¿Qué significa el ancho de banda en general, y en el contexto de los siguientes ejemplos?

Ancho de banda es un término usado para describir el comportamiento analógico de un sistema. Siempre que tiene un ancho de banda, tiene una banda, un rango de frecuencias en la que está transmitiendo. El ancho de banda es la diferencia entre esas frecuencias.

Al abordar específicamente su pregunta a partir de los comentarios, hay razones prácticas por las que usamos segmentos de ancho de banda de altas frecuencias en lugar de bajas frecuencias.

  

Gracias por la respuesta. En su último párrafo, ¿hay algún problema si asignamos 0 HZ a 10,000 MHZ a 100 personas, cada una de 100 MHZ de ancho, en lugar de 20 GHZ a 30 GHZ?

Puedes hacer esto. Funcionará. Sin embargo, hay razones físicas para no hacerlo. La razón principal por la que no asigna un ancho de banda de baja frecuencia de esta manera es que nuestros filtros normalmente funcionan en términos de frecuencias relativas. Un filtro simple de paso bajo de primer orden proporcionará 20 dB de atenuación por década. Eso significa que si tiene un filtro de paso bajo con una frecuencia de esquina de 100MHz, teóricamente pasará a 100MHz perfectamente, 1000MHz con 20dB de atenuación y 10000MHz a través con 40dB de atenuación.

Si solo quisiera asignar una sola banda a cada persona, esto no causaría demasiado problema. Sin embargo, ¿qué pasaría si esas personas quisieran compartir el ancho de banda? ¿Qué sucede si desea tener una radio que pueda sintonizar diferentes estaciones de radio? Las estaciones de radio requieren un ancho de banda de aproximadamente 20 kHz. Puede asignar a una de ellas la banda de 20-40kHz, luego una de 40-60kHz, la de 60-80kHz y así sucesivamente. Si tuviera 10 canales de este tipo, necesitaría 200kHz de ancho de banda, desde 20kHz a 220kHz. Eso es alrededor de 3.5 octavas. Si, en cambio, hubiera iniciado la primera estación de radio a 100MHz, luego a 100.020MHz, 100.040MHz y demás, aún necesitaría 200kHz de ancho de banda, pero oscilaría entre 100Mhz y 100.220Mhz. ¡Eso es solo 0.003 octavas! Es mucho más fácil diseñar una antena que resuene más de 0.003 octavas que hacer una antena que resuene más de 3.5 octavas.

La otra gran razón para asignar bandas de frecuencias más altas es la uniformidad. Los efectos de la atmósfera y otras interacciones con el entorno están bastante bien distribuidos en un espacio logarítmico. ¿Por qué? Es la misma razón que la anterior: los efectos tienden a operar de manera proporcional a la frecuencia, al igual que nuestro simple filtro de paso bajo de primer orden.

Al diseñar un sistema de RF, normalmente queremos encontrar una ventana donde la atenuación sea aceptable para nuestra aplicación. Si necesitamos una cantidad fija de ancho de banda (por ejemplo, 200 kHz), es más fácil encontrar una ventana de 200 kHz con las mismas propiedades en altas frecuencias que encontrar una ventana tan simple en bajas frecuencias.

Un último problema a considerar: tamaño. Las frecuencias más bajas significan longitudes de onda más grandes. Las longitudes de onda más grandes significan que necesita antenas más grandes para transmitir y recibir de manera eficiente.

Un ejemplo de uso de baja frecuencia son los submarinos. Se sabe que los submarinos se han transmitido en la región ELF: baja frecuencia extrema. La Armada de los Estados Unidos corrió un transmisor, Seafarer, que operaba a 76Hz. No pude encontrar nada en el ancho de banda para ese sistema en particular, ¡pero las antenas de transmisión tenían que tener una longitud de 56 km! Los submarinos ni siquiera pueden enviar respuestas porque las antenas transmisoras son demasiado grandes y necesitan mucha energía para el submarino.

"ancho de banda" en general es el ancho de la banda, que es la diferencia entre la frecuencia más alta y la más baja.

Cuando hablamos de una señal, nos referimos al rango de frecuencias utilizado para codificar información. Cuando hablamos de un amplificador, cable, antena, etc. nos referimos al rango de frecuencias en las que el rendimiento es aceptable.

Exactamente lo que significa aceptable varía, pero una convención común es usar el ancho de banda "-3dB". Esos son los puntos en los que la potencia de la señal se reduce en un factor de dos (el voltaje de la señal se reduce en un factor de \ $ \ sqrt {2} \ $) a partir de su valor máximo.

  

2.El ancho de banda de una señal modulada en amplitud transmitida

Suponiendo una modulación de amplitud simple, el ancho de banda de la señal de AM es el doble de la frecuencia más alta en la señal de modulación.

