Читать книгу Sistema mundial de socorro y seguridad marítima - Zebensuí Palomo Cano - Страница 9
ОглавлениеLas radiocomunicaciones o comunicaciones vía radio se efectúan por medio de emisiones de ondas electromagnéticas, también denominadas hercianas, que se propagan libremente por la atmósfera atendiendo a las cualidades y propiedades físicas de ésta para unir puntos. Dicha unión la denominaremos enlace y estará formada como mínimo por un sistema transmisor (Tx), encargado de emitir o enviar la información, y un receptor (Rx), encargado de recibir dicha información.
3.1. ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO DE FRECUENCIAS
El espectro electromagnético es un compendio de frecuencias y/o longitudes de onda que van desde un valor 0 hasta el infinito (8). Con dicho espectro se puede trabajar tanto con las longitudes de onda en metros como con la frecuencia en Hercios.
Figura 3.1. Espectro electromagnético y sus valores.
3.2. CARACTERÍSTICAS DE LAS ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS
Las tres características principales de las ondas que constituyen el espectro electromagnético son:
Frecuencia (F). Se mide en hercios o ciclos/segundo.
Longitud (λ). Se mide en metros.
Amplitud (A). Se mide en voltios.
P, pico o cresta. Valor máximo de signo positivo (+) que toma la onda senoidal del espectro electromagnético cada medio ciclo a partir del punto “0”.
V, valle o vientre. Valor máximo de signo negativo (–) que toma la onda senoidal del espectro electromagnético cada medio ciclo desde el punto “0”.
T, período. Tiempo en segundos que transcurre entre el paso de dos picos, dos valles o dos puntos equidistantes de un ciclo a otro.
N, nodo. Valor “0” de la onda.
Figura 3.2. Propiedades y nombres de la onda senoidal.
Figura 3.3. Comparación de ondas senoidales.
En la onda A se pueden contar cuatro ciclos, y en la B, uno. Para comparar en frecuencia dichas ondas se puede calcular el valor en hercios que tiene cada una de ellas con la siguiente fórmula:
Donde:
F = frecuencia en hercios (ciclos por segundo).
T = tiempo en segundos.
La base de tiempo aplicable a las dos ondas es de 1 segundo. Realizando una comparación rápida, la onda A tiene un valor de 4 Hz, y la B, de 1 Hz. A simple vista parece no tener mayor importancia ya que dicha característica se aprecia fácilmente, pero lo más interesante al compararlas es la relación que existe entre la frecuencia y la longitud de onda. A medida que la frecuencia aumenta, la longitud de onda disminuye, y viceversa.
FRECUENCIA
La frecuencia de una onda responde a un fenómeno físico que se repite cíclicamente un número determinado de veces durante un segundo de tiempo, tal como puede observarse en la figura 3.2.
La frecuencia se mide en hercios (Hz), pero en ciertos momentos esta unidad puede resultar incómoda a la hora de expresar valores altos de frecuencias, por lo que se usarán múltiplos del Hz. Dichos múltiplos se utilizarán como un ancho de banda necesario y se expresarán mediante tres cifras y una letra. La letra ocupará la posición del punto decimal, representando la unidad de la anchura de banda. Esta expresión no podrá comenzar por cero ni por K, M o G.
La anchura de banda necesaria:
Entre 0,001 y 999 Hz se expresará en Hz (hercios).
Entre 1,00 y 999 kHz se expresará en kHz (kilohercios).
Entre 1,00 y 999 MHz se expresará en MHz (megahercios).
Entre 1,00 y 999 GHz se expresará en GHz (gigahercios).
LONGITUD DE ONDA
Las ondas del espectro electromagnético se propagan por el espacio de forma similar a como lo hace el agua cuando tiramos una piedra en un estanque, es decir, generando ondas a partir del punto donde cae la piedra y extendiéndose hasta la orilla.
La longitud de una onda del espectro electromagnético se representa con la letra griega lambda (λ) y su valor se puede hallar empleando la siguiente fórmula matemática:
Dónde:
λ = longitud de onda en metros.
C = velocidad de la luz en el vacío (300.000 km/seg).
F = frecuencia de la onda en hercios (Hz).
Para realizar este cálculo no hay que olvidar mantener las mismas unidades siempre, por lo que será más fácil pasar la velocidad de la luz de kilómetros a metros.
AMPLITUD DE ONDA
La amplitud constituye el valor máximo que puede alcanzar la cresta o pico de una onda. El punto de menor valor recibe el nombre de valle o vientre, mientras que el punto donde el valor se anula al pasar se conoce como “nodo” o “cero”.
3.3. GESTIÓN DE FRECUENCIAS. LA UIT
Existe una organización conocida como la ITU o UIT (Unión Internacional de Telecomunicaciones que entre otras cosas se encarga de gestionar el espectro electromagnético dividiéndolo en bandas de frecuencias, reconociendo 12 bandas de frecuencias que van desde los 3 Hz hasta los 3.000 GHz. Dichasbandas a su vez se subdividen en grupos en los que se engloban sistemas de telecomunicaciones, tomando algunos el propio nombre de la banda, tal y como sucede en el sector de las radiocomunicaciones marítimas con las de VHF, MF y HF.
A partir de ahora, una de las tareas más importantes será justamente trabajar con las distintas clasificaciones a realizar entre las bandas de frecuencias, siendo la más básica que se puede obtener, en relación con las comunicaciones, la siguiente:
Audiofrecuencia (AF). Comprende el ancho de banda de los 20 Hz a los 20 KHz.
Radiofrecuencia (RF). Se inicia normalmente a partir de la AF y su límite está en las microondas.
Microondas. Su ancho de banda está generalmente entre 300 MHz y 300 GHz.
El término radiofrecuencia, también denominado espectro de radiofrecuencia o RF, se aplica en comunicaciones a la porción del espectro electromagnético en el que se pueden generar ondas electromagnéticas aplficando corriente alterna a una antena. Dichas frecuencias cubren las siguientes bandas del espectro:
Las bandas ELF, SLF, ULF y VLF se superponen al espectro de AF (audiofrecuencia), que se encuentra entre 20 y 20.000 Hz aproximadamente. De todos modos, la audiofrecuencia se desplaza a la velocidad del sonido, en lugar de moverse a la velocidad de la luz.
3.3.1. Regulación internacional del espectro radioeléctrico
Un número considerable de organizaciones internacionales juegan un papel importante en la regulación de las telecomunicaciones, tanto a nivel global como regional: la Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT), la Oficina Europea de Telecomunicaciones (OET), la Unión Africana de Telecomunicaciones (UAT), la Comisión Interamericana de Telecomunicaciones (CITEL), el Instituto Internacional de Comunicaciones (IIC), el Foro Latinoamericano de Entes Reguladores en Telecomunicaciones (REGULATEL), el Mercado Común del Sur (MERCOSUR), el Banco Mundial, el Banco Interamericano de Desarrollo, la Cooperación Económica Asia-Pacifico (APEC) y la Organización Mundial del Comercio (OMC), entre otras.
Una descripción detallada del alcance y objetivos de cada una de las organizaciones mencionadas excede el propósito de este artículo. A fin de analizar las tendencias reguladoras usadas a nivel general, nos centraremos en dos de las organizaciones internacionales más importantes para el sector: la Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT) y la Organización Mundial del Comercio (OMC).
3.3.2. La UIT (Unión Internacional de Telecomunicaciones [ITU])
La UIT es una organización internacional perteneciente al sistema de las Naciones Unidas en la cual los gobiernos y el sector privado coordinan aspectos primordiales relacionados con los servicios y redes mundiales de telecomunicaciones. La UIT está organizada en tres grandes sectores que corresponden a sus tres principales actividades:
Sector de Radiocomunicaciones (UIT-R). Gestión de los recursos internacionales del espectro de radiofrecuencias xy la órbita de los satélites, como parte fundamental de las actividades del Sector de Radiocomunicaciones de la UIT (UIT-R).
Sector de Normalización (UIT-T). La elaboración de normas es la actividad más conocida y antigua de la UIT. Establece estándares internacionales que facilitan la compatibilidad técnica entre diferentes equipos y sistemas.
Sector de Desarrollo (UIT-D). Creado para contribuir a difundir el acceso equitativo, sostenible y con un coste razonable a las tecnologías de la información y la comunicación, ejecutando proyectos bajo el programa de desarrollo de las Naciones Unidas en países en vías de desarrollo, en especial brindando ayuda técnica.
ITU TELECOM (ITU-TELECOM). Reúne a grandes nombres de todo el sector de las telecomunicaciones y las TIC (Tecnologías de la Información y la Comunicación), así como a ministros, reguladores y muchos otros en una importante exposición, un foro de alto nivel y numerosas otras ocasiones.
La UIT tuvo su origen hace más de un siglo ante la necesidad de varias naciones de unir esfuerzos para adoptar normas comunes que se aplicarían a todos los países para facilitar así la interconexión internacional de redes de telégrafo. Más adelante, con la invención de las radiocomunicaciones, del teléfono y en un contexto de monopolios estatales predominantes, la UIT se decidió a llevar a cabo acciones en cuanto a la atribución de frecuencias y asistencia técnica a los países en desarrollo. Casi ciento treinta y cinco años después, los miembros de la UIT sostienen que los motivos que llevaron a la creación de la misma siguen siendo de actualidad, y los objetivos fundamentales de la organización son básicamente los mismos, de tal modo que afirma su vigencia a pesar de los vertiginosos cambios en el sector. Sin embargo hay quienes justamente afirman lo contrario, como veremos más adelante.
Para la correcta distribución de las frecuencias se ha dividido el mundo en regiones para la asignación de las mismas:
REGIÓN 1. La región 1 comprende la zona limitada al este por la línea A (más adelante se definen las líneas A, B y C), y al oeste por la línea B, excepto el territorio de la República Islámica de Irán situado dentro de estos límites. Comprende también la totalidad de los territorios de Armenia, Azerbaiyán, Georgia, Kazakstán, Mongolia, Uzbekistán, Kirguistán, Federación de Rusia, Tayikistán, Turkmenistán, Turquía, Ucrania y la zona al norte de la Federación de Rusia que se encuentra entre las líneas A y C.
REGIÓN 2. La región 2 comprende la zona limitada al este por la línea B y al oeste por la línea C.
REGIÓN 3. La región 3 comprende la zona limitada al este por la línea C y al oeste por la línea A, excepto el territorio de Armenia, Azerbaiyán, Georgia, Kazakstán, Mongolia, Uzbekistán, Kirguistán, Federación de Rusia, Tayikistán, Turkmenistán, Turquía, Ucrania y la zona al norte de la Federación de Rusia. Comprende, asimismo, la parte del territorio de la República Islámica de Irán situada fuera de estos límites.
Las líneas A, B y C se definen de la forma siguiente:
Línea A. La línea A parte del Polo Norte, sigue el meridiano 40° este de Greenwich hasta el paralelo 40° norte, continúa después por un arco de círculo máximo hasta el punto de intersección del meridiano 60° este con el Trópico de Cáncer y, finalmente, por el meridiano 60° este hasta el Polo Sur.
Línea B. La línea B parte del Polo Norte, sigue el meridiano 10° oeste de Greenwich hasta su intersección con el paralelo 72° norte, continúa luego por un arco de círculo máximo hasta el punto de intersección del meridiano 50° oeste con el paralelo 40° norte, sigue de nuevo un arco de círculo máximo hasta el punto de intersección del meridiano 20° oeste con el paralelo 10° sur y, por último, por el meridiano 20° oeste hasta el Polo Sur.
Línea C. La línea C parte del Polo Norte, sigue el arco de círculo máximo hasta el punto de intersección del paralelo 65° 30’ norte con el límite internacional en el estrecho de Bering, continúa por un arco de círculo máximo hasta el punto de intersección del meridiano 165° este de Greenwich con el paralelo 50° norte, sigue de nuevo un arco de círculo máximo hasta el punto de intersección del meridiano 170° oeste con el paralelo 10° norte, continúa por el paralelo 10° norte hasta su intersección con el meridiano 120° oeste y, finalmente, por el meridiano 120° oeste hasta el Polo Sur.
