MEDIDORES DE CAMPO Y ANTENAS

1. CENTRO DE PROFESORADO UBEDA Formación Profesional EspecíficaCurso: MEDIDORES DE CAMPO Y ANTENAS Código: 102320FP005

2. I. C. T. (1) Recepción de Radio y TV terrena Generalidades

3. 1.- Introducción • Consideramos las emisiones de televisión terrena como las que se reciben desde los centros emisores y repetidores situados en la superficie terrenal. • En su conjunto, en España, difunden las dos cadenas de TVE, los tres canales privados, los canales autonómicos y los canales de televisión local.

4. En el territorio andaluz, son dos las grandes empresas que se encargan de distribuir las señales de televisión por onda: • Retevisión. Emite los dos canales de TVE, las tres cadenas privadas, los canales de televisión digital terrena y las emisiones de Radio Nacional de España. • Axion. Emite los dos canales autonómicos y las emisiones de Canal Sur Radio. Diap. 4

5. En provincia de Jaén, el servicio de transmisión de TV se realiza desde los centros emisores del pico Almadén, situados en Sierra Mágina.

6. Los centros emisores de Sierra de Almadén cubren la mayor parte del territorio provincial y, además, da señal a los pequeños reemisores situados en zonas donde sus señales no llegan directamente. • Se puede observar en la imagen, el Centro emisor de Jabalcón, las dos torretas de las empresas distribuidoras Retevisión y Axion. Centro emisor Sierra de Almadén Centro emisor en Jabalcón

7. 2.- Transmisión por ondas • Los centros emisores basan su funcionamiento en la transmisión de las señales de TV mediante ondas. La figura muestra en detalle los paneles radiantes de TV en la punta de las torretas • La transmisión por ondas consiste en establecer una comunicación entre un emisor y un receptor utilizando como medio de conexión entre ellos el espacio. • A continuación vamos a dar una muy breve introducción sobre transmisión por ondas.

8. James Clerk Maxwell desarrolló un estudio teórico sobre las ondas. Posteriormente Gustav Hertz realizó experiencias con ondas en el laboratorio. • Basándose en el estudio de ambos, el científico italiano Guglielmo Marconi realizó La primera transmisión por el espacio allá por el año 1895. Guglielmo Marconi

9. Marconi investigó el hecho de que señales de alta frecuencia, enviadas a unas varillas metálicas (antena), se pueden convertir en una manifestación de energía compuesta por la combinación de un campo magnético y eléctrico que puede desplazarse por un medio no sólido como puede ser la atmósfera. Estas manifestaciones de energía fueron denominadas ondas electromágnéticas. Rojo = Campo magnético Azul = Campo eléctrico

10. Marconi utilizó este medio como soporte de transmisión de una información útil como puede ser la voz.

11. Antena emisora Antena receptora Altavoz Micrófono Transmisor Receptor De esta forma aparece la transmisión vía radio

12. Cámara Transmisor Televisor Posteriormente se planteó el reto de transmitir imágenes usando este mismo medio, dando lugar a la aparición de la televisión en 1925, y la televisión en color en 1946.

13. Señal útil A transmitir Al transmisor Modulación Señal de alta frecuencia + señal útil a transmitir Señal de alta frecuencia • La modulación juega un papel muy importante en las transmisiones, ya que es el proceso mediante el cual hacemos que una señal eléctrica de alta frecuencia nos sirva de vehículo para transportar en ella la información útil a transmitir.

14. Al transmisor Modulación Moduladora Portadora modulada Portadora • La señal útil a transmitir se denominará señal moduladora (m), la señal de alta frecuencia se llamará portadora (P), y finalmente, la señal que se envía al transmisor se denominará portadora modulada.

15. 2.1.- Propagación de las señales de TV • El hecho de que una onda emitida por una antena se desplace por el espacio se denomina propagación. • Son varias las formas de propagación de las ondas electromagnéticas, pero las correspondientes a señales de televisión se realizan por onda directa. Esto supone que entre la antena de transmisión y recepción ha de existir una línea recta, o dicho de otra manera, las antenas se tienen que ”ver” la una a la otra.

16. La dirección de propagación es aquella en la cual se transmite la onda. En una antena o dipolo simple la propagación es omnidireccional. Con elementos adicionales, las antenas pueden concentrar su dirección de propagación (se hacen directivas) en función de la zona a la que se desee dar cobertura. Esto, define el diagrama de radiación de una antena. • Los paneles radiantes de televisión concentran su dirección en un ángulo aproximado de 90º. • Con la combinación de varios paneles podemos obtener diagramas de radiación de 180-270 o 360 º. Un panel radiante Diap. 16 Tres paneles radiantes

17. 2.2.- Polarización de una antena • La polarización se define como el plano que ocupa el campo eléctrico de la onda electromagnética emitida, respecto al plano de tierra. • El campo eléctrico coincide con el plano que ocupa la antena en la dirección de propagación • Si la posición de la antena es perpendicular al plano de tierra, se dice que está en polarización vertical. La figura adjunta muestra como emite una antena en esta polarización Diap. 17

