21 diciembre 2012

Guía básica para diseñar aplicaciones de radiofrecuencia (1ª PARTE)




Las tecnologías que usan radiofrecuencia para transmitir información están cada vez más presente en todos los ámbitos de la ingeniería, y en particular en la industria. Es por ello que cada vez integramos más esta tecnología y por ello es interesante conocer cómo se diseñan aplicaciones sencillas.

Las ondas de radio se utilizan en un sinfín de productos que van desde los teléfonos móviles a la televisión, y se usan desde hace mucho tiempo. Sin embargo, muy poca gente conoce qué son exactamente las ondas de radio. Incluso los ingenieros eléctricos probablemente no conocen mucho las ondas de radio.

En esta nueva guía intentamos proporcionar los antecedentes necesarios para diseñar equipos de radio usando módulos de radio.

¿Qué es un módulo de radio?

Todos los usuarios desean productos que puedan ser usados fácilmente, que ofrezcan un buen rendimiento y precios bajos. En otras palabras, comprarían equipos de radio a bajo coste, que pueden ser usados sin licencia de operador, con operación libre de errores y simple, y con un amplio rango de operaciones.
Hay muy pocos productos perfectos, e intentar crear tal equipo ideal es un problema perpetuo para los fabricantes.
Entre estos productos que no requieren licencia de un operador de radio están los teléfonos móviles y las LANs inalámbricas, todo un rango de equipamiento de comunicaciones de datos inalámbricos, equipamiento de seguridad inalámbrica y así sucesivamente. Estos dispositivos se usan muy ampliamente en los campos industrial y de consumo.
Los módulos de radio son la porción de este tipo de equipos de radio que usan altas frecuencias.

¿Por qué son necesarios los módulos de radio?

A menudo se dice que los circuitos de alta frecuencia no trabajan bien si no se hacen con experiencia. Por este motivo, para ingenieros que están entrando en el campo del diseño de circuitos eléctricos desde el diseño del equipo o lógica de radio.

¿Qué tipo de módulos hay?

Lo siguiente es una introducción, de acuerdo con sus características, al tipo de módulos disponibles:
Por tipo de módulo
Los tipos de módulos de radio incluyen transmisores que sólo transmiten señales, receptores que sólo reciben señales, y transceptores incorporando funciones para transmitir y recibir. Una combinación de transmisor y receptor se usa para comunicación unidireccional. Los transceptores se usan para comunicación dúplex.

Banda de frecuencia
1)      Banda de 434 MHz. Los módulos de radio de banda 434 MHz transmiten datos de información en una frecuencia de banda estrecha y utilizan efectivamente las ondas de radio. La característica de las ondas de radio en la banda de 434 MH< es su rango de operación comparativamente ancho.
2)      Banda de 868 MHz. Similarmente a la banda de 434 MHz, estos módulos transmiten usando modulación de banda estrecha. Comparada con la banda de 434 MHz, no hay muchos de estos equipos en uso, así que hay ventajas desde el punto de vista de menor interferencia de radio. Su rango de operación es algo más estrecho.
3)      Banda de 2,4 GH. Los sistemas de comunicación de amplio espectro están autorizados para su uso en sistemas de comunicación de datos de baja potencia de 2,4 GHz, y están disponibles módulos de radio con sistemas que extienden datos de información a través de una banda ancha disponible en el mercado. Una onda de radio de 2,4 GHz tiene alta rectitud, y comparad a 400 MHz, la onda de radio tiene menos difracción y es inferior desde el punto de vista del rango de comunicación.
Sistema de modulación digital

Los sistemas de modulación usados en estos módulos son FSK (CPFSK, MSK, GMSK), PSK (BPSK, QPSK, DQPSK), y ASK.

En general, ASK es fácilmente afectado por condiciones ambientales, y usado en equipos de radio de micropotencia para comunicaciones de rango corto sobre unos pocos metros. FFSL y PSK se usan para su rango de fiabilidad y comunicación. FSK es comparativamente de bajo coste, pequeño tamaño, con consumo de potencia bajo y una tasa de error baja. DQPSK usa modulación multi-nivel y tiene un ancho de banda ocupado relativamente estrecho.

Por canal de frecuencia usado

Con la frecuencia usada fijada en una onda y usando un sistema de sintetizador, muchos canales de frecuencia son soportados. En general, los módulos de radio usando una onda son pequeños con bajo consumo de potencia, y alcanzan un rendimiento de costes excelente. Con módulos usando un sistema de sintetizador se puede conmutar a otro canal para comunicación si el resultado del sensor transportador indica que se está usando una frecuencia particular.

Hay también módulos con una función integrada que puede conmutar canales automáticamente. Dependiendo del canal de frecuencia usado, puede haber límites en métodos de uso tales como límites de tiempo de transmisión.

Por tipo de circuito de oscilación

Hay dos tipos de circuito de oscilación, tipo de resonador SAW y cristal. El tipo cristal tiene excelente estabilidad de frecuencia mientras el tipo de resonador SAW es ligeramente inferior relativamente a la estabilidad de frecuencia, pero este tipo a menudo se usa por su coste más bajo.

Por método de entrada/salida de datos

Hay dos formatos para datos de entrada en módulos de radio, entrada de datos serie y entrada de datos paralelos. Los formatos de código disponible para datos serie incluyen código NRZ, NRZI, DMI, Mánchester, etc. Requieren un control del código cuidadoso.

Por velocidad de transmisión de datos (velocidad de bit)

El rango de velocidades de datos ampliamente va de cientos de bps a decenas de Mbps. La velocidad para telecontrol puede ser 2.400 pbs, 4800 bps y así sucesivamente, y para transmisión de datos hay módulos de radio con velocidades de decenas de Mbps y módulos de alta velocidad.

Por método de procesado de datos

Los módulos de radio de telecontrol dedicados y los módulos de radio para transmisión de datos deben transmitir datos de comando simple y chorros de datos. Sin embargo hay módulos que presentan errores procesando protocolos y protocolos de procesado de link de datos, y aquellos que no tienen protocolos especiales. Lo anterior simplemente requiere que se introduzcan datos usando el terminal de entrada de datos de módulos, y el módulo lo procesa, mientras el último requiere que el diseñador de al módulo un protocolo de transmisión de propietario. Hay también módulos individuales que pueden usarse en cualquier modo.

Por aplicación

Los módulos que usan baterías deben ser de pequeño tamaño y tener un consumo de potencia bajo. Con módulos para uso industrial, es necesario poner atención en factores en el ambiente de operación tal como la temperatura de trabajo, humedad y otras.

Ver 2ª PARTE
Publicar un comentario en la entrada