La parte correspondiente a Nicaragua (NACIONAL) está conformada por una columna donde (al igual que en la parte INTERNACIONAL) se representan los SERVICIOS Y NOTAS NACIONALES.
Figura 3.4. Regiones de asignación de frecuencias.
3.4. Modulación de se ñales
A la hora de realizar la transmisión de una información, rara vez la frecuencia de dicha información tiene una forma o característica adecuada para su emisión. Dicho inconveniente surge de manera más frecuente al usar frecuencias de transmisión altas o querer enviar cada vez más información. Para solventar dicho problema se recurre a “insertar” señales de baja frecuencia (información) en otras de radiofrecuencia o RF de ahora en adelante. Dicho procedimiento se conoce con el nombre de modulación y requiere siempre de tres componentes o señales básicas que son:
La portadora. Señal de radiofrecuencia que sirve de soporte para el viaje de la información.
La moduladora. Señal de baja frecuencia que dará forma a la portadora.
La modulada. Señal resultante del proceso de modulación. Esta señal será la transmitida.
LA MODULACIÓN ES LA ALTERACIÓN SISTEMÁTICA DE LAS CARACTERÍSTICAS DE UNA SEÑAL PORTADORA DE ACUERDO CON LAS CARACTERÍSTICAS DE LA SEÑAL MODULADORA.
Figura 3.5. Proceso de modulación en amplitud (AM).
Una portadora es una señal senoidal de mayor frecuencia en la que uno de sus parámetros, ya sea la amplitud, frecuencia o fase, varía en proporción a la señal moduladora (t). De acuerdo con esto se obtiene la modulación en amplitud (AM), la modulación en frecuencia (FM) o la modulación en fase (PM). La siguiente figura muestra una señal de banda base s(t) y las formas de onda correspondientes a la modulación en amplitud (AM) y en frecuencia (FM).
Figura 3.6. Modulación de señales.
3.4.1. ¿Cómo se modula?
Hoy en día, los procesos de modulación, y otros tantos procedimientos que realiza un aparato de comunicaciones, se realizan a través de dispositivos electrónicos semiconductores con características no lineales
(diodos, transistores, válvulas de vacío), resistencias, inductancias, condensadores y combinaciones entre éstos, o para aumentar las posibilidades de los sistemas de comunicaciones con circuitos integrados procesadores de señales (DSP). Éstos realizan procesos electrónicos cuyo funcionamiento es descrito desde su representación matemática:
s(t) = A sen (ωt + ∆)
Donde:
S: variación senoidal en el tiempo (voltios).
A: amplitud de la portadora (voltios).
W: frecuencia angular de la portadora; también se representa como 2 π f (rad/seg).
:ángulo de fase de la portadora (rad).
Para realizar u obtener un sistema modulado en AM, la variación se aplicará sobre A, variando así valores de voltaje. Si se quiere modular en FM, la variación se aplicará sobre w, y si se quiere modular en PM, la variación se realizara sobre .
Amplitud:
Frecuencia:
Fase:
Donde: = pulsación de la portadora; = pulsación de la moduladora; M= índice de modulación; = tensión de la portadora; = desviación de fase.
3.4.2. Tipos de modulaciones
Las modulaciones vistas hasta ahora (AM, FM y PM) pertenecen al conjunto de modulaciones con señales analógicas y son las básicas o principales, aunque existen bastantes más que son descritas más adelante. Hoy en día, los procesos de modulación en los sistemas trabajan internamente con señales digitales, las cuales ofrecen como principal ventaja una mayor inmunidad al ruido o interferencias, y una mayor posibilidad de trabajo y rendimiento en los sistemas que las utilicen. Por lo tanto se describirá a continuación lo que es una señal analógica y una digital.
Señal analógica. Una señal analógica es un voltaje o corriente que varía uniformemente. Una onda senoidal es una señal analógica de una sola frecuencia. Las señales de voz, luz y vídeo son señales analógicas.
Señal digital. Las señales digitales, en comparación con las analógicas, no varían de forma continua sino que cambian en pasos o saltos (bits). Las señales digitales utilizan códigos binarios o de dos estados unos y ceros (1 y 0).
Figura 3.7. Digitalización de señales.
Para cada uno de los tipos de modulaciones analógicas explicadas existe una digitalización. Dicha conversión a digital se muestra en el siguiente cuadro junto con su descripción y acrónimo.
3.4.3. Otros tipos de modulaciones
Debido a la variedad de información, frecuencias y sistemas de comunicaciones que se han utilizado y se utilizan hoy en día en las comunicaciones marítimas, el abanico de modulaciones que se puede llegar a usar es amplio, siendo usado por los operadores en los sistemas más modernos sin que éstos tengan conocimiento real del tipo de modulación utilizado.
Modulaciones analógicas:
Modulación en doble banda lateral (DSB1).
Modulación de amplitud (AM).
Modulación de frecuencia (FM).
Modulación de fase (PM).
Modulación banda lateral única (SSB o BLU).
Modulación banda lateral única superior (USB o BLU-S).
Modulación banda lateral única inferior (LSB o BLU-I).
Modulación de banda lateral vestigial (VSB, VSB-AM o BLV).
Modulaciones analógicas empleando técnicas de modulación por impulsos:
Modulación por impulsos codificados (PCM).
Modulación por anchura de pulsos (PWM).
Modulación por duración de pulsos (PDM).
Modulación por amplitud de pulsos (PAM).
Modulación por posición de pulsos (PPM).
La transmisión en teletipo o télex (RTTY y variantes) puede ser considerada como una forma simple de modulación por impulsos codificados. Hoy en día, con las técnicas usadas por los sistemas, la modulación más típica en la FSK.
Modulaciones digitales:
Modulación por desplazamiento de amplitud (ASK).
Modulación por desplazamiento de frecuencia (FSK).
Modulación por desplazamiento de fase (PSK).
•Modulación por desplazamiento de amplitud y fase (APSK o APK).
•Modulación de amplitud en cuadratura (QAM).
•Modulación por división ortogonal de frecuencia (OFDM), también conocida como “Modulación por multitono discreto” (DMT).
3.5. CLASES DE EMISIONES Y CANAL DE COMUNICACIONES
Hasta este punto, las frecuencias y/o señales se han explicado teniendo como principal método el dominio del tiempo, que describe el funcionamiento de las señales basándose en la amplitud en voltios y el tiempo en segundos. Dicho dominio se vuelve poco operático a la hora de describir o trabajar con señales que tengan frecuencias altas, ya que lo que se busca es una visualización del ancho de banda y el tipo de modulación usado de forma gráfica. Para ello existe otra forma de trabajo conocida como dominio de la frecuencia, en la que la base será la frecuencia en hercios y el nivel en decibelios (dB).
Otro concepto útil para trabajar en el dominio del tiempo es el banda o canal de comunicación, que se describe como el espacio entre dos frecuencias ocupado por un mismo bloque de información tal y como se muestra en la figura 3.8, con un canal de audio que va desde los 350 hasta los 2.700 Hz, el cual contiene información en la banda de las audiofrecuencias.
Siempre que se analice una emisión hay que tener en cuenta la frecuencia central (fc) y las bandas laterales, inferior y superior (si alguna de ellas o las dos estuvieran presentes). En la figura 3.8 se muestra el espectro radioeléctrico de una señal con una frecuencia central de 2.182 KHz comparándola con el ancho de banda de audio de un equipo comercial de banda marina de MF. Por lo tanto, queda claro que la clase de emisión de una señal va relacionada con un ancho de banda y con una clase de modulación.
Figura 3.8. Ancho de banda de audio en el dominio de la frecuencia.
Uno de los usos rápido y gráfico que se hace del dominio de la frecuencia es dar a cada tipo de modulación un acrónimo denominado “clase de emisión”; se clasifican atendiendo a sus características esenciales y opcionalmente a cualquier otra característica adicional a ellas.
Las características esenciales a describir son:
Primer símbolo. Tipo de modulación de la portadora principal.
Segundo símbolo. Naturaleza de la señal (o señales) que modula (n) la portadora principal.
Tercer símbolo. Tipo de información que se va a transmitir.
Cuarto símbolo. Detalles de la señal (o señales).
Quinto símbolo. Naturaleza de la multiplexación.
A su vez, las transmisiones también tienen ancho de banda tal y como se muestra en la figura 3.9, siendo éstas de doble banda lateral (A3E), banda lateral única con portadora completa (H3E), banda lateral única con portadora suprimida, etc., muy usadas en comunicaciones de banda marina en MF.
Figura 3.9. Ancho de banda de señales y su correspondiente clase de emisión.
3.5.1. Relación de las clases de emisiones
A continuación se presentan las distintas clases de emisiones existentes, clasificándolas según su símbolo y significado, teniéndose que unir cada una de las letras de las tres características para relacionar los parámetros de la emisión.
| PRIMER SÍMBOLO. TIPO DE MODULACIÓN DE LA PORTADORA PRINCIPAL | |
| Doble banda lateral (completa) | A |
| Doble banda lateral (independientes) | B |
| Banda lateral única, portadora completa | H |
| Banda lateral única, portadora reducida o de nivel variable | R |
| Banda lateral única, portadora suprimida | J |
| Banda lateral residual | C |
| Modulación de frecuencia | F |
| Modulación de fase | G |
| Emisión por impulsos: | P |
| Secuencia de impulsos no moduladosSecuencia de impulsos modulados en amplitudModulados en anchura / duraciónModulados en posición / fasePortadora con modulación angular durante el período del impulso | K |
| L | |
| M | |
| Q | |
| V | |
| Combinación de las técnicas precedentes o que se producen por otros medios | X |
| SEGUNDO SÍMBOLO. NATURALEZA DE LA SEÑAL (O SEÑALES) QUE MODULA(N) LA PORTADORA PRINCIPAL | |
| Ausencia de señal moduladora | 0 |
| Un solo canal con información cuantificada o digital, sin utilizar una subportadora moduladora | 1 |
| Un solo canal con información cuantificada o digital, utilizando una subportadora moduladora | 2 |
| Un solo canal con información analógica | 3 |
| Dos o más canales con información cuantificada o digital | 7 |
| Dos o más canales con información analógica | 8 |
| Sistema compuesto por uno o más canales con información cuantificada o digital junto con uno o más canales con información analógica | 9 |
| Casos no previstos | X |
| TERCER SÍMBOLO. TIPO DE INFORMACIÓN QUE SE VA A TRANSMITIR | |
| Ausencia de información transmitida | N |
| Telegrafía (para recepción acústica) | A |
| Telegrafía (para recepción automática) | B |
| Facsímil | C |
| Transmisión de datos, telemedida, telemando | D |
| Telefonía (incluida la radiodifusión sonora) | E |
| Televisión (vídeo) | F |
| Combinaciones de los procedimientos anteriores | W |
| Casos no previstos | X |
3.5.2. Características adicionales para la clasificación de emisiones
Para describir de forma más completa una emisión determinada, conviene añadir otras dos características facultativas. Estas características adicionales son:
Cuarto símbolo. Detalles de la señal (o señales).
Quinto símbolo. Naturaleza de la multiplexación.
Cuando no se utilice el cuarto o el quinto símbolo, se debería indicar mediante una línea en el lugar donde hubiese aparecido cada símbolo.
Cuarto símbolo. Detalles de la señal (o señales):
•Código de dos estados con elementos que difieren en número y/o en duración (A).
•Código de dos estados con elementos idénticos en número y duración, sin corrección de errores (B).
•Código de dos estados con elementos idénticos en número y duración, con corrección de errores (C).
•Código de cuatro estados, cada uno de los cuales representa un elemento de la señal (de uno o varios bits) (D).
