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Conversiones para radiofrecuencia: dBm↔Watts, VSWR, Return Loss, frecuencia↔longitud de onda
dBm a mW: P(mW) = 10^(P(dBm)/10)
mW a dBm: P(dBm) = 10 × log₁₀(P(mW))
dBW a dBm: P(dBm) = P(dBW) + 30
Conceptos clave de radiofrecuencia y telecomunicaciones
Las unidades de radiofrecuencia utilizan escalas logarítmicas (decibelios) porque facilitan los cálculos con señales que varían en rangos muy amplios, desde picowatts hasta megawatts.
El dBm es una unidad logarítmica referenciada a 1 mW. Permite sumar ganancias y restar pérdidas directamente en lugar de multiplicar y dividir. Por ejemplo: 20 dBm + 3 dB = 23 dBm es más simple que 100 mW × 2 = 200 mW.
El VSWR (Voltage Standing Wave Ratio) mide qué tan bien adaptada está una antena. Un VSWR de 1:1 es perfecto (toda la potencia se transmite). Un VSWR de 2:1 significa que ~11% de la potencia se refleja.
Es la medida en dB de cuánta potencia se refleja. Un Return Loss de 20 dB significa que solo el 1% de la potencia se refleja (muy bueno). Valores mayores de 10 dB son generalmente aceptables.
La longitud de una antena depende de la frecuencia. Una antena dipolo mide λ/2. Por ejemplo, para WiFi a 2,4 GHz (λ ≈ 12,5 cm), un dipolo mide unos 6 cm.
Se mide en dBm y representa la señal mínima detectable. Un receptor WiFi típico tiene -70 a -85 dBm. Los receptores GPS pueden detectar señales de -130 dBm.
Los cables coaxiales tienen pérdidas que aumentan con la frecuencia. Por ejemplo, un cable RG-58 tiene ~6 dB/10m a 400 MHz, pero ~20 dB/10m a 2,4 GHz.
| dBm | mW | W | Uso típico |
|---|---|---|---|
| -30 | 0,001 | 1 µW | Señal débil recibida |
| -20 | 0,01 | 10 µW | Señal recibida típica |
| -10 | 0,1 | 100 µW | Señal fuerte recibida |
| 0 | 1 | 1 mW | Referencia dBm |
| 10 | 10 | 10 mW | Bluetooth clase 1 |
| 20 | 100 | 100 mW | WiFi típico |
| 30 | 1.000 | 1 W | Radio PMR, walkie-talkie |
| 40 | 10.000 | 10 W | Radioaficionado HF |
| 50 | 100.000 | 100 W | Radioaficionado potente |
| 60 | 1.000.000 | 1 kW | Emisora local |
Cada unidad RF tiene su contexto de uso. Entender cuándo aplicar cada una evita errores de cálculo y facilita la comunicación entre equipos de trabajo.
| Unidad | Rango típico | Cuándo se usa | Escala | Facilidad de cálculo | Estándares donde aparece |
|---|---|---|---|---|---|
| dBm | -174 a +60 dBm | Potencia de señal en sistemas de comunicaciones, medición con analizadores de espectro | Logarítmica (ref. 1 mW) | Muy alta: suma y resta directa de ganancias/pérdidas | IEEE 802.11, 3GPP LTE/5G, ITU-T |
| Watts (W/mW) | pW a kW | Especificación de amplificadores, transmisores, cálculos de SAR | Lineal | Media: necesita multiplicaciones para cadenas RF | IEC 60268, UNE-EN 300 422 |
| dBW | -30 a +90 dBW | Sistemas de satélite, radioenlaces, PIRE (Potencia Isótropa Radiada Equivalente) | Logarítmica (ref. 1 W) | Alta: igual que dBm, pero referenciada a 1 W | ITU-R, ETSI EN 302 217 |
| dBµV | 0 a 120 dBµV | Medición de señales de TV, cable, DAB+, compatibilidad electromagnética (EMC) | Logarítmica (ref. 1 µV) | Alta: estándar en instalaciones de antenas domésticas | DVB-T2 (ETSI EN 302 755), UNE-EN 50083 |
| dBmV | -20 a +60 dBmV | Distribución de señal en redes de cable coaxial (CATV, DOCSIS) | Logarítmica (ref. 1 mV) | Alta: común en instalaciones de cable | DOCSIS 3.1, SCTE 40 |
Instalando una antena sectorial LTE a 1800 MHz. El analizador de espectro marca -45 dBm en el punto de conexión al feeder. Necesita saber si la señal es suficiente para el modem (sensibilidad -100 dBm). Diferencia: 55 dB de margen, más que suficiente. Mide también el VSWR de la antena: 1,4:1 → Return Loss de 15,6 dB → solo el 2,8% de la potencia se refleja. Instalación correcta.
