Publicado el 29 Apr 2021
A lo largo de más de 10 años, Microkey fue publicando numerosos artículos técnicos en la prestigiosa revista del sector Ascensores & Montacargas, con el propósito de divulgar y facilitar el conocimiento de los principales elementos que rodean a las comunicaciones en el ascensor, con un especial énfasis en la telefonía de emergencia y de rescate.
Esta labor la hemos considerado primordial a medida que el conocimiento de todo lo que rodea al mantenimiento de un ascensor ha ido evolucionando y complicándose.
Todos aquellos aspectos relacionados con la electromecánica se enriquecieron en su día, con la incorporación de la electrónica de control y de potencia, con la consiguiente necesidad de la formación y actualización de conocimientos en estas materias por parte de los técnicos de mantenimiento.
Finalmente, en estos últimos años la progresiva incorporación de las comunicaciones, que se inició a través del teléfono de emergencia, tecnología conceptualmente simple aunque tecnológicamente muy compleja, siendo el primer equipamiento para abrir la puerta a las comunicaciones del ascensor en letras mayúsculas, mediante su digitalización y nuevas capacidades, para incorporar la telemetría y con ella la muy cercana capacidad predictiva de posibles averías.
Tras un breve periodo de “descanso” volvemos con más ímpetu utilizando ahora los nuevos formatos digitales de comunicación, para poder de este modo, llegar con más eficacia a un público más diverso manteniendo, eso sí, el mismo propósito divulgativo de estas tecnologías.
Por último, invitamos a nuestros estimados lectores que a través de la red nos propongan aquellos temas que consideren primordiales o simplemente útiles para el desempeño de su profesión en el campo de las comunicaciones en el ascensor.
Hemos escogido como primer tema del Aula MICROKEY las antenas por dos motivos:
El primero, por ser el elemento primordial para poder realizar la interconexión entre los equipos emisores y receptores del sistema.
El segundo, y mucho más importante, por la falta de conocimientos en general en torno a ellas por parte de los técnicos mantenedores del ascensor y consecuentemente, su incorrecta instalación en general, con el evidente peligro manifiesto de una mala calidad de la emisión y recepción de las señales radiadas.
Este segundo aspecto que para cualquier sistema es un problema, para un equipo de telefonía de emergencia en un atrapamiento, es simple y llanamente inadmisible.
Se adjudica el honor de ser considerado el inventor de la antena a finales del siglo XIX al científico ruso, físico y matemático, Alexander Stepánovich Popov.
Basándose a “hombros de gigantes” en las teorías previas de los investigadores Hertz y Maxwell, profundizó en sus estudios sentando las bases para obtener resultados prácticos materiales.
Alexander Stepánovich Popov (1897)
Su primer logro en esta dirección, fue la invención de un dispositivo que tenía la particularidad de registrar las perturbaciones eléctricas de la atmosfera.
Se trataba de una rudimentaria varilla conductora que se levantaba “en dirección al cielo” y captaba la energía de las tormentas. Su composición le permitía entonces captar las ondas electromagnéticas originadas artificialmente. Sin darse cuenta y de forma rudimentaria, Stepánovich había inventado la antena.
Los posteriores estudios y perfeccionamiento de sus teorías le permitieron aumentar el alcance, la sensibilidad, el rango de longitudes de ondas y frecuencia de las señales.
Llegado a este punto del conocimiento, equipó una estación de tierra en la ciudad de Kronstdat y a un crucero ruso con todos los aparatos de comunicación inalámbricos, realizando la primera comunicación constatada, con un navío navegando en alta mar y tierra a una modesta distancia de algo más de medio kilómetro.
Estas investigaciones y sus primeras instalaciones a su vez sentaron las bases para que el italiano Guillermo Marconi desarrollara y pusiera en marcha su sistema de radio sin hilos, superando muchos de los inconvenientes en las transmisiones a largas distancias.
Una antena es un dispositivo diseñado con el objetivo de emitir y/o recibir ondas electromagnéticas hacia o desde el espacio libre.