•Código de múltiples estados, cada uno de los cuales representa un elemento de la (de uno o varios bits) (E).
•Código de múltiples estados, cada uno de los cuales, o cada combinación de los mismos, representa un carácter (F).
•Sonido de calidad de radiodifusión (monofónico) (G).
•Sonido de calidad de radiodifusión (estereofónico o cuadrafónico) (H).
•Sonido de calidad comercial (excluidas las categorías K y L) (J).
•Sonido de calidad comercial con utilización de inversión de frecuencia o división de banda (K).
•Sonido de calidad comercial con señales separadas moduladas en frecuencias para controlar el nivel de la señal demodulada (L).
•Señal de blanco y negro (M).
•Señal de color (N).
•Combinación de los casos anteriores (W).
•Casos no previstos (X).
Quinto símbolo. Naturaleza de la multiplexación:
•Ausencia de múltiplex (N).
•Multiplexación por distribución de código (C).
•Multiplexación por distribución de frecuencia (F).
•Multiplexación por distribución en el tiempo (T).
•Combinación de múltiplex por distribución de frecuencia con múltiplex por distribución en el tiempo (W).
•Otros tipos de multiplexación (X).
Ejemplo de emisión con 5 símbolos:
G3EJN. Modulación en fase analógica para radiotelefonía, con calidad comercial y ausencia de multiplexación (sólo para la recepción de VHF en banda marina).
Otros tipos de emisiones:
16K0G1D. Modulación en fase digital para datos, por encima de 50 MHz con ancho de banda permitido de 20 KHz (radiobalizas “EPIRB” COSPAS-SARSAT de 406 MHz).
3K20A3X. Modulación en amplitud analógica para un caso no previsto, por encima de 50 MHz con ancho de banda permitido de 25 KHz (radiobalizas “EPIRB” COSPAS-SARSAT en 121,5 MHz).
3.5.3. Clases de emisiones más utilizadas en radiocomunicaciones según sistemas
Telegrafía (Morse):
•A1A. Doble banda lateral digital para telegrafía de recepción acústica.
•A2A. Doble banda lateral con subportadora para telegrafía de recepción acústica.
•H2A. Banda lateral única con portadora completa con subportadora para telegrafía de recepción acústica.
•J2A. Banda lateral única con portadora suprimida con subportadora para telegrafía de recepción acústica.
Telefonía (radiotelefonía):
•A3E. Doble banda lateral analógica.
•H3E. Banda lateral única con portadora completa analógica (o AME, AM Equivalent).
•R3E. Banda lateral única con portadora reducida analógica.
•J3E. Banda lateral única con portadora suprimida analógica.
•G3E. Modulación en fase analógica.
•F3E. Modulación en frecuencia analógica.
Télex y DSC:
•F1B. Modulación en frecuencia digital para telegrafía de recepción automática.
•F2B. Modulación en frecuencia digital con subportadora para telegrafía de recepción automática.
•G2B. Modulación en fase digital con subportadora para telegrafía de recepción automática.
•J2B. Banda lateral única con portadora suprimida digital con subportadora (subtono) para telegrafía de recepción automática.
Imagen o fax:
•F1C. Modulación en frecuencia digital para facsímil.
•F3C. Modulación en frecuencia analógica para facsímil.
Los tipos de emisión aprobados por la UIT para las comunicaciones en banda marina son:
| EMISIÓN | USO | FRECUENCIAS / SISTEMA |
| A1A | Telegrafía Morse acústica | |
| A1B | Telegrafía Morse de impresión automática (CW) | |
| A2A | Telegrafía Morse acústica digital (MCW) | MF (500 KHz en SOCORRO) |
| A2B | Telegrafía Morse de impresión automática digital (MCW) | MF (500 KHz en SOCORRO) |
| A3E | Audio en doble banda lateral analógica (AM) | VHF en BANDA AÉREA |
| H3E | Audio en BLU y portadora completa | MF (2.182 KHz en SOCORRO) |
| J3E | Audio en BLU y portadora suprimida | MF y HF |
| F1B, J2B | Impresión automática NBDP y DSC | MF y HF en DSC |
| F3E, G3E | Audio en fase o frecuencia | VHF (principalmente G3E) |
| G2B | Impresión automática NBDP y DSC | VHF en DSC |
| G1B | Impresión automática NBDP y DSC | INMARSAT |
| G2B | Audio en fase | INMARSAT |
| G1D/G2B | Datos para telemedida, telemando en fase | VHF AIS |
3.6. PROPAGACIÓN DE LAS ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS: TIPOS Y ALCANCE
Se define como propagación al conjunto de fenómenos físicos por el cual las ondas de radio pueden viajar de un punto transmisor a un punto receptor. La onda puede moverse por distintos medios encontrando obstáculos, y como resultado de ello sufrir cambios de dirección e intensidad muy importantes en el viaje. La propagación de las ondas dependerá del punto de donde surjan, del trayecto que deban superar y del punto de recepción hasta alcanzar su destino, sin olvidar el medio por el cual se propagan2, las condiciones físicas de dicho medio y los elementos radiantes o antenas (ver Antenas, pág. 70). En todas estas dependencias hay que tener muy en cuenta además la frecuencia, potencia y polarización usadas para enviar o propagar dichas señales.
SE DENOMINA PROPAGACIÓN AL CONJUNTO DE MECANISMOS RESPONSABLES DE QUE LA ONDA DE RADIO VIAJE DE UN PUNTO A OTRO.
Conocer los mecanismos o características físicas de la propagación facilita al operador seleccionar las mejores condiciones e instantes de tiempo para realizar un buen enlace, además de tener en cuenta la distancia a recorrer, ya que cada uno de los mecanismos de propagación tiene a su vez un alcance distinto.
Los tipos de propagaciones se pueden dividir atendiendo a más de una clasificación, ya sea teniendo en cuenta el comportamiento con respecto a la reflexión atmosférica o su alcance, siendo este último el más rápido de entender y adaptar al mundo profesional para los operadores o usuarios de las comunicaciones.
En relación con el comportamiento de las ondas radioeléctricas en el medio y la frecuencia utilizada, se deben tener en cuenta básicamente dos grupos de ondas propagadas:
Ondas reflejadas en la ionosfera.
Ondas no reflejadas en la ionosfera.
En relación con la cobertura o alcance obtenido por el tipo de propagación, se distinguen:
Onda directa.
Onda superficial.
Onda ionosférica.
Figura 3.10. Modos de propagación.
Las comunicaciones más usuales dentro del sector marítimo se encuentran cubriendo las bandas de media, alta, muy alta y ultraalta frecuencia (MF, HF, VHF y UHF). Teniendo en cuenta estas bandas y la propagación de señales según la cobertura dada a su utilidad, se describirán a continuación los tipos de propagación más importantes y sus características.
3.6.1. Propagación por onda directa (onda espacial)
En la propagación por onda directa o espacial, la señal viaja desde el trasmisor hasta el receptor como si de un rayo directo se tratase, teniendo en cuenta en dicho trayecto el despejamiento, o espacio sin obstrucciones ni reflexiones de importancia. Es el tipo de propagación que encontramos en una señal de VHF, UHF y SHF, en comunicaciones de audio, llamada selectiva digital o DSC (Digital Selective Call), con un satélite (celeste), RADAR, etc.
En dicha comunicación hay una gran dependencia de las alturas de las antenas, tanto de la transmisora como de la receptora, ya que este tipo de propagación se puede resolver matemáticamente a través de un modelo trigonométrico, dando como resultado la distancia máxima de cobertura entre los puntos Tx y Rx.
Donde:
D: distancia de comunicación (Mn).
2,52: constante.
hTx: altura de la antena transmisora (m).
hRx: altura de la antena receptora (m).
Principales desventajas de la propagación por onda directa:
Altura de las antenas (comunicaciones de socorro con un dispositivo portátil de VHF).
Objetos entre Tx y Rx (despejamiento).
Figura 3.11. Propagación por onda directa.
Las comunicaciones en ondas métricas o banda de VHF tienen de forma general un alcance de 20 a 40 xmillas para los enlaces de audio. Dicha distancia puede ser algo superior cuando se usa en la misma banda en una comunicación bajo el sistema DSC, teniendo siempre muy en cuenta la altura de las antenas, tanto la efectiva como la eléctrica.
3.6.2. Propagación por onda superficial o terrestre (surface wave - ground wave)
La propagación por onda superficial se realiza mediante el viaje de la onda que se mantiene adyacente a la superficie de la tierra siguiendo su curvatura debido a un proceso de difracción. Tiene obligatoriamente polarización vertical, pues cualquier componente del campo eléctrico horizontal sería rápidamente absorbido por la tierra (actúa como un “cortocircuito” para éste); por ello, para sacar el máximo rendimiento a este tipo de propagación hay que emplear antenas de polarización vertical. Este tipo de propagación es especialmente efectivo en comunicaciones marítimas, tanto en la banda de MF (principalmente)como en la de HF (asociada a la ionosférica en bandas bajas de HF). Este tipo de propagación no depende directamente de la altura de las antenas, pero sí de la potencia de transmisión, del tipo deemisión (voz, datos, etc.) y del tipo de terreno (absorción).
Figura 3.12. Propagación por onda superficial.
3.6.3. Propagación por onda ionosférica o celeste (sky wave)
Oliver Heaviside, físico inglés, y Arthur Kennelly, ingeniero electrónico estadounidense, propusieron en 19023l a posibilidad de que algunas señales radioeléctricas pudieran ser reflejadas en una capa que se hallara a gran altura en la atmósfera. La capa no fue hallada, estudiada y definida hasta 1920 por otro físico inglés, Edward V. Appleton, quien calculó su altura mientras estudiaba el fenómeno del desvanecimiento de las señales (fadding). Debido a ello, a esta capa se la denominó “capa de Kennelly-Heaviside” en honor a sus descubridores. Dicha capa se encuentra a una altura de entre 75 y 90 km y también se la conoce con el nombre de capa E. Posteriormente se descubrieron capas superiores y seguidas a ésta que llegan a hasta una altura de 500 km denominadas “capas Appleton”, y como en el caso anterior, más comúnmente capa F.
La propagación por onda ionosférica tiene en cuenta la reflexión o “rebote” de la señal emitida desde el punto transmisor a una altura y con un ángulo determinado para que ésta alcance y llegue al punto receptor. Esto sucede debido a la ionización de las partículas que se encuentran en esta capa, efecto a su vez iniciado por las explosiones solares, las manchas solares, las fluctuaciones en el campo magnético terrestre y muy básicamente por el efecto día-noche y estacional invierno-verano. Además de todos estos parámetros, hay que tener muy en cuenta el estado y comportamiento de la ionosfera, que a su vez se divide en más de una capa, y las causas que afectan el comportamiento y características físicas de dichas capas.
Debido a todos los parámetros nombrados, hay que conocer cada una de las capas y las afecciones que sufren, ya que si no el uso de las comunicaciones ionosféricas puede resultar sumamente complicado y confuso.
Figura 3.13. Propagación por onda ionosférica.
3.6.3.1. Capas ionosféricas
Las nubes de partículas eléctricas tienden a formar capas a distintas alturas. A estas capas se las designa mediante letras: D (Delta), E (Eco) y F (Foxtrot). Cuanto mayor es el ángulo que adopta la transmisión, mayor es la distancia posible de alcanzar mediante una sola reflexión. La capa más alta es la F, que durante el día está dividida o estratificada en dos, denominadas según sus alturas crecientes en F1 y F2, las cuales se funden en una sola al atardecer. Hace algunos años se identificó una tercera capa denominada por similitud a las anteriores F3, que se forma en bajas latitudes (ecuador) cerca del mediodía, pero sus efectos son débiles y no producen cambios o alteraciones a tener en cuenta en comunicaciones ionosféricas.