Herramienta clave: conversor dBm ↔ W para verificar que la potencia del transmisor (43 dBm = 20 W) no supera los límites legales de exposición de la CMT.
Operador EA4 con licencia clase A (máx. 400 W PEP en HF). Su transceptor indica 100 W en el display (50 dBm). Ajusta el ATU hasta conseguir VSWR 1,2:1 en la antena dipolo a 14 MHz (λ = 21,4 m → dipolo de 10,7 m). Con cable RG-213 de 15 m (pérdidas: ~0,7 dB/10m a 14 MHz), la pérdida en el cable es ~1 dB: entrega 79,4 W a la antena.
Referencia EA/URE: VSWR < 1,5:1 es el objetivo habitual. Con VSWR 2:1 el Return Loss es 9,5 dB y se refleja el 11% de la potencia (11 W de 100 W).
Diseño de un LNA (Low Noise Amplifier) para banda 5G sub-6GHz (3,5 GHz). Nivel de entrada esperado: -90 dBm (señal del aire). Ganancia del LNA: 20 dB. Salida: -70 dBm. Figura de ruido del LNA: 1,5 dB. Piso de ruido del sistema: -174 dBm/Hz + 10·log(200 kHz BW) + 1,5 dB = -119,5 dBm. Margen SNR: -70 - (-119,5) = 49,5 dB. Diseño viable.
En diseño RF, cada dB cuenta. Un conector mal soldado puede añadir 0,5 dB de pérdidas y degradar la figura de ruido de todo el sistema.
Instalación de TDT en edificio de 20 pisos. Señal de entrada en cabecera: 75 dBµV. Cable utilizado: RG-6 con pérdidas de 8 dB/10m a 800 MHz. Distribuidor de 8 salidas: 12 dB de pérdida de inserción. Derivador por planta: 1,5 dB. Con 5 plantas hasta el piso 15 y 30 m de cable: 75 - 12 (distribuidor) - 2,4 (cable) - 7,5 (derivadores) = 53,1 dBµV. Nivel mínimo DVB-T2: 45 dBµV. Sistema válido.
Normativa ICT (RD 346/2011): el nivel mínimo de señal en toma de usuario debe estar entre 45 y 80 dBµV para TV terrestre.
El dBm (decibelio-milivatio) expresa potencia en escala logarítmica referenciada a 1 mW: dBm = 10 × log₁₀(P/1mW). Se usa porque las señales RF abarcan rangos enormes (desde -174 dBm del ruido térmico hasta +60 dBm de una emisora) que serían impracticables en escala lineal. Además, las ganancias y pérdidas en cascada se calculan con simples sumas y restas, no con multiplicaciones.
Ejemplo: Transmisor 30 dBm + cable -3 dB + antena +8 dBi = PIRE 35 dBm (3,16 W).
Ambos miden potencia en escala logarítmica pero con distinta referencia. dBm usa 1 mW como referencia; dBW usa 1 W. La conversión es directa: dBW = dBm - 30. Por ejemplo, 30 dBm equivale exactamente a 0 dBW (ambos son 1 W). En teleco españoles, los analizadores de espectro suelen mostrar dBm; los cálculos de radioenlaces y satélite usan dBW por tratarse de potencias superiores a 1 W.