Esto se debe a que cuando se multiplican dos señales, se obtienen componentes en la suma y la diferencia de las dos frecuencias. Así que la frecuencia más baja en la señal modulada es la frecuencia portadora menos la frecuencia más alta en la señal moduladora y la frecuencia más alta en la señal modulada es la frecuencia portadora más la frecuencia moduladora.

Este es un esquema de modulación ineficiente ya que la información en la señal original está esencialmente duplicada. Hay variantes de la modulación de amplitud que intentan reducir esta ineficiencia ya sea suprimiendo una de las bandas laterales de la señal modulada (SSB / VSB) o codificando dos señales separadas en diferentes fases de la misma portadora (QAM).

  

3.El ancho de banda de una señal utilizada en cables coaxiales / cables de fibra óptica

Igual que el rango de frecuencias utilizado para llevar la información. Dependiendo del contexto, también puede incluir bandas de protección agregadas para permitir un filtrado imperfecto.

También para la fibra, podemos hablar sobre el ancho de banda eléctrico (el ancho de banda de la señal utilizada para modular la fuente de luz) o el ancho de banda óptico (el rango de frecuencias en el sistema óptico). Si el láser se está modulando en amplitud, el ancho de banda óptico será el doble del ancho de banda eléctrico.

En algunos casos, las personas también usan "ancho de banda" para referirse a la velocidad de datos. La velocidad de datos alcanzable de un enlace de comunicación depende en gran medida del ancho de banda.

  

4.El ancho de banda de una señal utilizada para la comunicación por satélite

Mucho es la misma respuesta que la anterior.

  

¿Por qué una frecuencia de portadora alta significa un gran ancho de banda?

Cuando se habla de sistemas de radio, una frecuencia de portadora alta no significa, nacerácticamente, un ancho de banda alto, pero una frecuencia de portadora baja significa, con toda seguridad, un ancho de banda bajo. Hay un par de razones para esto.

Uno es el diseño de la antena. En general, el diseño de la antena se vuelve más difícil a medida que aumenta la proporción de frecuencias más altas y más bajas. Sería virtualmente imposible hacer una antena que funcione de manera aceptable en el rango de 0Hz a 100MHz, pero es relativamente fácil hacer una que funcione de manera aceptable en el rango de 1 GHz a 1.1 GHz.

La otra razón es que el espectro de radio es un recurso compartido. Seguro que si fueras un dictador, podrías asignar un servicio de 0Hz a 100MHz, pero ¿qué hay de todos los demás? OTOH entre 20 GHz y 30 GHz habría espacio para 100 canales cada 100 MHz de ancho.

Con respecto a los dos primeros:

1) Si una hoja de datos del amplificador operacional se refiere al ancho de banda, entonces se refiere a la frecuencia máxima con la que se puede usar, sin tener en cuenta las restricciones impuestas por otros componentes que pueden usarse junto con el amplificador operacional.

2) El ancho de banda de una señal de AM es la frecuencia más alta que se produce cuando la frecuencia central se modula con información (mezclada con una voz, por ejemplo) menos la frecuencia más baja que se produce cuando se modula la frecuencia central. Puede variar según el contexto, pero generalmente refleja cuán grande es la porción de AM que ocupa una parte del espectro de radio. Una única señal de radio pura (portadora) sin modulación ocupará teóricamente solo 1 frecuencia. Pero cuando una señal de modulación se incluye en ella, se produce un rango de frecuencias por encima y por debajo de la portadora. La magnitud de ese rango entre las frecuencias más altas y más bajas producidas es el ancho de banda.

A modo de ejemplo, en la radio AM broadcast solo había tantas frecuencias de radio públicas para transmitir, se podía visualizar un dial de radio antiguo limitado, de 540 a 1600 (que representa kHz). A cada estación se le asigna una frecuencia a al menos 10 (kHz) de su vecino más cercano en el dial. Siempre que la frecuencia central asignada (una portadora), cuando se mezcla con la información de modulación (voz o música) no produzca ninguna frecuencia fuera de ese ancho de banda asignado de 10 kHz, no interferirán con sus vecinos en el dial. . Cuando se mezclan dos frecuencias, producen otras frecuencias. En este ejemplo, las otras frecuencias se agruparán muy cerca de la frecuencia de la portadora, por encima y por debajo. El ancho de banda es la frecuencia más alta en el grupo menos la frecuencia más baja en el grupo, o la cantidad de espacio que ocupan en el dial de radio. Tenga en cuenta que las frecuencias presentes son dinámicas, cambian y cambian rápidamente a medida que cambia el tipo de información de modulación (música o lo que sea). En este ejemplo, el ancho de banda asignado permitido a la estación y el ancho de banda instantáneo medido pueden ser diferentes. Si hay un momento de silencio, entonces el ancho de banda instantáneo puede ser de 500 Hz, pero el sonido de un piccolo en reproducción puede aumentar el ancho de banda instantáneo a 6 kHz.