Figuras 3.14 A y B. Estructura ionosférica y altura de capas:efecto de recombinación de capas o efecto día-noche.
3.6.3.2. Distancia y zona de salto
La distancia desde el punto de transmisión hasta el punto más cercano que una onda de radiofrecuencia (después de una reflexión y hasta la tierra) es capaz de operar se conoce como distancia de salto o skip distance. En otros términos, la distancia del salto es la distancia del transmisor a la primera área de buena recepción de una frecuencia u onda.
El área, que abarca desde el primer ángulo de reflexión ionosférica hasta la primera área de recepción de la onda incidente en el suelo, se conoce como zona de salto o skip zone y es un área en la que no se obtiene ninguna recepción. También se suele llamar zona de silencio debido a la falta de recepción anteriormente nombrada. Estos saltos se representan en la figura 3.15.
Esta figura muestra los diferentes caminos que siguen las ondas ionosféricas entre la tierra y el “cielo”. La onda naranja no se refleja debido al ángulo de radiación. La onda roja tiene otro ángulo de radiación, y gracias a este ángulo la onda se refleja (ángulo crítico de la onda), con lo que puede llegar o recibirse en el punto Rx. Las ondas con ángulos más bajos alcanzarán distancias mayores. El ángulo de la onda crítico para una capa particular depende de la frecuencia a la que opera, y disminuye con los aumentos de frecuencia. La distancia de salto aumenta con la frecuencia.
Figura 3.15. Zona de salto en relación con la ionosfera.
Figura 3.16. Aumento de la frecuencia, del ángulo y de la distancia.
El siguiente cuadro muestra las distancias aproximadas que se pueden alcanzar con la propagación ionosférica teniendo en cuenta sus principales afecciones (día-noche e invierno-verano).
| FRECUENCIA | DISTANCIA EN METROS | |
| DÍA | NOCHE | |
| 500 KHz | 300 a 1.500 | 3.000 a 4.000 |
| Alcance típico para transmisores de 1KW RMS en agua de mar: 1.500 MN. |
DEBIDO AL USO QUE SE HACE DE ESTE TIPO DE PROPAGACIONES EN LOS BUQUES, SE DEBE RELACIONAR LA DISTANCIA QUE SE DESEA CUBRIR CON EL MOMENTO Y LA BANDA DE FRECUENCIA A UTILIZAR.
Para un uso más preciso de los sistemas que usan la propagación por onda celeste, habrá que tener en cuenta todas las afecciones en la ionosfera, por lo que a continuación se presentan unas tablas de propagación para las principales bandas en MF y HF (fonía, DSC y NBDP) algo más desglosadas y por lo tanto más precisas. Las distancias presentadas son nominales en relación con el tipo de propagación (superficial o reflejada), acompañadas a su vez de la distancia de silencio si ésta está presente.
Las distancias en millas están basadas en un transmisor con potencia máxima (MAX), por lo que para aplicar estas tablas y sus distancias en los modos de potencia media y potencia baja (MED y LOW) habráque aplicar entre un 45-55 % y un 20-25 % de la cobertura nominal respectivamente a cada potencia. A su vez, para la aplicación de estas tablas generales, habrá que tener en cuenta las MUF (ver apartado 3.6.3.3.) para saber si la banda a utilizar en cada momento del día y estación es válida.
Las horas seleccionadas para las tablas están dentro de las más idóneas para el uso que se requiere de ellas, siendo justamente el mejor intervalo de tiempo desde las 07:00 a las 18:00 ó 19:00 horas UTC (principales horas de sol).
Ejemplo de la tabla: banda 12 MHz a las 15:00 UTC en invierno.
Una comunicación entre dos estaciones que disten entre sí 250 Mn no podrían tener un enlace, ya que la propagación por onda superficial desde la estación transmisora sería de 25 Mn, y la reflejada (ionosférica) iría de 500 a 3.500 Mn. La zona de silencio aplicable sería de las 25 Mn, donde acaba la onda superficial, hasta las 500 Mn de la onda reflejada.
Aplicando estos pasos se debe seleccionar la banda más apropiada al momento y a la situación entre las dos estaciones
3.6.3.3. Efectos de las capas
La capa D es la de menor altura. Durante el día la ionización provocada por el viento solar (principalmente) aumenta la densidad de electrones en la capa D, razón por la que las ondas son fuertemente absorbidas. Durante la noche la capa D no recibe viento solar de forma que rápidamente desaparece. La capa D resulta sumamente absorbente para frecuencias por debajo de la banda de 10 MHz, y por ello las frecuencias “afectadas” son menos atenuadas cuando son atravesadas más cerca del punto cenital o la vertical.
La capa E o esporádica-E es una capa que refleja las ondas de radio y se forma debido a la ionización del aire por causas que no dependen de la radiación solar. Algunos estudios revelan que podría deberse a la fricción entre distintas capas de la atmósfera.
Durante el día se suele dar la propagación de tipo “esporádica-E”, y a ciertas horas del ciclo solar la F1 se recombina con la F2. De noche, en ausencia de radiación, las capas D, E y F se quedan sin actividad que ionice sus partículas, siendo entonces la capa F la única disponible para realizar las comunicaciones. También, aunque rara vez, puede darse por la noche la propagación “esporádica-E”.
Todas las regiones excepto la D reflejan ondas de HF. La región D, pese a no reflejarlas, también es importante ya que se encarga de absorber o atenuar dichas ondas. La capa F2 puede considerare como la importante e irregular para la propagación ionosférica en la banda de HF.
La actividad eléctrica de las partículas en la capa F2 es mayor, y dicha característica es la razón por la que esta capa refleja ondas por la noche. Los períodos de ionización de las partículas en las regiones E, F1 y F2 son de 20 segundos, 1 minuto y 20 minutos, respectivamente.
VARIACIONES REGULARES Y PREDECIBLES DE LA IONOSFERA
Debido a que la fisión de los átomos en iones es el resultado de la radiación solar, se deduce que el desarrollo, características y comportamiento de estas capas están directamente relacionados con todos los parámetros del Sol y su propia actividad nuclear.
VARIACIONES DIURNAS
Son causadas por la rotación de la Tierra y se conocen comúnmente por efecto día-noche. El efecto de la luz solar aumenta la actividad y cantidad de electrones disponibles para reflejar las señales.
Efecto. Las comunicaciones en las bandas más altas de HF durante el día son más eficaces (12, 14, etc.). Al mismo tiempo, la densidad de la capa E es suficiente para reflejar las señales de bandas menores (4, 6, etc.), haciendo posible comunicaciones de corta y mediana distancia en dicho momento. Por debajo de los 4 MHz la fuerte ionización de la capa D hace que las ondas no puedan atravesarla, y además absorbe demasiada energía, por lo cual no sirve para realizar comunicaciones.
Una característica a tener en cuenta es la vulgarmente conocida como Línea gris o Grey Line, que es la frontera entre la zona iluminada y la oscurecida de la Tierra (transición día-noche). A lo largo de esta línea o frontera se producen algunos fenómenos electromagnéticos que favorecen en gran medida la propagación ionosférica en HF en todo momento y casi bajo cualquier circunstancia o inclemencia meteorológica, obteniendo enlaces con una alta tasa de efectividad y eficacia.
VARIACIONES ESTACIONALES
La intensidad o radiación solar es mayor en las zonas donde es verano, por lo que también la zona ionosférica que se encuentre sobre estas superficies será mayor, haciendo que la densidad media de las capas sea superior que en invierno.
Efecto. Las variaciones estacionales hacen que en verano la mayor ionización de las capas facilite los enlaces a grandes distancias en bandas altas de HF, mejorando las condiciones del invierno. Por el contrario, el ruido atmosférico es más intenso en verano, por lo que se pueden empeorar las comunicaciones en las bandas más bajas.
VARIACIONES MENSUALES (27 DÍAS)
Se deben a la rotación del Sol. Las zonas con manchas solares que se hallan sobre la superficie del Sol giran con él afectando la ionosfera de forma más intensa cuando están en línea recta con la Tierra (efecto de las rotaciones en las bandas de la fotosfera y cromosfera del Sol).
VARIACIONES ONCEANUALES
Debidas al ciclo de actividad solar mencionado en el apartado anterior, pero que desarrollan a su vez una mayor actividad cada 11 años.
Efecto. Durante los períodos de máxima actividad solar que se suceden cada 11 años, las bandas de HF más altas permanecen abiertas durante muchas horas haciendo posible comunicaciones a grandes distancias, tanto de larga como de corta duración. Durante los períodos de mínima actividad, las bandas más altas quedan “desprotegidas” o abiertas pocas horas, por lo que se obtienen enlaces muy pobres tanto en distancia como en calidad.
DESVANECIMIENTO O EFECTO “FADING”
Cuando se reciben ondas de radio de un mismo punto, la intensidad de cada una de las señales recibidas varía notablemente una de otra. Dicha variación produce cambios que van desde los considerados lentos (minutos) hasta los rápidos o bastante rápidos (décimas de segundo). Estas variaciones más o menos rápidas se conocen como “desvanecimientos” y obedecen a diferentes causas, tales como:
Figura 3.17. Efecto de desvanecimiento o fading.
Que varíen las condiciones físicas del medio por el que viajan las señales (variaciones de densidad de la atmósfera, del contenido de vapor, de iones, etc.).
Que lleguen al receptor distintas “copias” de la señal recorriendo múltiples caminos (multipath). Las diferentes copias llegan ligeramente desfasadas haciendo que se sumen o se resten sus amplitudes (diferencias de fase). Como estos caminos están continuamente variando, el efecto de atenuación o refuerzo varía con el tiempo.
Que se produzcan reflexiones en objetos que están en movimiento provocando el efecto anterior (aviones, automóviles, etc.).
Que el trasmisor y/o el receptor estén en movimiento y los caminos de la señal estén variando con el tiempo.
Que se atenúen algunas frecuencias mientras que otras inmediatamente cercanas no deformen o interfieran las señales (desvanecimiento selectivo).
El efecto de desvanecimiento puede corregirse en cierta medida en el propio receptor gracias a una etapa conocida como CAG (Control Automático de Ganancia), que se encarga básicamente de aumentar la ganancia de la señal de entrada en los receptores para así evitar la pérdida de la información. Dicha etapa se verá con más atención en el apartado Receptores (pág. 66).
MFU, MFU y FOT (MUF, LUF y FOT)
Estos conceptos son muy importantes cuando se intenta realizar una comunicación ionosférica en HF. Conocer estos efectos o valores de frecuencias permitirá no solamente comprender cómo se manifestarán los efectos que se han observado, sino preverlos y aprovecharlos en la práctica.
Máxima frecuencia utilizable o MUF (Maximum Usable Frequency). Es aquel valor de frecuencia situado justo por debajo de la frecuencia crítica, de forma que las ondas de radio de frecuencia igual o inferior a la MUF estarán sujetas a condiciones de reflexión ionosférica. Si se supera este valor, la onda “perforará la ionosfera” o se perderá en la capa y no será devuelta a la Tierra. Cada capa de la ionosfera tiene su propia MUF.
La frecuencia crítica se mide emitiendo ondas de radio con una trayectoria totalmente perpendicular a la tierra, mientras que en los sistemas de radiocomunicaciones en HF el ángulo de incidencia en la ionosfera no será perpendicular sino oblicuo. Por eso se debe definir la MUF (incidencia oblicua), además de la frecuencia crítica (incidencia perpendicular).
En la realidad existen tres tipos de MUF:
MUF operacional. Frecuencia más alta que permite una operación aceptable entre dos puntos en un momento dado bajo unas condiciones específicas.
MUF clásica. Frecuencia más alta que se puede propagar de un modo concreto entre terminales específicos.
MUF estándar. Valor próximo a la MUF clásica que se obtiene aplicando la curva de transmisión convencional con los ionogramas de incidencia vertical.
