63
2.11 Resumen de algunas otras designaciones de unidades logarítmicas
empleadas en comunicaciones, 63
Problemas, 64

3. Circuitos Pasivos
3.1 Circuitos sintonizados en serie, 69
3.1.1 Factor de calidad, Q, 72
3.1.2 Impedancia en función de Q, 74
3.1.3 Respuesta relativa, 74
3.1.4 Respuesta a media potencia o a -3dB, 75
3.2 Circuitos sintonizados en paralelo, 76
3.2.1 Impedancia del circuito sintonizado en paralelo, 76
3.2.2 Factor Q en el circuito sintonizado en paralelo, 78
3.2.3 Ancho de banda a media potencia, 78
3.2.4 Q con carga, 78
3.3 Efecto de inercia en los circuitos resonantes, 79
3.4 Componentes empleadas en los circuitos sintonizados, 81
3.5 Efecto pelicular, 83
3.5.1 Efecto sobre la resistencia: Resistencia a c.a., 83
3.5.2 Efecto de proximidad. Efecto pelicular en bobinas, 85
3.6 Inductancia mutua, 86
3.6.1 Convención de puntos, 87
3.6.2 Coeficiente de acoplamiento, 87
3.7 Acoplamiento entre circuitos, 88
3.8 Filtros pasivos, 89
3.9 Clasificación de los filtros, 90
3.9.1 Definiciones relativas a las características de los filtros,
92
III 
3.10 Función de transferencia, 93
3.10.1 Prototipo de paso bajo, 94
3.11 Filtros prácticos, 96
3.12 Filtros basados en cristales piezoeléctricos, 98
3.12.1 Circuito equivalente, 99
3.12.2 Variaciones de frecuencia, 101
3.12.3 Separación de las frecuencias de resonancia, 102
3.12.4 Filtros prácticos con cristales, 102
3.13 Filtros de onda acústica superficial (SAW), 103
3.13.1 Pérdida de inserción en filtros SAW, 106
3.14 Combinadores y divisores de potencia, 106
3.15 Atenuadores, 111
Ejercicios y problemas, 115

4. Amplificadores, Osciladores y Mezcladores
Introducción, 119
4.1 Amplificadores, 119
4.1.1 Clasificación de los amplificadores, 120
4.1.2 Amplificadores de RF de pequeña señal, 124
4.1.3 Acoplamiento de circuitos sintonizados, 127
4.1.4 Acoplamiento inductivo, 128
4.1.5 Efecto de la carga en los transformadores, 129
4.2 Osciladores, 132
4.2.1 Principio general de funcionamiento, 132
4.2.2 Oscilador Hartley, 133
4.2.3 Oscilador Colpitts, 134
4.2.4 Osciladores a cristal, 135
4.2.5 Ajuste de frecuencia en osciladores a cristal, 139
4.2.6 Estabilidad y pureza espectral en los osciladores, 140
4.2.7 Efectos de la carga a la salida de los osciladores, 140
4.2.8 Enganche de frecuencia, 141
4.2.9 Estabilización de temperatura, 142
4.3 Mezcladores, 142
4.3.1 Teoría básica de los mezcladores, 144
4.3.2 Mezcladores pasivos, 148
4.3.3 Ganancia (o pérdida) de conversión, 149
4.3.4 Otros circuitos mezcladores, 150
4.4 Distorsión por intermodulación (IMD), 152
4.4.1 Punto de compresión de 1 dB, 153
4.4.2 Productos espurios de intermodulación, 154
4.4.3 Rango dinámico libre de espurios, 157
4.4.4 Definiciones adicionales, 158
IV   
Problemas, 162

5. Modulación de Amplitud
Introducción, 165
5.1 Modulación de amplitud, 166
5.2 Modulación de amplitud con doble banda lateral y portadora
completa (AM completa), 167
5.2.1 Espectro de la señal de AM completa, 169
5.2.2 Potencia en AM completa, 170
5.2.3 Relaciones de voltaje y corriente en AM completa, 172
5.2.4 Indice de modulación con señales no senoidales, 173
5.2.5 Ancho de banda de la señal de AM completa, 173
5.2.6 Arquitectura de los transmisores de AM completa, 174
5.2.7 Circuitos moduladores en alto nivel de AM completa, 177
5.2.8 Demodulación de AM completa, 180
5.2.9 Demodulación coherente de AM, 182
5.2.10 Representación vectorial de AM completa, 184
5.2.11 Otros métodos de modulación de amplitud con doble banda
lateral, 213
5.3 Modulación en banda lateral única (BLU o SSB), 186
5.3.1 Métodos de generación de banda lateral única, 187
5.3.2 Método del filtro, 187
5.3.3 Método de defasamiento, 190
5.3.4 Tercer método de generación de banda lateral única, 191
5.3.5 Resumen comparativo de los tres sistemas, 192
5.3.6 Transmisión con portadora piloto, 193
5.4 Modulación en cuadratura de fase, 194
5.5 Modulación de amplitud con vestigio de banda lateral, 226
5.6 Multiplexado por división de frecuencia (FDM), 198
5.6.1 Sistemas FDM de telefonía multicanal, 199
5.6.2 Portadoras piloto en FDM, 203
Cuestionario, 204
Problemas, 205

6. Modulación Angular
Introducción, 209
6.1 Conceptos generales, 209
6.2 Modulación de fase, 210
6.3 Modulación de frecuencia, 210
6.4 Espectro de frecuencias en modulación angular, 214
6.5 Potencia promedio en FM, 218
6.6 Ancho de banda en FM, 219