WILVER SANTOYO: Ruido externo captado por la antena

La sensibilidad de un equipo receptor de radiocomunicaciones depende fundamentalmente de su nivel de ruido interno, pero también de los niveles de ruido e interferencia captados por la antena. Según su origen, el ruido externo puede clasificarse como natural o artificial. En este artículo comentamos cómo caracterizarlo.

El ruido artificial se debe a la actividad humana y se origina principalmente en máquinas eléctricas que producen chispas, como por ejemplo motores o generadores electromecánicos, motores de combustión interna que utilizan bujías, interruptores, conmutadores eléctricos, líneas de alta tensión, etc. Este ruido predomina a frecuencias bajas y su nivel disminuye rápidamente conforme se aumenta la frecuencia.

Evidentemente, su intensidad dependerá de la actividad humana en la zona, pudiendo diferenciarse entre zonas rurales o urbanas, así como centros comerciales o de ocio y áreas industriales.

Por otro lado, el ruido externo de origen natural puede clasificarse en atmosférico y cósmico. Algunas fuentes de ruido atmosférico son la radiación procedente de descargas del rayo o las emisiones procedentes de hidrometeoros y de gases atmosféricos. En cuanto al ruido cósmico, éste se genera en el espacio exterior, es decir, fuera de la atmósfera terrestre, y se compone fundamentalmente de ruido galáctico y de radiación procedente de cuerpos celestes, como el Sol y la Luna. El Sol es una fuente importante de ruido blanco que afecta principalmente a los sistemas de comunicaciones por satélite, ya que las antenas terrestres poseen ángulos de elevación que en ciertas ocasiones se encuentran alineados con el astro.

En la figura 1 se pueden apreciar las diversas fuentes de ruido externo, así como su nivel de intensidad, que intervienen en un sistema de radiocomunicaciones típico en las bandas de microondas. El ruido procedente de fuentes individuales tales como el Sol, los gases atmosféricos o la superficie de la Tierra se expresa normalmente en términos de temperatura de brillo. La temperatura de antena, T_a, es la convolución del diagrama de radiación de la antena con la temperatura de brillo del cielo y la superficie. En antenas cuyos diagramas engloban una sola fuente, la temperatura de antena y la temperatura de brillo son las mismas (curvas C, D y E). La figura 1 ha sido extraída de la Recomendación UIT-R PI.372.

A: Ruido artificial mediano en una zona comercial
B: Ruido galáctico
C: Ruido galáctico (en dirección del centro galáctico para un haz infinitamente estrecho)
D: Sol en calma (haz con ½ grado de abertura orientado hacia el Sol)
E: Ruido del cielo debido al oxígeno y al vapor de agua (antena de haz muy estrecho); curva superior, ángulo de elevación 0°; curva inferior, ángulo de elevación 90°
F: Cuerpo negro (ruido de fondo cósmico 2,7 K)

Figura 1: Temperatura de antena y factor de ruido en función de la frecuencia y para distintos tipos de fuentes de ruido externo.

A partir del valor de temperatura de antena de la gráfica anterior, la potencia del ruido externo captado por la antena puede calcularse como

N_a = kT_aBη_r,

donde k = 1,38·10⁻²³ J/K es la constante de Boltzmann, B es el ancho de banda de ruido y η_r es la eficiencia de pérdidas óhmicas de la antena.

Si consideramos que el equipo receptor puede caracterizarse por una temperatura equivalente de ruido, T_e, entonces la potencia de ruido total a la salida del receptor se expresaría finalmente de la siguiente manera:

N = k [ T_aη_r + T_amb (1 − η_r) + T_e ] BG,

donde T_amb es la temperatura física a la que se encuentra la antena, causante del ruido térmico introducido por ésta, y G es la ganancia del equipo receptor.