La MUF operacional puede variar con la potencia de transmisión y la sensibilidad del receptor, mientras que la MUF clásica y la MUF estándar quedan completamente determinadas por la geometría del enlace radio y el modo de propagación.
Frecuencia óptima de trabajo o FOT (Frequency of Optimum Transmission). Es un valor inferior al 15% de la MUF. Al trabajar en la FOT, la intensidad de recepción es ligeramente peor que con la MUF, pero se consigue mayor estabilidad y fiabilidad en transmisiones de media y larga duración debido a las variaciones de la MUF.
Mínima frecuencia utilizable o LUF (Less Usable Frequency). Es la mínima frecuencia de una onda de radio en la banda de HF que permite la operación sin dificultades derivadas del ruido y/o condiciones atmosféricas y la elevada absorción.
Si se trabaja por debajo de la LUF, el ruido atmosférico y la elevada absorción dificultan la comunicación.
3.6.4. Otras propiedades de las ondas
En su viaje a través de la ionosfera las señales de radio que partieron de la antena con una determinada polarización sufren cambios importantes en la dirección y/o tipo de polarización. Estas propiedades de las ondas se analizan con respecto a la luz, pero eso sólo depende de la “longitud de onda” y del material con que se trabaje.
El mejor o peor resultado de una antena depende de la antena en sí, del ambiente en que está instalada y del modo de propagación de la onda. Si el medio en que se propagan fuera totalmente uniforme, las ondas se moverían en línea recta, pero las diferentes características de los medios (sólidos, líquidos, gases, vacío, conductores, iones, etc.) determinan su comportamiento real (reflexiones, refracciones, difracciones, atenuaciones).
La onda puede moverse por distintos medios, encontrar obstáculos y, como resultado de ello, sufrir cambios de dirección e intensidad muy importantes en el proceso (viaje).
Absorción. Una superficie o material absorbe y atenúa la onda que le llega.
Reflexión especular. La onda es reflejada por una superficie y hay un cambio entre el ángulo de entrada y el de salida.
Reflexión difusa. Las superficies reflectoras irregulares dispersan las ondas transformándolas.
Refracción. Ocurre cuando una onda incide oblicuamente sobre un objeto. Básicamente existe un cambio de ángulo.
Difracción. Es la desviación de una onda cuando incide sobre el borde de un objeto u obstáculo.
3.7. EQUIPOS ELECTRÓNICOS DE COMUNICACIONES
Los equipos electrónicos de comunicaciones, aparte de por las características ya vistas tales como tipo de modulación, “polarización” (se verá en antenas) y frecuencia, se pueden dividir de una forma muy primaria en dos grupos de aparatos, los receptores y los transmisores, obteniéndose con la combinación de ambos un nuevo aparato denominado transceptor.
Receptor. Encargado de recibir señales o información. El GPS, la televisión y la radio comercial son ejemplos de receptores.
Transmisor. Encargado de transmitir señales o información. Los radio enlaces de televisión, emisoras de radio comercial y satélites (de cara a los usuarios) son ejemplos de transmisores.
Transceptor (transceiver). Sistema capaz de transmitir y recibir señales dependiendo del modo de explotación (ver pág. 68). Normalmente la transmisión y recepción se hacen en una misma banda y clase de emisión.
Transversores. Son unidades conversoras de frecuencia que operan tanto en transmisión como en recepción y se agregan a transceptores existentes para lograr tal objetivo. Es una solución económica que amplía la capacidad de las estaciones para operar en otras bandas, aprovechando las características de un equipo ya existente.
En trasmisión trabajan con una etapa conversora que traslada la frecuencia del equipo principal a la nueva banda, seguida de una o varias etapas amplificadoras de potencia.
En recepción utilizan una etapa conversora de recepción (puede estar precedida de una etapa preamplificadora de RF para aumentar la sensibilidad) para trasladar la frecuencia recibida a la que puede recibir el equipo existente.
Cada una de estas etapas se pone en funcionamiento y conmuta convenientemente según esté el equipo principal en trasmisión o recepción. Es usual valerse de un equipo de HF para operar en bandas de VHF y UHF.
Equipos multimodo. Aunque se han descrito básicamente tres tipos de equipos (receptores, transmisores y transceptores) la evolución electrónica en los últimos tiempos facilita y economiza la construcción de un equipo capaz de operar de varios modos, el cual resulta sumamente operativo y cómodo. Uno de los máximos ejemplos es el MF/HF de banda marina actual. Este aparato puede trabajar con varios modos de emisión, sistema de comunicaciones y modos de explotación dependiendo de las necesidades, y todo ello en un aparato de dimensiones, peso y precio atractivos.
3.7.1. Receptores
Los componentes fundamentales de un receptor de radio son:
Una antena para recibir las ondas electromagnéticas y convertirlas en oscilaciones (corriente) eléctricas.
Amplificadores para aumentar el nivel de dichas oscilaciones.
Filtros para seleccionar el espacio de frecuencias que reciben los equipos.
Demoduladores para la”extracción/obtención” del mensaje.
Un amplificador de audio.
Un altavoz para convertir los impulsos eléctricos en ondas sonoras perceptibles por el oído humano.
El oscilador local encargado de generar señales de radiofrecuencia que puedan mezclarse con las ondas recibidas para así demodular la información.
La onda que llega a la antena es una señal compuesta por la oscilación de la portadora de radiofrecuencia, modulada por una señal de audiofrecuencia que contiene los impulsos. Dicha señal compuesta o modulada suele ser muy débil. La sensibilidad de algunos receptores de radio es tan grande que son capaces de demodular la información, siendo ésta miles de veces inferior al nivel primario de salida del transmisor.
Hoy en día los receptores son de tipo superheterodino, en el que un oscilador genera una onda de radiofrecuencia que se mezcla con la onda entrante produciendo así una onda de frecuencia menor. Esta última se denomina frecuencia intermedia o FI. Para sintonizar el receptor a las distintas frecuencias se modifica la frecuencia de las oscilaciones pero la FI siempre permanece fija (en 455 KHz para la mayoría de los receptores de AM y en 10,7 MHz para los de FM). El oscilador se sintoniza modificando la capacidad del condensador o una bobina en el oscilador. El circuito de la antena se sintoniza de forma similar mediante un condensador.
En todos los receptores hay una o más etapas de amplificación de frecuencia media, y además también puede haber una o más etapas de amplificación de radiofrecuencia. En la etapa de frecuencia intermedia se incluyen circuitos auxiliares lineales como el Control Automático de Ganancia (CAG), que funciona rectificando parte de la salida de un circuito de amplificación y alimentando con ella el elemento de control del mismo circuito o de otro anterior. El detector, denominado a menudo segundo detector (el primero suele ser el mezclador), suele ser un diodo que rectifica la señal y produce una frecuencia audio.
Las ondas FM se demodulan o detectan mediante circuitos que reciben el nombre de discriminadores.
Figura 3.18. Esquema en bloques de receptores genéricos en AM y FM.
3.7.2. Transmisores
Los componentes fundamentales de un transmisor de radio son:
Un micrófono que introduzca el mensaje de baja frecuencia en el sistema para modularlo.
Un filtro que establezca un ancho de banda para la información de audio.
Amplificadores para aumentar el nivel del micrófono.
Un modulador para “unir” la frecuencia portadora con el mensaje.
El oscilador local encargado de generar la señal portadora.
Un preamplificador que eleva el nivel de la señal que sale del modulador.
Un amplificador de potencia para elevar al nivel o potencia de salida del sistema la señal que debe ya salir por la antena (modulada).
La antena, encargada de convertir la corriente eléctrica en oscilaciones u ondas electromagnéticas.
Los componentes fundamentales de un transmisor son un oscilador local (LO) para crear una determinada frecuencia de radio, los amplificadores para aumentar el nivel de dichas oscilaciones conservando la frecuencia establecida y un transductor para convertir la información a transmitir en un voltaje eléctrico variable y proporcional a cada valor instantáneo de la intensidad. En el caso de la transmisión de sonido, el transductor es un micrófono.
A un nivel muy básico y para facilitar la compresión del circuito, el transmisor se puede ver o comparar como un paso inverso al receptor.
Figura 3.19. Esquema en bloques de transmisores genéricos en AM y FM.
3.7.3. Transceptores
El transceptor es la unión en un mismo aparato de un sistema receptor y un sistema transmisor. El transceptor usa un conmutador para cada una de las etapas (Rx y Tx) conectando la antena en un instante dado a una etapa en concreto. Dicha conmutación se realiza a través del pulsador del micrófono o PTT (Push To Talk).
Figura 3.20. Esquema en bloques de un transceptor genérico.
3.8. MODOS DE EXPLOTACIÓN DE COMUNICACIONES
Por modos de explotación de comunicaciones debe entenderse el procedimiento técnico a través del cual se realiza satisfactoriamente dicha comunicación. Este procedimiento depende de dos factores, el reglamento de radiocomunicaciones y la técnica con la que se construya el equipo de comunicaciones. Estos procedimientos son cuatro:
Símplex. Modo de explotación que permite comunicación alternativamente en uno u otro sentido en un mismo canal o frecuencia de comunicación.
Dúplex (Half Duplex). Modo de explotación que permite comunicación alternativamente en uno u otro sentido en dos canales o frecuencias de comunicación. También es conocido como símplex a dos frecuencias.
Semidúplex. Unión de los dos modos de explotación en un mismo canal de comunicación, símplex en un extremo y dúplex en el otro, como por ejemplo en el Auto-Link.
Full duplex. Modo de explotación que permite comunicación simultánea en uno u otro sentido en dos canales o frecuencias de comunicación.
3.9. ANTENAS
La antena se puede describir como un transductor que convierte las ondas electromagnéticas en corriente eléctrica (en la recepción) y la corriente eléctrica en ondas electromagnéticas (en la transmisión).
Las antenas tienen principalmente las siguientes características técnicas:
Impedancia (Zo).
Altura o longitud efectiva.
Altura o longitud eléctrica.
Factor de atenuación.
Resistencia de radiación.
Inductancia.
Capacitancia.
Factor de calidad (Q).
Ancho de banda.
Directividad.
Área efectiva.
Figura 3.21. Directividad de una antena omnidireccional.
3.9.1. Polarización y características de una antena
El termino polarización en el campo de las antenas se refiere a la orientación que tiene el campo magnético radiado sobre ésta. Por lo general, y de forma más común, una antena se polariza de forma lineal o plana, por lo que generalmente el campo magnético de las antenas se encuentra circulando vertical u horizontalmente al elemento radiante, conductor o antena, suponiendo claro está que los elementos de la antena se encuentren dentro del plano vertical y horizontal.
En una antena vertical la onda electromagnética circula de forma vertical, y en una antena horizontal la onda electromagnética circula horizontalmente. Esto puede verse en la figura 3.22. No existen sólo estos dos tipos de polarizaciones, ya que también están las circulares, elípticas, exofilias, etc.
Los principales tipos de antenas tienen que ver con el tipo de polarización para la que están diseñadas, relacionando dicho criterio con el uso que se hace de éstas en el mundo de las radiocomunicaciones marítimas. Éstas son:
Antenas verticales o tipo látigo.
•Polarización vertical: MF, HF, VHF, DSC.
Antenas horizontales o tipo cable (wire).
•Polarización horizontal.
Antenas parabólicas.
•Polarización elíptica u oblicua: satélites, etc.
Figura 3.22. Polarización de una antena y sus campos.
Otros tipos de antenas relacionados.
•Dipolos, monopolos, yagi, multibanda, logoperiódicas, microstrip helicoidal a derechas e izquierdas (hexofilias), dipolo Nadenenko, etc.