En dB, la ganancia total es la suma algebraica de todas las ganancias y pérdidas de la cadena: G_total (dB) = G₁ + G₂ + ... - L₁ - L₂ - ... Un ejemplo de link budget LTE: PIRE transmisor (+43 dBm) - pérdida de propagación en espacio libre (-120 dB a 1 km, 2,1 GHz) + ganancia antena receptora (+2 dBi) - pérdidas de cable receptor (-2 dB) = nivel en receptor: -77 dBm. Si la sensibilidad del equipo es -100 dBm, el margen es de 23 dB.
El VSWR (Voltage Standing Wave Ratio) mide la adaptación de impedancias entre una línea de transmisión (generalmente 50 Ω) y la carga (antena). Un VSWR de 1:1 es perfecto (sin reflexión). Los valores aceptables según aplicación:
La relación es inversa: λ (m) = c / f, donde c = 299.792.458 m/s (velocidad de la luz en el vacío). En medios físicos (cable coaxial, guía de onda), hay que aplicar el factor de velocidad del medio (VF, típicamente 0,66 a 0,85 para cables coaxiales). Ejemplos prácticos en España: FM (100 MHz → λ = 3 m, antena dipolo 1,5 m), DAB+ (225 MHz → λ = 1,33 m), 4G Band 20 (800 MHz → λ = 37,5 cm), WiFi 2,4 GHz (λ = 12,5 cm), 5G mmWave 28 GHz (λ = 10,7 mm).
El piso de ruido térmico es -174 dBm/Hz a 290 K (temperatura de referencia ITU). Para un ancho de banda B: N₀ = -174 + 10·log₁₀(B) + NF, donde NF es la figura de ruido del receptor en dB. Un receptor LTE con BW de 10 MHz (70 dB·Hz) y NF = 7 dB tiene un piso de ruido de -174 + 70 + 7 = -97 dBm. La sensibilidad real requiere además un margen de SNR mínimo (típicamente 10-15 dB), resultando en una sensibilidad de -82 a -87 dBm.
Para mejorar la sensibilidad: reducir la figura de ruido del LNA (cada dB de NF mejora directamente la sensibilidad 1 dB) o reducir el ancho de banda si la modulación lo permite.
Las pérdidas en cables coaxiales comunes (por cada 10 metros) a distintas frecuencias:
Regla práctica: duplicar la frecuencia aumenta las pérdidas aproximadamente 1,4 veces (raíz cuadrada de la frecuencia).
La conversión depende de la distancia y la ganancia de antena. Para una antena isótropa en espacio libre: E (dBµV/m) = PIRE (dBm) + 20·log₁₀(f MHz) - 20·log₁₀(d m) - 77,2. Ejemplo: transmisor de 10 dBm (10 mW) con antena isótropa a 100 m y 900 MHz: E = 10 + 59,1 - 40 - 77,2 = -48,1 dBµV/m. Para mediciones de compatibilidad electromagnética (EMC/CEM), la normativa CISPR y la UNE-EN 55032 especifican límites en dBµV/m a distancias de 10 o 30 metros.
Determina la frecuencia de trabajo (HF 3-30 MHz, VHF 30-300 MHz, UHF 300 MHz-3 GHz, SHF 3-30 GHz), la impedancia del sistema (50 Ω en RF profesional, 75 Ω en TV/SAT/cable) y la potencia nominal del transmisor en dBm o W. Consulta la documentación del equipo o la hoja de datos del fabricante.
Suma algebraica en dB: Potencia TX (dBm) + Ganancia antena TX (dBi) - Pérdidas en cable TX (dB) - Pérdida de propagación (dB) + Ganancia antena RX (dBi) - Pérdidas cable RX (dB) = Nivel en receptor (dBm). Compara el resultado con la sensibilidad del receptor para obtener el margen del sistema. Un margen mínimo de 10-15 dB es recomendable para instalaciones fijas.
Con el reflectómetro o analizador de antenas (ej. NanoVNA, RigExpert AA-55 Zoom), mide el VSWR en la frecuencia de trabajo con la antena conectada. Objetivo: VSWR < 1,5:1. Si el VSWR es mayor, ajusta la longitud de la antena (+/- longitud para subir/bajar la frecuencia de resonancia) o usa un ATU (Automatic Tuning Unit). Anota también el Return Loss y la resistencia e reactancia en la frecuencia de interés.
