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Entendiendo los Decibeles

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Qué son los Decibeles?

La razón básica de utilizar antenas es por que tienen "ganancia" - en otras palabras, incrementan la fuerza de la señal. Notese que no crean energía mágicamente, solo dirigen o enfocan las señales de radio en un haz más estrecho del mismo modo que una lampara sorda lo hace. A mayor ganancia, se obtiene un haz más estrecho con potencia concentrada - pero solo en cierta zona!
La ganancia de una antena se puede entender en terminos de la relación entre entrada y salida - de 1 a 2, 1 a 3, 1 a 4, etc. - esto es debido a que la ganancia es independiente de la potencia. En otras palabras, una antena que duplica la fuerza de la señal de un amplificador de un watt, también duplicará la fuerza de la señal de un amplificador de 10 watts.
Del mismo modo, las atenuaciones o pérdidas también son independientes de la potencia y así un mal cable que atenúa la mitad convertirá un watt en medio watt y diez watts en cinco watts.

Como vimos antes es fácil entender las ganancias y atenuaciones en terminos de cuanto se gana o pierde comparado contra un valor inicial. Sin embargo en la vida real hablamos de varios casos juntos y las cosas se complican - Imaginemos el caso donde "Tengo una antena de 17 veces de ganancia con un tercio de pérdida en el cable y un décimo de pérdida en conectores", se vuelve en extremo dificil ver cuanto es la ganancia total en el sistema, verdad?

Con el fin de simplificar el problema anterior se utilizan los decibeles (dB), los cuales son una representación de la relación de ganancia o pérdida en un sistema. Lo bueno de usar decibeles es que en vez de multiplicar y dividir ganancias y pérdidas respectivamente solo sumamos o restamos decibeles. (Ganancia es un número positivo en decibeles y Pérdida es un número negativo en decibeles). Así pues, si tengo una antena de 15 dB de ganancia con una pérdida de 3 decibeles en el cable y 2 decibeles en conectores, la ganancia de mi sistema es de un total de 10 dBs! (15 dBs (antena) -3 (cable) -2 (conectores) = 10 dB (total)) Mucho más fácil!

Algunos ejemplos de relacion de ganancia:

El doble de potencia es igual a +3dB, y la mitad es -3dB
El cuadrúple de la potencia es igual a +6 dB, y la cuarta parte sería -6 dB
Diez veces la potencia equivale a 10dB y la décima parte es -10dB
Cien veces la potencia equivale a 20dB y una céntesima parte es -20dB
(como se puede ver, la relación es logaritmica ya que los decibeles se definen como 10 * el logaritmo de la relación entre potencias)

Hasta este punto hemos hablado de relaciones de ganancia o pérdida, lo cual es independiente de la potencia. Así pues, no tiene sentido preguntar "Cuanta potencia me dará una antena de 23 dB?" - la antena obtiene tanta potencia como le mande el transmisor, pero la enfoca para dar un efecto de un transmisor 23 dBs más fuerte (o 200 veces más fuerte), pero solo en la dirección hacía donde está enfocada. De hecho, el ancho efectivo de la señal enfocada se especifica en las características de la antena como grados del haz (o beamwidth en grados) y es la zona donde la señal enfocada obtiene su máximo en el centro y baja -3 dBs de cada lado.

En base a lo anterior es claro que una antena de alta ganancia tendrá un haz estrecho y por tanto es más importante hacer una buena alineación. En este punto es importante hacer notar que la ganancia puede ser obtenida en el plano horizontal, vertical o ambos. Una característica de las antenas es la polarización - ya sea vertical u horizontal y define la forma en que las ondas de radio son transmitidas, pero lo más importante de esto es que si la polarización del transmisor y receptor no es la misma se causa una atenuación de más de 20 dBs!

Para terminar, un termino comunmente encontrado es "dBm" y que se refiere a potencia. Un miliwatt (una milésima de watt) equivale a 0dBm y en base a esta referencia se expresan las potencias de los equipos. La potencia de un equipo no es lo mismo que la ganancia como se vió antes, esta es potencia real y la otra es relación de cuando se enfoca la señal.
La sensibilidad de un radio también se expresa en terminos de cuantos dBm o que nivel de potencia se requiere para "entender" una señal.
Así, si tengo una transmisor de 20 dBm, una ganancia de antena de 15 dB, una pérdida en trayectoria (atenuación de señal en la atmosfera), ganancia de antena receptora de 10dB y una sensibilidad de receptor de -90 dBm, es posible tener un enlace?

La solución es cosa de sumar las ganancias y restar pérdidas:
20dBm (potencia de salida) + 15 dB (ganancia antena) - 100 dB (atenuación atmosfera) +10 dB = -50 dBm
Este valor obtenido es el valor de recepción teórico serían los -50 dBm, el cual está 40 dBs por encima de la sensibilidad del receptor por lo cual el enlace si funcionaría - siempre y cuando no hayan obstrucciones en la trayectoria.

 

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