3.9.2. Tipos de antenas verticales (MF/HF, VHF y DSC)
Los sistemas de VHF, MF y HF usan antenas verticales para las comunicaciones por radiotelefonía, DSC y Télex. Por lo ya visto en el apartado Gestión de frecuencias. La UIT, se debe apreciar que, según aumenta la frecuencia del sistema, la longitud de onda (λ) disminuye, por lo que las antenas de MF y HF serán las de mayor altura en comparación con las de VHF. Esto no siempre es real ya que a una antena si trabaja sólo como receptora se le puede reducir aún más su tamaño. Los sistemas DSC y NAVTEX son un claro ejemplo de este hecho ya que al usarse como antenas receptoras son menores de lo que se podría calcular de forma real.
Figura 3.23. Antenas VHF con plano de tierra y sin él y antenas de MF/HF con planos superiores y sin ellos.
3.9.3. Antenas GPS
Este tipo de antenas no se usa directamente para radiocomunicaciones, pero sí está directamente ligada a ellas debido al uso del sistema GPS en los transceptores con etapas DSC, por lo que es importante crear un apartado único para ellas.
Figura 3.24. Diferentes tipos de antenas GPS. Cortesía de Raymarine y Garmin.
3.9.4. Antenas INMARSAT y satelitales VSAT
Las antenas satelitarias, tanto INMARSAT como VSAT4, son antenas con una alta directividad, apuntan directamente a un satélite en concreto y deben mantener dicho enlace. Este tipo de antenas usan la información de una giroscópica para mantener el enlace con el satélite de forma permanente, con independencia del movimiento que tenga el buque. También existen antenas satelitales no directivas u omnidireccionales como las del sistema INMARSAT-C (ver apartado 11.5.3.), lo cual reduce y simplifica su tamaño, consumo, etc.
Figura 3.25. Diferentes tipos de antenas INMARSAT(C y F) y VSAT. Cortesía de SAILOR, Thrane &Thrnae, JRC, NERA y SeaTel.
3.9.5. Antenas NAVTEX
Figura 3.26. Diferentes tipos de antenas NAVTEX. Cortesía de ICS y NASA.
3.9.6. A tener en cuenta en las instalaciones de antenas
A la hora de realizar la correcta instalación de un antena, una de las medidas a tener en cuenta será la perpendicularidad de ésta sobre el plano horizontal de la zona a instalar en el buque, ya que bajo ciertas circunstancias de navegación y en algunas bandas de frecuencias, se puede ver afectada una transmisión derivando parte de la señal al mar o perdiendo parte del ángulo, con lo que el recorrido o cubertura de la señal será algo menor. Este efecto puede corregirse en parte, y si no queda otra solución, con un plano de tierra artificial en la antena para corregir así el defecto del ángulo en la instalación.
Algo parecido es lo ocurrido en los sistemas RADAR cuando hay movimiento de mar y se recibe sólo la señal reflejada en el mar como un gran eco a nuestro alrededor.
Figura 3.27. Instalación de una antena VHF dependiendo del plano o ángulo horizontal (base).
Un dato a tener muy cuenta en la instalación de sistemas de comunicaciones es la distancia en el plano de separación entre las antenas. Normalmente los fabricantes de dispositivos suelen imponer una distancia mínima entre su antena y cualquier otra; a veces dicha distancia depende de la frecuencia o la potencia de los sistemas cercanos.
Como guía rápida se presenta el cuadro inferior que ofrece una referencia sobre las distancias mínimas entre las antenas de los sistemas de comunicaciones más comunes en un barco.
Esta distancia no es la única que debe respetarse con respecto a los sistemas de comunicaciones. En los sitemas de comunicaciones satelitarios o equipos RADAR (no tratados en este libro) y en general para todos aquellos que trabajen en frecuencias de UHF o superiores habrá que respetar una distancia de seguridad siempre que el equipo esté encendido y emitiendo. Dicha información y distancia deben estar expuestas de forma fácil y rápida para que cualquier usuario que se acerque la respete y tenga en cuenta para evitar posibles daños por radiofrecuencia. Dicha información se representa con un triángulo amarillo en la propia antena y manual del dispositivo.
3.10. CONEXIONES
Las conexiones entre transmisores, receptores, acopladores de antenas y demás componentes de los sistemas de comunicaciones se realizan normalmente con cables específicos tales como el RG-58 y RG-213. Estos cables se usan principalmente para comunicaciones en MF, HF y VHF. Para las antenas o conexiones de ciertos sistemas de comunicaciones que se apoyan o trabajan en mayores frecuencias y potencias como las del RADAR, se usan elementos denominados guías de ondas.
Un efecto a tener en cuenta en algunos cables es el denominado efecto pelicular que aparece a frecuencias elevadas, provocando que la señal recorra sólo la parte más externa de dicho cable, haciendo inútil los cables macizos con grandes diámetros, por lo que se convierten en “simples” tubos de cobre rígidos.
Las características a tener en cuenta en los cables son la impedancia y la atenuación, y lo mismo respecto a los conectores para la unión de cables y antenas.
Figura 3.28. Estructura de un cable coaxial usado en comunicaciones en la banda de MF/HF, tipo RG-213 (A, conductor central; B, dieléctrico; C, blindaje, y D, cubierta exterior).
A continuación se muestran varios cuadros con información sobre conectores, uniones (empates) y cables más utilizados en comunicaciones. Se muestra como ejemplo de montaje un cable RG-213 con un conector PL (también conocido simplemente como UHF), típico en instalaciones radioeléctricas en los buques.
| EJEMPLO DE MONTAJE DEL CABLE RG-213 CON UN CONECTOR PL-259 UHF | |
| Paso 1. Introducir el cilindro con rosca en el cable y realizar un corte en la cubierta del cable con la distancia marcada. | |
| Paso 2. Separar la cubierta y dejar la malla libre. Realizar un segundo corte en el dieléctrico con la distancia marcada y dejar al aire el cable central. | |
| Paso 3. Introducir el conector hasta colocar la malla por completo y soldar el centro. | |
| Paso 4. Cortar el cable central sobrante y enroscar el cilindro en el conector. |
3.11. SUMINISTRO DE ENERGÍA
Todo lo referente a las fuentes de energía eléctrica principal y de reserva para los equipos de comunicación a bordo de un buque que cumpla con el GMDSS se hallan recogidas en el Convenio SOLAS, Parte C, Regla 13 del capítulo IV.
La condición indispensable de las fuentes de energía principal es que deberán ser capaces de suministrar la corriente o potencia necesaria para el correcto funcionamiento de las instalaciones radioeléctricas y para cagar las baterías, es decir, la fuente de energía de reserva.
Las fuentes de energía se dividen en:
Principal y de emergencia.
Reserva (baterías).
Figura 3.29. Esquema eléctrico general de un buque.
En caso de fallo del suministro de la fuente o fuentes de energía principales, todo buque deberá tener una o más fuentes de reserva con objeto de suministrar la energía suficiente para el buen funcionamiento de al menos los dispositivos o sistemas de “socorro y seguridad”, por lo que como mínimo deberá tener capacidad para hacer funcionar simultáneamente:
La instalación radioeléctrica de ondas métricas: VHF + DSC, canal 16 y 70.
La instalación radioeléctrica de ondas hectométricas: MF + DSC.
La instalación radioeléctrica de ondas hectométricas/decamétricas: MF + DSC y HF + DSC.
Una estación terrena INMARSAT (comunicaciones satelitarias).
Luces de emergencia (consola).
Los sistemas anteriormente nombrados dependerán del área de navegación para la cual esté preparado el buque (ver apartado 7.6.1. sobre GMDSS).
La instalación de las líneas y componentes para el suministro de energía de cara a los sistemas de comunicaciones en un buque tiene a su vez dos posibles opciones, teniendo en cuenta los sistemas principales y duplicados:
Parque de baterías único. Los sistemas de comunicaciones se duplicarán y habrá un cargador y parque de baterías único con dos líneas alternas independientes (tanto principal como de emergencia). (figura 3.30A).
Parque de baterías doble (dual floating charge). Los sistemas de comunicaciones se duplicarán y habrá un cargador y parque de baterías por cada sistema con dos líneas alternas independientes (tanto principal como de emergencia). (figura 3.30B).
Figura 3.30 A y B. Variantes de una instalación de baterías en un buque.
A su vez, la duración de la fuente de energía de reserva, se tenga la instalación que se tenga, vendrá dada por el tipo de buque y su instalación, lo que aporta nuevamente dos opciones:
1 hora. Todos los buques construidos después del 1 de febrero de 1995 y que dispongan de generador de emergencia (SOLAS, Capítulo II-1, Parte D, Regla 42 ó 43).
A su vez se debe cumplir que:
•El equipo generador o auxiliar esté sobre cubierta.
•Capacidad de combustible mínima de 6 horas.
•Arranque automático del generador no superior a 15 segundos.
6 horas. Todos los buques construidos antes del 1 de febrero de 1995 y los buques de carga menores a 500 TRB, si no disponen de generador de emergencia (SOLAS, Capítulo II-1, Parte D, Regla 42 ó 43).
LA FUENTE DE ENERGÍA DE RESERVA DEBE SER INDEPENDIENTE DE A FUENTE PROPULSORA Y DEL SISTEMA ELÉCTRICO DEL BUQUE.
3.11.1. Batería y tipos de baterías
Las baterías son el principal sistema o formato de almacenamiento de energía en los buques, usadas para el suministro energético en casos de ausencia de energía por parte de la fuente principal. Las baterías de 12 voltios tienen internamente 6 elementos, cada uno de los cuales aporta 2 voltios, y al sumarse en serie dichos elementos éstos ofrecen los 12 voltios necesarios. La capacidad de la batería está relacionada con la cantidad de superficie activa que tiene cada uno de los elementos y de la cantidad de elemento activo que tiene cada placa.
Las baterías almacenan la electricidad con un proceso que consiste en la reacción química de oxidación/reducción de unos compuestos. Esta reacción es reversible, de forma que la energía química almacenada puede ser devuelta por la batería en forma de electricidad.
Las baterías, sean del tipo que sean y pertenezcan a la familia técnica que pertenezcan, se dividen en dos grandes grupos, las primarias y las secundarias.
1.Primarias. Aquellas que una vez cargadas no se pueden recargar (radiobalizas).
2.Secundarias. Aquellas que una vez descargadas se vuelven a cargar (reserva).
Figura 3.31. Corte y esquema interno de una batería.
No todas las baterías son iguales, ya que se usan compuestos y tecnologías distintas para su fabricación. Aunque de cara al usuario la tarea a realizar sea la misma son precisamente sus características técnicas las que marcan en cada uno de los tipos su rendimiento y facilidad de mantenimiento, sin olvidar claro está el precio.
Baterías de gel. Batería de electrólito en gel totalmente estanca que puede incluso ser utilizada boca abajo o tumbada. La tensión de recarga debe ser de 14,22 voltios y la tensión de mantenimiento de carga (aquella que hay que mantener para conservar la carga) de 13,8 voltios. La corriente de carga en este tipo de batería debe ser del 10% de su capacidad nominal. Estas baterías admiten ciclos de descarga profundos y entregan corrientes de pico altas. Son más pesadas y menos económicas que las químicas.
Baterías abiertas de electrólito líquido. Tienen tapones para verificar el estado del electrólito de los vasos. La nueva generación de baterías utiliza la aleación de plomo/calcio, lo que limita la autodescarga al 2% mensual. Se deben cargar a 14,8 voltios con una corriente limitada a ¼ de su capacidad nominal, por ejemplo, para una batería de 100 A, un máximo de 25 amperios. No admiten descargas profundas. La tensión mínima que debe entregar la batería es de 12,3 voltios y por debajo de los 12 voltios se produce sulfatación de las placas y deterioro irremediable de su capacidad. Son las baterías más convencionales y económicas.
Baterías estancas líquidas. El electrólito está empapado en un tipo de esponja. La carga debe efectuarse a 14,8 voltios y con una corriente de 1/20 de la capacidad nominal. Si la tensión en reposo de la batería es de 12,2 voltios debemos considerarla completamente cargada. Son más livianas y económicas que las de gel.