18. Si, por el contrario, la antena se sitúa en un plano paralelo al de tierra, se dice que está en polarización horizontal. En este caso, el campo eléctrico es paralelo al de tierra y el magnético perpendicular al mismo. • En las transmisiones de TV, se utiliza la polarización horizontal. La figura adjunta muestra el interior de un panel radiante de TV. Se puede observar la colocación en posición horizontal de los elementos que irradian la señal. • El hecho de emitir en polarización horizontal implica que todas las antenas receptoras han de montarse polarizadas horizontalmente para poder recibir correctamente la señal. Diap. 18

19. 2.3.- Potencia de transmisión Unidad de medida en transmisión. • La potencia de transmisión es la capacidad de un equipo emisor de enviar una mayor o menor cantidad de señal a la antena. • La potencia de transmisión determina una mayor o menor cobertura de superficie donde llega la señal transmitida. • Su unidad es el watio o el dBm. • Los transmisores se fabrican desde muy pocos watios para cubrir zonas pequeñas como alguna localidad, y también se construyen de grandes potencias para cubrir zonas muy extensas. Transmisor de 10 Kw. Diap. 19

20. 3.- Estructura de un canal de televisión analógico Señal de vídeo Transmisor vídeo Cámara Televisor Señal de audio Transmisor audio • En transmisión de televisión analógica, son dos las señales moduladoras que se han de enviar al receptor. Una es la de audio o sonido y la otra es la de video o imagen. • Cada una de ellas utiliza una portadora diferente. Además, cada portadora va acompañada de unas frecuencias adyacentes a la misma, que también se han de transmitir. Éstas se denominan bandas laterales. Diap. 20

21. B L S 5 MHz 1 MHz CANAL (β) = 8 MHz • El conjunto de la portadora de video, portadora de sonido y las bandas laterales de ambas, configuran el canal de televisión. • Como se observa en la figura, la portadora de vídeo se acompaña de la banda lateral superior (BLS) y de tan solo un resto de la banda lateral inferior. De ahí el nombre que recibe de banda lateral residual (BLR). Por encima de la portadora de sonido se deja 1 MHz como protección • Asimismo, la portadora de audio se acompaña de sus dos bandas laterales. El conjunto un canal de TV ocupa un ancho de banda de 8 MHz.

22. 484,75 487,25 476,75 478,25 492,75 471,25 494 MHz 486 MHz 478 MHz 470 MHz Canal 21 Canal 22 Canal 23 • Los canales se van configurando uno a continuación del otro de forma que se aproveche al máximo toda la banda de transmisión, pero sin que los canales se interfieran entre ellos. En la figura se muestran los canales 21,22 y 23 correspondientes a la banda de UHF.

23. Pv=Portadora de video Pa=Portadora de audio Pc=Subport. de color Pa Nicam= Portadora de audio NICAM • La figura adjunta muestra la configuración de los canales de la norma G. En ella se muestran las diferencias de nivel que ha de existir entre las señales que componen la transmisión. El dato que más se ha de tener en cuenta es la diferencia de nivel que ha de haber entre la portadora de vÍdeo (Pv) y la de sonido (Pa). Esta diferencia ha de ser de 10 dB Diap. 23

24. La transmisión de las señales de televisión analógicas se realiza en la banda de UHF. Utiliza un segmento de frecuencias comprendido entre 470 y 862 MHz, que comprende los canales 21 al 69. Las transparencias siguientes muestran el plan de frecuencias para las transmisiones de televisión analógicas. • Este segmento está dividido en dos bandas. • La banda IV, cuyas frecuencias están comprendidas entre 470 y 606 MHz. Canales 21 al 37 • La banda V, cuyas frecuencias van de 606 a 862 MHz. Canales 38 al 69

25. Banda IV

26. Banda V(sigue)

27. Banda V

28. 4.- Estructura de un canal de televisión digital • Al igual que las transmisiones analógicas, la transmisión de las señales DVB-T para la TDT se realiza en la banda de UHF. Utiliza un segmento de frecuencias comprendido entre 470 y 862 MHz, que comprende los canales 21 al 69. Ver transparencia siguiente. • Este segmento está dividido en dos bandas. • La banda IV, cuyas frecuencias están comprendidas entre 470 y 606 MHz. Canales 21 al 37 • La banda V, cuyas frecuencias van de 606 a 862 MHz. Canales 38 al 69 • Como ya se ha dicho anteriormente, la modulación es del tipo COFDM. Este estándar define dos diferentes modos de transmisión según el número de portadoras utilizadas. El modo 2K utiliza 1705 portadoras mientras que el modo 8K utiliza 6817. En el punto 7 de esta presentación ya se comentó que el sistema de modulación utilizado en España para las transmisiones de TDT es el COFDM 8K.