Con un analizador de redes o medidor de pérdidas de inserción, mide la atenuación del cable a la frecuencia de trabajo. Compara con los valores del fabricante; si la pérdida es mayor en más de 1-2 dB, revisa los conectores (corrosión, soldaduras frías, conectores mal crimpados). Un conector PL-259 mal instalado puede añadir hasta 2-3 dB de pérdidas extra.
Con el analizador de espectro o un medidor de campo (para instalaciones TV/SAT), mide el nivel en dBm o dBµV en el punto de conexión del receptor. Para TDT: el nivel debe estar entre 45 y 80 dBµV en la toma de usuario (normativa ICT, RD 346/2011). Para LTE/5G: el RSSI debe superar el umbral de sensibilidad del equipo terminal en al menos 10-20 dB.
El SNR mínimo depende de la modulación utilizada: BPSK requiere ~10 dB, 16-QAM ~20 dB, 256-QAM ~30 dB, 1024-QAM ~38 dB. Para DVB-T2 con 256-QAM y code rate 3/5, el umbral de SNR es aproximadamente 20 dB. Mide el SNR real con el analizador de espectro o el propio receptor (muchos equipos profesionales muestran MER o SNR en su interfaz de diagnóstico).
Redacta un informe con: frecuencia de trabajo, potencia TX, VSWR medido, pérdidas de cable, nivel de señal en receptor (dBm o dBµV), SNR medido y margen de sistema. Verifica que todos los valores cumplen la normativa aplicable (ICT para instalaciones en edificios, RD 123/2017 para el espacio radioeléctrico, plan técnico nacional de TDT). Archiva las mediciones con fecha y equipo de medida usado (número de serie, fecha de calibración).
Antes de anotar cualquier medición, especifica el punto físico donde se midió (entrada del receptor, salida del transmisor, toma de usuario). Una diferencia de 3 dB entre mediciones puede deberse simplemente a que un técnico midió antes del cable y otro después. Usa etiquetas como "-45 dBm en SMA de salida PA".
Los cables coaxiales y conectores varían su atenuación con la temperatura: aproximadamente +0,002 dB/°C por cada 10 m de RG-213. En instalaciones al aire libre en España (verano: +40°C, invierno: -5°C, rango de 45°C), un tramo de 50 m de cable puede variar hasta 0,5 dB entre estaciones. Para sistemas con margen ajustado (< 5 dB), calibra en las condiciones de temperatura más desfavorables.
Un puerto sin terminar de un divisor de potencia o un acoplador puede reflejar hasta el 100% de la señal (VSWR infinito), degradando el VSWR de todo el sistema. Usa siempre cargas terminadoras de 50 Ω (o 75 Ω en sistemas de TV) en los puertos no conectados. Una carga de buena calidad debe mantener VSWR < 1,1:1 hasta la frecuencia de trabajo.
Los analizadores de espectro y los reflectómetros requieren calibración previa al uso: ajuste de nivel con señal de referencia conocida (ej. -20 dBm ± 0,5 dB), corrección del factor de calibración del cable de medida y compensación de la pérdida de inserción de los adaptadores. La IEC 61169 recomienda recalibrar los equipos de medida RF al menos cada 12 meses; en campo, una verificación diaria con señal de referencia es suficiente.
La mayoría de analizadores de espectro portátiles tienen un límite de entrada de +30 dBm (1 W). Superar este nivel puede dañar irreversiblemente el mezclador de entrada. Antes de conectar un transmisor al analizador, siempre usa un atenuador calibrado. Para transmisores de > 5 W (+37 dBm), usa como mínimo un acoplador direccional de 20-30 dB y verifica que el nivel residual esté por debajo de +20 dBm.
Un link budget completo incluye: potencia TX (dBm), ganancia de antena TX (dBi), pérdidas totales de cable TX (dB), modelo de propagación (Friis, Okumura-Hata, COST-231), pérdidas adicionales por edificios/vegetación (dB), ganancia de antena RX (dBi), pérdidas cable RX (dB), figura de ruido del receptor (dB), ancho de banda (MHz) y margen de desvanecimiento (dB). Para instalaciones ICT en España, el cálculo debe cumplir el Reglamento ICT aprobado por RD 346/2011.