Baterías cerradas con electrólito líquido. Están selladas pero no son consideradas estancas. Se cargan a 15 voltios con una corriente de en torno al 15% de la capacidad. Se suelen denominar
“líquidas sin mantenimiento”, pero realmente son de bajo mantenimiento ya que siempre requieren alguna tarea.
Baterías de placas en espiral. Las placas están enrolladas como una espiral y el electrólito empapa una retícula de fibra de vidrio. Es totalmente estanca y puede funcionar incluso boca abajo. Aportan fuertes corrientes de pico, por ejemplo, una batería de 75 A puede entregar 900 amperios de golpe y aceptan descargas profundas. Para la recarga se debe usar una corriente de 10 amperios para 60 A con una tensión de 13,8 a 14,8 voltios. Pesan poco y resultan caras.
Baterías de litio-ión (Li-Ion). La batería de iones de litio es un dispositivo diseñado para almacenamiento de energía eléctrica que emplea como electrólito una sal de litio para aportar los iones necesarios para la reacción electroquímica reversible, la cual tiene lugar entre el cátodo y el ánodo del dispositivo. Este tipo de baterías es cada vez más usual en los sistemas de comunicaciones portátiles como alternativa a las anteriores baterías con electrólitos basados en el plomo, níquel-cadmio, níquel-hierro, etc.
Ventajas generales del Li-Ion:
Mayor densidad de energía. Mayor carga por unidad de peso y volumen.
Menor peso. Menor peso y volumen que las de tipo Ni-MH, y mucho menor que las de Ni-Cd y plomo con igual o mayor carga.
Mayor voltaje por célula. Cada batería entrega 3,7 voltios (Ni-MH o Ni-Cd, 1,2 V cada una).
Carecen de efecto memoria.
Descarga lineal. Durante la descarga el voltaje varía poco, evitando la necesidad de circuitos controladores más complejos.
Mayor vida útil. Algunas incluso más de 3.000 ciclos de carga/descarga con una pérdida de capacidad del 20%.
Facilidad para saber la carga almacenada. Se mide en reposo el voltaje de la batería. La energía almacenada es una función del voltaje medido.
Muy baja tasa de autodescarga. Descarga progresiva aunque no se use (Ni-MH más de un 20% mensual, Li-Ion menos de un 6% mensual).
Inconvenientes generales del Li-Ion:
Duración media. Depende de la cantidad de carga que almacenen, independientemente del uso (vida útil de 3 años o más si se almacenan con un 40% de su carga máxima).
Soportan un número limitado de cargas. 300 y 1.000 menos que una batería de Ni-Cd e igual que las de Ni-MH.
Mayor precio. Fabricación más costosa que las de Ni-Cd e igual que las de Ni-MH.
Sobrecalentamiento. Pueden recalentarse hasta el punto de abrirse e incluso explotar (se fabrican con materiales inflamables).
Menor capacidad de trabajo en frío. En bajas temperaturas su rendimiento es inferior a las baterías de Ni-Cd o Ni-MH reduciendo su duración hasta en un 25%.
Cuidados de baterías de litio (equipos portátiles). Estas baterías carecen de efecto memoria, por lo que no hace falta descargarlas por completo para iniciar una nueva carga. Es más, no es recomendable dado que puede acortar su vida útil.
Largos períodos de almacenamiento. Dejarlas con una carga media (40-50%), evitando mantenerlas con carga completa durante largos períodos.
Almacenamiento en lugares frescos (15°C) y evitar el calor.
Cargador específico. Un cargador inadecuado dañará la batería y puede hacer que se incendie.
La primera carga no es decisiva. Todos los ciclos de carga son iguales, no hay necesidad de cargar un batería de Li-Ion muchas horas la primera vez. Es un “mito” heredado de las baterías de níquel.
HAY QUE TENER EN CUENTA QUE EXISTEN EN EL MERCADOVARIAS COMBINACIONES DE LITIO, POR LO QUE PUEDEN PRESENTAR CARACTERÍSTICAS DIFERENTES.
3.11.2. Asociación de baterías
La asociación de baterías hace referencia a la unión de éstas en función de las necesidades de la instalación o aparataje a conectar, ya sea para elevar tensión (voltaje) o para aumentar la intensidad (corriente).
La asociación de las bat3.6.2. Propagación por onda superficial o terrestre (surface wave - ground wave)erías se puede realizar de tres maneras: en serie, en paralelo y en mixto (serie-paralelo), teniendo cada uno de los montajes unas características distintas.
La asociación de baterías en paralelo consigue un aumento de la “carga” o la corriente (la de cada uno de los elementos que forman el montaje). Esto se obtiene uniendo todos los positivos entre sí, y todos los negativos entre sí. La figura 3.32 muestra un montaje en paralelo.
Intensidad: 75 A x 4 = 300 A. Voltaje: 12 V.
Figura 3.32. Asociación de baterías en paralelo.
La asociación de baterías en serie consigue un aumento de la tensión sumándose la de cada uno de los elementos que forman la instalación. Esto se obtiene uniendo un polo positivo con el negativo de la siguiente, y así hasta el último elemento del circuito. Al final deben quedar sueltos el positivo de la primera y el negativo de la última, siendo éstos los bornes generales del sistema. La figura 3.33 muestra un montaje en serie.
Voltaje: 12 V x 4 = 48 V. Intensidad: 75 A.
Figura 3.33. Asociación de baterías en serie.
La asociación de baterías mixta consigue un aumento de la “carga” o la corriente y del voltaje. Esto se obtiene realizando un montaje en serie (en filas) y otro en paralelo (en columnas) como si de una matriz se tratara, obteniendo así un resultado de aumento de voltaje según el número de baterías en la fila, y un aumento del amperaje según el número de amperios por filas. La figura 3.34 muestra un montaje mixto.
Voltaje: 12V x 4 = 48V.
Intensidad: 75A x 4 = 150 A.
Figura 3.34. Asociación de baterías mixta.
CONECTAR UNA BATERÍA CON LA POLARIDAD INVERTIDA PROVOCARÁ UN CORTOCIRCUITO, Y LA GRAVEDAD DE ÉSTE DEPENDERÁ DE LA INSTALACIÓN Y EL AMPERAJE.
3.11.3. Cálculo e instalación del parque de baterías de un buque
Para llevar a cabo en el proyecto radioeléctrico el cálculo del parque de baterías primero se debe tener la relación de sistemas de comunicaciones que se quieren instalar. Una vez conocidos los aparatos, se extraen de las hojas de características de los fabricantes los consumos que tienen éstos, tanto en recepción como en transmisión (el mayor). Teniendo en cuenta estos datos, el siguiente paso es saber qué variante se usará en el montaje (apartado 3.11). A continuación se aplica el factor de multiplicación al resultado obtenido según las características del buque basándose en el SOLAS, por 1 si hay un grupo de emergencia o por 6 si no existe dicho equipo. Como último paso redondearemos o aproximaremos el valor de los amperios al tipo de baterías a instalar.
Para realizar este ejemplo se hará uso de las características técnicas de los mismos equipos que se describirán en el capítulo 19 sobre simulación de sistemas, una consola A35 con opción VHF + MF/HF de 500 W y un INMARSAT-C, todo esto mediante un montaje con parque de baterías único y con 6 horas de uso sin contar la duplicación de equipos. Todos los sistemas se conectarán a un voltaje de 24 V AC/DC (rangos de voltajes de 21,6 a 31,2 V para VHF y MF/HF, y de 10 a 31,2 V para INM-C).
Para realizar los cálculos del ejemplo se utilizará:
VHF+DSC: RT4822, 0,1 A en Rx; 2,8 A en Tx.
MF/HF+DSC: HC4500, 3,1 A en Rx; 38,5 A en Tx.
INMARSAT: H2095C, 0,2 A en Rx; 3,75 A en Tx.
GPS: FURUNO GP-80, 0,4 A.
Luces de emergencia: 0,625 A.
A su vez se tendrá en cuenta:
Para 1 hora: + 50%.
Para 6 horas: x6 + 20%
Luces de emergencia (incluido en la consola): 15 W (mínimo).
La instalación del parque de baterías debe realizarse de tal forma que todos los elementos queden sólidamente sujetos, y preferiblemente en un lugar que sea lo más estanco posible y con ventilación propia o forzada, ya que las baterías químicas pueden emitir, aunque en pequeñas cantidades, gases nocivos y/o corrosivos. El tipo de cable a utilizar para la conexión de la instalación debe ser el adecuado en sección para la intensidad total del parque de baterías. Normalmente la sección es muy gruesa, por lo que a veces se realiza una conexión de baterías con placas o barras de cobre atornilladas (embarrado de cobre).
Basándose en el cálculo realizado en el ejemplo, se puede sacar la idea errónea de que la capacidad del parque de baterías pueda ser la justa en caso de pérdida de la fuente de energía principal, por lo se tendería a duplicar, si se puede, la capacidad de éste. Para no caer en dicho error hay que tener en cuenta que los sistemas de transmisión, llegado el momento, no trabajarán simultáneamente, y la máxima potencia y consumo sólo se tendrán en cuenta en los momentos de transmisión, por lo que los cálculos quedan dentro de los márgenes, ofreciendo confianza.
3.11.4. La vida de las baterías
La vida de las baterías está directamente relacionada con la forma en que se utilicen, sobre todo por la relación de ciclos de carga/descarga. Una batería a la que se le demanda un consumo del 15% de su capacidad podrá tener o aportar 1.500 ciclos. Por el contrario, según se aumenta el consumo de cada ciclo, su número disminuye rápidamente. Para ciclos de descarga que consuman el 30% de la capacidad, se dispondrá de una batería de 500 ciclos más.
Si dicha batería se descarga a la mitad de su capacidad, será capaz de ofrecer 300 ciclos, y si la descarga ronda el 80%, durará 175 ciclos. Las descargas completas (>80%) habrá que evitarlas dentro de lo posible ya que se corre el riesgo de sulfatación, perdiendo parte de la capacidad definitivamente.
3.11.5. Trucos para alargar la vida de las baterías
De forma general y para alargar la vida de cualquier batería lo mejor es mantener la temperatura y humedad en el parque de baterías del buque basándose en las condiciones dadas por el fabricante, y lo más estable posible. La información que se ofrece a continuación es general, por lo que para cada clase de batería habrá a su vez un tipo específico de mantenimiento.
Cargar baterías de forma lenta y sin grandes corrientes de carga.
Si la batería es química, revisar periódicamente el nivel del electrólito.
Recargar las baterías lo más pronto posible tras un período de descarga profunda. Esto evitarála sulfatación de las placas.
En climas cálidos, tropicales o durante el verano, revisar los niveles de electrólito con mayor frecuencia. Si están bajos, añadir agua destilada.
Las altas temperaturas y la humedad acortan la vida de cualquier batería ya que se incrementa la velocidad de corrosión de las placas.
Cuanto más profundamente se descargue y cargue una batería, menor será su vida.
•Realice descargas de hasta el 50% y luego vuelva a cargarla; este tipo de uso hará que la batería dure el doble que si se descarga al 80%.
•Si se realizan descargas de hasta el 20% y la vuelve a cargar, entonces la batería durará 10 veces más que si se descarga al 80%.
Nunca deje que una batería se descargue por debajo de los 11,5 voltios.
3.12. COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNÉTICA (EMC, EMS, EMI Y RFI)
Debido a los múltiples sistemas que comparten superficie, altura y distribución en un buque, y a sus instalaciones, hay que tener en cuenta y asegurar el cumplimiento de las normativas y técnicas sobre compatibilidad electromagnética o EMC (Electro Magnetic Compatibility), en al menos las radioeléctricas (para ejecutar las comunicaciones, tales como antenas, cables coaxiales y conectores entre otros) y las líneas eléctricas de alimentación (para el funcionamiento de los sistemas de comunicaciones). Dichas técnicas se recogen en el Informe Técnico de la Comisión Electrotécnica Internacional 61000-1-1, que da como definición de EMC la siguiente expresión:
CAPACIDAD DE CUALQUIER APARATO, EQUIPO O SISTEMA PARA FUNCIONAR DE FORMA SATISFACTORIA EN SU ENTORNO ELECTROMAGNÉTICO SIN PROVOCAR PERTURBACIONES ELECTROMAGNÉTICAS SOBRE CUALQUIER COSA DE ESE ENTORNO.