29. UHF UHF Banda IV Banda V Banda V Plan de frecuencias para transmisiones de TDT en España

30. La modulación COFDM 8K se compone de 6817 portadoras. Cada una de ellas está moduladas en 64-QAM, por lo que los símbolos que se generen portarán 6 bits de información cada uno. (Ver modulación 64-QAM) Las portadoras están separadas entre si 1116 Hz. El ancho de banda del canal queda determinado por el producto del número de portadoras y la separación entre ellas Ancho de banda β = 6817 x 1116 = 7,607 MHz. • Si a este ancho de banda le sumamos un pequeño margen de protección a cada lado del mismo, el ancho de banda del canal más la protección será de 8 MHz. • De las 6817 portadoras, 6048 son de información y 769 para el sistema.

31. 6817 portadoras Margen de protección Margen de protección f 6048 portadoras de información 769 portadoras de sistema β: 7,61 MHz β: 8 MHz • En la figura adjunta podemos observar la representación de un canal DVDT - COFDM en el dominio de la frecuencia. Se observa como las 6817 portadoras completan un ancho de banda de 7,61 MHz. También podemos ver el reparto de esas portadoras (6048 de información y 769 para el sistema). El ancho de banda total del canal es de 8 MHz.

32. Ha de estar lo más plano posible 8 MHz 6817 portadoras • Esta imagen muestra el espectro de un canal de TDT. El relleno que muestra el canal en su ancho de banda, representa las 6817 portadoras que lo constituyen. El nivel de todas las portadoras ha de ser igual, por lo que es muy importante que la parte superior del espectro se muestre lo más plana posible.

33. 6.- Unidad de medida en recepción de TV • El proceso de conversión de una señal de alta frecuencia en ondas electromagnéticas a través de una antena emisora, es reversible. Al situar una antena receptora en el radio de acción de una onda electromagnética, ésta, captará dicha onda y la convertirá en señal eléctrica, conservando las mismas características de frecuencia y modulación que la onda captada. • El nivel de señal captado por la antena receptora es muy pequeño comparado con el emitido, debido a la gran dispersión de la señal radiada y a las grandes atenuaciones que sufre la misma con la distancia recorrida. Diap. 33

34. El nivel de señal captado por una antena de TV se podría expresar en μV o mV. Sin embargo no se utiliza esta forma de expresión: • Por lo engorroso que resulta manejarla a la hora de realizar cálculos con atenuaciones y ganancias. • Porque la respuesta nivel de tensión/calidad de imagen no es lineal sino logarítmica. (Para que el efecto sobre la calidad de imagen se duplique, la señal ha de ser diez veces mayor) • Por las razones anteriores, para expresar el nivel de señal en recepción de TV se utiliza el dBμV, que es una expresión logarítmica que representa el nivel de una señal en comparación con un valor de referencia que es 1μV. • Cualquier nivel de tensión (V) se puede expresar en dBμV mediante la expresión: V dBμV = 20 log ------------------ 1 μV Diap. 34

35. P. Ej. 1 mV expresado en dBμV equivale a: 1 mV dBμV = 20 log ------------------ = 20 log 1000 = 60 dBμV 1 μV • Utilizar el dBμV facilita los cálculos con atenuaciones y ganancias de señal, ya que éstos se reducen a realizar simples sumas y restas. • Existen unos márgenes de nivel de señal considerados como óptimos para que un televisor se vea correctamente. Para realizar cálculos de sistemas de captación de señales de radio y televisión (antenas colectivas), marcaremos un nivel medio entre esos márgenes y que son los siguientes: • Para televisión analógica: 66 dBμV • Para televisión digital: 51 dBμV Diap. 35

36. La siguiente tabla muestra la conversión de niveles de tensión a dBμV y a dBm. • El instalador antenista ha de familiarizarse con el uso del dBμV y mentalmente saber que: • Un incremento de 6 dB significa que el nivel de tensión se ha doblado ( 1 mV = 60dBμV y 2 mV = 66 dBμV) • Un incremento de 20 dB significa que el nivel de tensión se ha multiplicado por 10 ( 1 mV = 60dBμV y 10 mV = 80 dBμV) 273,65 mV 0 dBm 108,7 dBμV Diap. 36

37. Además del nivel de señal, la calidad de imagen dependerá en gran medida de un parámetro denominado relación señal/ruido (S/N) o Portadora/ruido (Carrier Noise - C/N). Este parámetro determina la diferencia entre el nivel o potencia de la señal y el del ruido que acompaña a la señal, ambos expresados en dB. • Los niveles óptimos de relación señal ruido para las transmisiones terrenas son: • Transmisiones analógicas: 43 dB • Transmisiones digitales (TDT) : 28 dB Diap. 37

38. El instrumento que se utiliza para realizar medidas en instalaciones de antena se denomina medidor de campo. Entre otras muchas funciones, nos puede medir el nivel de una señal y expresar la medida en niveles de tensión, en dBμV o en dBm. También puede mostrar la estructura de los canales de TV en su función como analizador de espectros, medir la relación señal/ruido (S/N), visualizar las imágenes, y determinar parámetros digitales. Diap. 38

39. Diap. 39