Una antena transmisora convierte corrientes eléctricas en ondas electromagnéticas, y una receptora realiza la función inversa.
Las antenas en su vertiente de producto llevan inherente robustez y estabilidad mecánica, materiales ligeros con pocas pérdidas, costes competitivos, facilidad de integración, entre otros aspectos.
Es el margen de frecuencias en el cual los parámetros de la antena cumplen unas determinadas características.
Se puede definir un ancho de banda de impedancia, de polarización de ganancia o de otros parámetros. La directividad se puede calcular a partir del diagrama de radiación.
Con más detalles de forma individual se puede apreciar en esta imagen un diagrama de radiación en 3D y cómo la señal es tratada en la antena. Se puede visualizar que la manera en que el instalador posicione la antena afectará la manera en que la señal de la antena es recibida y/o emitida.
Es la relación entre la densidad de potencia radiada en la dirección de máxima radiación, a una cierta distancia R, y la potencia total radiada dividida por el área de la esfera de radio R.
El ángulo que hace referencia el diagrama de radiación del lóbulo principal en el plano horizontal de la antena se denomina “azimut” y para el diagrama de radiación en el plano vertical se denomina de “elevación”.
Ambos ángulos son fundamentales para la evaluación de los técnicos en la ubicación de las antenas con el fin de agrupar a los usuarios y que a estos les alcance la señal con una mayor cobertura.
La eficiencia de una antena se refiere a la potencia suministrada a la antena y la potencia radiada o disipada dentro de la antena.
En una antena de alta eficiencia la mayor parte de la energía presente en la entrada de la antena irradia. Una baja eficiencia de antena tiene la mayoría de la potencia absorbida en pérdidas dentro de la antena.
Con estas dos variables podemos entonces determinar una característica muy importante de la antena la ganancia, que definiremos a continuación.
Es la relación entre la densidad de potencia radiada en la dirección del máximo a una distancia R y la potencia total entregada a la antena dividida por el radio de una esfera de radio R. La eficiencia es la relación entre la ganancia y la directividad, que coincide con la relación entre la potencia total radiada y la potencia entregada a la antena.
Es la relación entre la potencia de radiación y la potencia total aplicada a la antena, en la cual se toma en cuenta, además de la potencia de radiación, la potencia de pérdida.
5. Impendancia
Una antena se tendrá que conectar a un transmisor (o a un receptor) y deberá radiar (o recibir) el máximo de potencia posible con un mínimo de pérdidas. Para ello se debe adaptar el transmisor o receptor a la antena para una máxima transmisión de potencia a través de una línea de transmisión.
La impedancia Z0 es un parámetro que depende de parámetros primarios de la relación longitud-diámetro del material conductor y de la frecuencia de trabajo, mientras que la impedancia de entrada es el parámetro circuital de la antena (relación del voltaje y la corriente de entrada).
Para que una antena tenga un buen rendimiento tiene que resonar en la frecuencia de trabajo, es decir, tener cancelada la componente reactiva XL o Xc y por lo tanto la reactancia inductiva y capacitiva debe ser cero XL + Xc = 0.
Por lo tanto y simplificando de nuevo, las antenas se denominan resonantes cuando se anula su resistencia de entrada.
Es un parámetro de radiación, ligado también al diagrama de radiación. Se puede definir el ancho de haz a -3 dB como el intervalo angular en el que la densidad de potencia radiada es la mitad de la máxima.
Anchura de haz a -3dB
La polarización electromagnética en una determinada dirección, es la figurageométrica que traza el extremo del vector campo eléctrico a una cierta distancia de la antenaal variarel tiempo.
Puede ser lineal, circular y elíptica (sin entrar en más detalles).
En esta imagen se puede visualizar la transmisión tridimensional de dos tipos de antena.
Se llama diagrama copolar al diagrama de radiación con la polarización deseada y diagrama contrapolar al diagrama de radiación con la polarización contraria.