Está claro, con lo visto sobre radioelectricidad hasta ahora, que en los buques existen diversas fuentes emisoras de interferencias y sistemas muy sensibles a dichas interferencias. Estos últimos, a partir de ahora, se denominarán simplemente perjudicados.
Por lo tanto, la EMC es una disciplina de la ingeniería dedicada al estudio EMI/RFI (interferencia electromagnética / interferencia de la radiofrecuencia) que debe al menos ocuparse de dos problemas bien distintos, dando a su vez dos campos de trabajo dentro de la propia EMC:
Inmunidad o susceptibilidad electromagnética (EMS). Aparato, equipo o sistema que debe ser capaz de operar adecuadamente en un entorno sin ser interferido por otros.
Interferencias electromagnéticas (EMI). No debe ser fuente de interferencias que afecten otros equipos del entorno debido a las emisiones electromagnéticas.
La mayoría de las normas EMC a cumplir en las instalciones las ofrecen los propios fabricantes de los dispositivos, y deben ser cumplidas a rajatabla por técnicos cualificados a la hora de realizar instalaciones de sistemas en los buques para así evitar funcionamientos incorrectos o incluso averías futuras en los sistemas.
A continuación se muestra un ejemplo de instalación de un sistema MF/HF con el sintonizador automático de antena (ATU) y el resto de los componentes dados por el fabricante con soluciones y modelos para el correcto funcionamiento.
Figura 3.35. Instalación de un sistema MF/HF. Cortesía de Sailor.
| FUENTES COMUNES Y VÍCTIMAS DE INTERFERENCIAS (EMI/RFI) |
| FUENTES/EMISORES DE INTERFERENCIAS |
| •Generadores AC•Aires acondicionados•Cargadores de baterías•Ventiladores•Inversores DC-AC•Sondas para profundidad (transductores)•Bombas de combustible (eléctricas)•Alternadores•Sistemas de arranque•Arrancadores de motores•Fluorescentes•Líneas eléctricas de alta tensión (motores de maniobras eléctricos, molinetes, etc.)•Transformadores•RADAR•Transformadores de aislamiento para conexiones en tierra•Motores para sistemas de estabilización |
| PERJUDICADOS POR LAS INTERFERENCIAS |
| •Equipos de música AM/FM•Sistemas de audio generales•Sensores de dirección para pilotos automáticos (fluxgates)•Sistemas informáticos de gestión para máquinas y puente (monitores de estrés, conning, máquinas, etc.)•Televisiones y monitores•Receptores GPS, DGPS•Compás magnético |
Todo lo estipulado con la compatibilidad electromagnética (EMC) en relación con los sistemas de comunicaciones a bordo de los buques se puede consultar en las resoluciones IMO A.813(19) y A.694(17). Tabién se puede consultar la publicación TECHNICAL COMMITTEE 80: MARITIME NAVIGATION AND RADIOCOMMUNICATION EQUIPMENT AND SYSTEMS, de la INTERNATIONAL ELECTROTECHNICAL COMMISSION, siendo de forma general las normas más importantes para el cumplimiento de los sistemas de comunicaciones y GMDSS la IEC 61097-1, IEC 61108 y la IEC 61162 con sus respectivas resoluciones IMO.
3.13. DETECCIÓN Y SOLUCIÓN DE AVERÍAS EN EL SISTEMA
Los fallos más comunes en equipos de comunicaciones marinos tienen que ver directamente con el rendimiento de trabajo de los componentes de dichos equipos tales como antenas y conexiones, etapas transmisoras, suministros de energías y/o fuentes de alimentaciones de los equipos, etc.
3.13.1. Fallos en antenas y conexiones
Este tipo de averías se deben principalmente a:
Conexiones entre antena y transceptor deficientes o nulas (rotura).
•Cambio del cableado.
Que la antena esté rota, “partida” o sufra una fractura interna (en antenas de látigo).
•Sustitución de la antena.
Aisladores rotos o deteriorados (hollín o salitre).
•Limpieza o sustitución.
Algunas de estas averías se pueden solucionar con materiales y personal de a bordo no cualificado técnicamente.
3.13.2. Fallos en transmisores
Las averías más comunes en los transceptores pueden venir dadas por el propio rendimiento que tiene la etapa de potencia de salida del transmisor, debido a los niveles de potencia y temperatura que se generan. Estos fallos suelen requerir la asistencia de personal técnico cualificado.
Calentamiento excesivo del transceptor.
•Medición de la Relación de Ondas Estacionarias (ROE) desde la antena hasta el equipo, ya que puede no ser un solo cable coaxial.
3.13.3. Fallos en suministros de energía y fuentes de alimentación
Al igual que en el apartado de antenas, estas averías las podemos subdividir para abrir el abanico de posibilidades y ofrecer así una mejor apreciación práctica de las mismas. Ver apartado de baterías para mayor información.
Terminales de las baterías sueltos, corroídos, sulfatados o “quemados”.
•Apretar sujeciones, limpieza de los bornes y cobertura de vaselina o grasa.
Baterías descargadas o defectuosas.
•Carga o sustitución dependiendo del nivel de tensión o del electrólito.
Fusibles quemados.
•Sustitución del mismo por uno de características idénticas. El fusible es un indicador rápido de avería o fallo. Si al colocar un fusible nuevo éste vuelve a quemarse, debemos esperar una avería más complicada y se requerirá personal técnico cualificado.
Dependiendo del tipo de avería se requerirá o no la asistencia de personal técnico cualificado.
3.13.4. Material de mantenimientos y reparaciones obligatorio a bordo
Según el Reglamento de Radiocomunicaciones, todo buque dispondrá a bordo de la información y manuales adecuados que permitan la operación y mantenimiento apropiados de todos los equipos radioeléctricos.
Para la realización a bordo de un sencillo mantenimiento, todo buque deberá disponer como mínimo de las siguientes herramientas, repuestos y componentes:
Fusibles de repuesto para todos los equipos de radio.
Fusibles de repuesto para la red eléctrica.
Fusibles de repuesto para los circuitos de las baterías.
Repuestos de lámparas de emergencia.
Herramientas necesarias para un sencillo mantenimiento.
Densímetro (dependiendo del tipo de baterías).
Polímetro o tester.
3.14. MANTENIMIENTO DE LOS SISTEMAS EN LOS BUQUES
De acuerdo con el Convenio SOLAS, Regla 15, para el mantenimiento de los equipos de comunicaciones GMDSS, los buques deben realizar comprobaciones en sus instalaciones adoptando para ello los siguientes puntos:
Duplicación de equipos.
Contratos de mantenimientos en tierra.
Mantenimiento a bordo.
Los buques que naveguen dentro de las zonas A1 y A2 elegirán uno de los puntos anteriormente descritos al realizar sus mantenimientos. Los buques que naveguen dentro de las zonas A3 y A4 tendrán que asegurar la disponibilidad de los equipos utilizando como mínimo una combinación de dos de los métodos anteriormente nombrados. Además se deberá tener a bordo un juego de herramientas y repuestos adecuados para el correcto mantenimiento de los sistemas.
3.14.1. Mantenimientos y comprobaciones periódicas de los equipos e instalaciones de comunicaciones
Los mantenimientos o comprobaciones deben ser realizados por los operadores y se clasifican según la frecuencia con la que se lleven a cabo, siendo éstas:
| DIARIA | Transceptores MF, HF y VHF | •Comprobar el papel y realizar los test de los DSC.•En MF/HF sintonizar frecuencias DSC en banda 2 y 8, y al menos una en 4, 6, 12 ó 16.•En MF/HF para la recepción MSI cambiar las frecuencias según la cobertura.•En VHF comprobar la recepción en el canal 70.•Comunicaciones de rutina según se necesiten (rutina y listas de tráfico). |
| Receptor NAVTEX | •Comprobar papel y test del equipo. | |
| Receptor EGC | •Comprobar papel y seleccionar la NAVAREA/METAREA adecuada. | |
| Transceptor INMARSAT | •Comprobar papel y regiones oceánicas, junto con los datos del satélite seleccionado. | |
| Cargador de baterías | •Comprobar los voltajes e intensidades de las fuentes de las baterías. | |
| Documentación y otros | •Llevar a cabo el registro de llamadas y sus costes.•Tener la información MSI a mano en el puente.•Reportes de posición AMVER (u otro).•Llevar el registro radioeléctrico al día. | |
| SEMANAL | Transceptor de VHF | •No existe la opción “Test Call” por lo que se realizará una llamada a un buque o una estación coordinándose previamente con esta última. |
| Transceptores MF y HF | •Realizar una llamada de prueba “Test Call” en DSC. | |
| Fuentes de reservas | •Comprobar el generador de emergencia (si se dispone de él) y las baterías.x | |
| MENSUAL | Radiobalizas EPIRB | •Comprobar posibles daños, corrosión, estanqueidad, zafa hidrostática y realizar test según el fabricante (no hacer test más de una vez al mes o las batería sufrirán un mayor desgaste al calculado por el fabricante). |
| Respondedor RADAR y AIS SART | •Comprobar posibles daños, corrosión y estanqueidad, y realizar test según el fabricante. | |
| VHF portátiles | •Si no se utilizan para comunicaciones internas (canal 15 y 17), realizar alguna prueba en un canal que no sea el 16. | |
| Fuentes de reserva | •Comprobar el generador de emergencia (si se dispone de él) y las baterías. | |
| Baterías | •Comprobar las baterías de emergencia, bornes o “regletas”, nivel de electrólito, carga, densidad, etc., de acuerdo al tipo de baterías instaladas. | |
| Antenas | •Inspeccionar el estado de las antenas, aisladores, acopladores, sintonizadores automáticos, conexiones, drizas, etc. | |
| RECOMENDACIÓN* | •Coincidiendo con la revisión técnica del buque se recomienda, para comprobar el buen estado de las baterías, una prueba real del sistema de emergencia. Desconexión de la fuente principal con los sistemas encendidos durante unos minutos.) | |
| * Convenio SOLAS, Capítulo IV, Regla 6. |
ANOTAR EN EL REGISTRO RADIOELÉCTRICO LOS RESULTADOS DE INSPECCIONES Y DE LAS PRUEBAS REALIZADAS.
Figura 3.36. Ficha resumen de las comprobaciones a realizar.
3.15. DISTRIBUCIÓN DE SISTEMAS GMDSS EN UN BUQUE. EQUIPOS Y ANTENAS
3.15.1. Sistemas e instalación de comunicaciones de un buque
Figura 3.37. Distribución de los sistemas en el puente de un buque.
Figura 3.38. Detalle en varias vistas de la consola GMDSS para zona A3, con opción INMARSAT.
Figura 3.39. Detalle en varias vistas de las antenas de un buque.
1Equivale a una modulación en AM pero sin reinserción de portadora; su principal inconveniente frente a la AM es la demodulación, y su principal ventaja en la relación señal-ruido (SNR) en relación con la potencia aplicada a la información.
2La velocidad de propagación en dicho medio será el de la velocidad de la luz (300.000 km/seg aproximadamente).
3Posterior a la comunicación de Marconi entre Polduh Cove (Inglaterra) y Terranova (Canadá) en 1901.
4Siglas de Terminal de Apertura Muy Pequeña (del inglés, Very Small Aperture Terminal).
5Para ampliar información, consultar Convenio SOLAS, Capítulo IV, Regla 13.
