1.9: Resumen

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Hoy en día, seis mil millones de personas transmiten información de manera regular de forma inalámbrica utilizando transmisores y receptores que pueden ser más pequeños que la mano de un lactante, contienen billones de transistores y brindan conectividad en casi cualquier ubicación.

La historia de las radiocomunicaciones es notable y casi todos los aspectos de la ingeniería eléctrica están involucrados. El factor más importante de todos es que los consumidores están preparados para desprenderse de una gran parte de sus ingresos para tener conectividad sin ataduras. Este deseo abrumador de comunicación ubicua sorprendió incluso a los defensores más optimistas de las comunicaciones inalámbricas personales. La comunicación inalámbrica es ahora una parte importante de la economía de cada país, y los gobiernos están muy involucrados en establecer estándares y proteger la competitividad de sus propias industrias.

La historia de las radiocomunicaciones ha llevado al modo de operación actual, asignando una porción estrecha del espectro EM a uno o unos pocos usuarios. Esta elección dictó la necesidad de osciladores muy estables y filtros de alto rechazo, por ejemplo. La estabilidad de los osciladores en los productos de consumo es de unos pocos hercios alrededor\(1\text{ GHz}\), unas pocas partes en mil millones, un nivel de precisión que no tiene rival para ninguna otra cantidad física en un dispositivo fabricado.

El espectro de RF se utiliza para soportar una enorme gama de aplicaciones, incluyendo comunicaciones de voz y datos, navegación por satélite, radar, radar meteorológico, mapeo, monitoreo ambiental, control de tráfico aéreo, radar policial, vigilancia perimetral, evitación de colisiones de automóviles y muchos militares aplicaciones. Una gran tendencia es la desaparición virtual de la radio analógica y ahora el uso casi completo de la radio digital. La radio digital es mucho más tolerante a la interferencia y puede usar una porción mucho más pequeña del espectro EM. Otra gran tendencia es la tremenda demanda de espectro EM que resulta en un uso apreciable del espectro hasta\(100\text{ GHz}\) y poco más allá de eso. Actualmente grandes partes del espectro se destinan para uso militar exclusivo y hay presión para reducir el espectro asignado para uso gubernamental de todo tipo.

En la ingeniería de RF y microondas siempre hay aproximaciones considerables hechas en el diseño, en parte por las simplificaciones necesarias que deben hacerse en el modelado, pero también porque muchas de las propiedades del material requeridas en un diseño detallado solo pueden conocerse aproximadamente. La mayoría de los diseños de RF y microondas se ocupa de circuitos selectivos de frecuencia que a menudo se basan en longitudes de línea que tienen una longitud que es una fracción particular de una longitud de onda. Muchos diseños pueden requerir tolerancias de frecuencia de tan poco como\(0.1\%\), y los filtros pueden requerir tolerancias aún más estrictas. Por lo tanto, es imposible diseñar exactamente. Se requieren mediciones para validar e iterar diseños. La comprensión conceptual es esencial; el diseñador debe ser capaz de relacionar mediciones, que a su vez tienen errores, con simulaciones por computadora. La capacidad de diseñar circuitos con buena tolerancia a las variaciones de fabricación y quizás circuitos que pueden ser sintonizados por equipos automáticos son habilidades desarrolladas por diseñadores experimentados.

El capítulo 2 describe los métodos de modulación y las ideas que llevaron a poder transmitir muchos bits de datos por hercio de ancho de banda. Los órdenes altos de modulación envían muchos bits de información y cuanto mayor sea el orden de modulación, más sofisticados deben ser los esquemas de modulación y demodulación. Transmisores y receptores que implementan los métodos de modulación y demodulación y conversión ascendente y descendente, respectivamente, entre la información de banda base de baja frecuencia y las señales de radio de alta frecuencia se describen en el Capítulo 3. Las antenas revisadas en el Capítulo 4 son la interfaz entre los circuitos electrónicos y las ondas EM que se propagan libremente. Las antenas direccionales son esenciales para dar soporte a muchos usuarios al permitir la reutilización de frecuencia del espectro EM en la misma celda. Los sistemas celulares 1G a 5G se describen en el Capítulo 5. Además se describen brevemente otros sistemas de microondas como radar y WiFi y su desarrollo ha seguido de cerca o acaba de preceder al de la radio celular. Los tremendos avances son el resultado del desarrollo sinérgico de conceptos de sistema y de hardware digital y de microondas.