El origen de las ondas electromagnéticas se basa en el hecho de que toda carga eléctrica en movimiento emite energía en forma de este tipo de ondas, siendo la frecuencia de estas ondas la misma que la del movimiento de la carga.
Un campo magnético se caracteriza por su frecuencia o longitud de onda y su intensidad (potencia), así como de la polarización (términos ya definidos anteriormente) y la modulación empleada.
Tanto la intensidad del campo eléctrico (E) como la del campo magnético (H), son magnitudes que varían en el espacio y en el tiempo, es decir, en su posición y en el instante en el que se miden estas variables.
Las unidades de medida son Voltios/metro y Amperios/metro empleando para ello un equipo capaz de medir ambas variables a la vez y mediante una fórmula matemática relacionarlas con la densidad de potencia en un punto.
Simplificando, la medición de la potencia de radiación se realiza en el área que se denomina campo lejano y se analizan los patrones más importantes de radiación de la antena.
La medición de la potencia de radiación se realiza en el área que se denomina campo lejano y se analizan los patrones más importantes de radiación de la antena.
Existen una gran variedad de tipos de antenas dependiendo del uso a que deban ser destinadas.
En unos casos no deben ser directivas para poder expandir al máximo su señal, como ejemplo las antenas de telefonía móvil y, en otros al contrario deben serlo para no interferir señales de otros servicios y canalizar bien la máxima potencia (por ejemplo, radioenlaces).
Sin entrar en detalles, saber que el tamaño de las antenas está relacionado con la longitud de onda de las señales que emite/reciben. Es por ello que a medida que las frecuencias de estas señales son mayores las antenas disminuyen.
Las antenas de hilo están formadas por hilos conductores eléctricamente delgados cuyos diámetros son muchísimo menor que la longitud de onda.
Tienen diversas formas, como se puede observar en la siguiente figura, y permiten una amplia variedad de aplicaciones en las telecomunicaciones.
Nos fijaremos y extenderemos con más lujo de detalles en las antenas de tipo dipolo, debido a que son las más comunes y empleadas en las instalaciones.
Las antenas dipolo son las más comunes y empleadas en las instalaciones.
Este tipo de antena es la más sencilla de todas. La más común entre ellas es la denominada de Hertz o de media onda, consistiendo en un hilo conductor de media longitud de onda a la frecuencia de trabajo, cortado por la mitad, en cuyo centro se coloca un generador o una línea de transmisión. Suelen estar fabricadas en aluminio o cobre.
El dipolo consigue radiar al separar los dos conductores que forman la línea de transmisión
En el centro del dipolo hay una tensión reducida y una intensidad elevada, mientras que en las puntas y por el contario hay una tensión elevada y una corriente nula.
Por este motivo los dipolos pueden plegarse para darles mayor ganancia a la vez que una mayor rigidez mecánica. Saber además que la impedancia de un dipolo es de 75 Ohmios (300 Ohmios para un dipolo doble).
Diagrama de radiación de un dipolo en el plano horizontal y vertical.
También denominadas directivas, son antenas ideales para una mejor recepción de señales de televisión o, en el caso que nos ocupa, cuando en el lugar de la instalación existen un número reducido de antenas de telefonía, por ejemplo, en zonas rurales y alejadas de los grandes núcleos de población.
Este tipo de antenas permiten tener una mejor ganancia y, en consecuencia, un mejor rendimiento en la instalación.
La antena YAGI es una antena capaz de concentrar la mayor parte de la energía radiada de manera localizada, aumentando así hacia el receptor o recibida desde la fuente (caso que nos ocupa en nuestras instalaciones) evitando además interferencia introducidas por fuentes no deseadas.
Existen otros tipos de antenas que simplemente citaremos ya que no son del interés particular para nuestras instalaciones:
Existen tres variantes; Haz conmutado, Haz de seguimiento y Haz adaptativo.
Finalmente, resumimos los aspectos prácticos más relevantes que debe conocer y prestar especial atención un instalador de telefonía de emergencia para ascensores:
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