Principios básicos de transmisión por radio

Índice

Conceptos básicos. Métodos de transmisión. Modulación en amplitud (AM). Modulación en frecuencia (FM). Bandas de frecuencia.

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Las ondas de Radio son un tipo de ondas electromagnéticas, lo cual confiere tres ventajas importantes:

No es necesario un medio físico para su propagación, las ondas electromagnéticas pueden propagarse incluso por el vacío.

La velocidad es la misma que la de la luz, es decir 300.000 Km/seg. Objetos que a nuestra vista resultan opacos son transparentes a las ondas

electromagnéticas.

No obstante las ondas electromagnéticas se atenúan con la distancia, de igual forma y en la misma proporción que las ondas sonoras. Pero esta desventaja es posible minimizarla empleando una potencia elevada en la generación de la onda, además que tenemos la ventaja de la elevada sensibilidad de los receptores.

Generación y propagación de las ondas

Las ondas de radio son generadas aplicando una corriente alterna de radiofrecuencia a una antena. La antena es un conductor eléctrico de características especiales que debido a la acción de la señal aplicada genera campos magnéticos y eléctricos variables a su alrededor, produciendo la señal de radio en forma de ondas electromagnéticas.

Estas ondas se transmiten desde un punto central (la antena emisora) de forma radial y en todas direcciones, pero podemos diferenciar tres

formas de transmisión: 

Onda de tierra: en principio las ondas de radio se desplazan la línea recta, atravesando la mayoría de los objetos que estén en su camino con mayor o menor atenuación. Las pérdidas por dicha atenuación dependen de la frecuencia de la transmisión y de las características eléctricas de la tierra o el material atravesado. En términos generales a menor frecuencia mayor es el alcance de la onda y cuanta menor sea la densidad del material más fácil será atravesarlo.

Parte de esta onda es reflejada por la superficie terrestre.

Onda visual o directa: es refractada en la baja atmósfera (refractación troposférica) debido a los cambios en la conductividad relativa en sus capas.

Onda espacial: la atenuación en el aire es muy pequeña, lo que hace que la onda pueda alcanzar las capas altas de la atmósfera (ionosfera) y ser reflejada en su mayor parte de vuelta a tierra.

El mayor inconveniente que tendremos es que la transmisión de estos tres frentes no se hace a la misma velocidad, ya que las ondas reflejadas se retrasan con respecto a la onda directa, produciéndose un desfase que genera ruido (e incluso llegando a anular la onda si el desfase es de 180 grados). Para reducir este este efecto hay que elevar la antena, ya que aumentando la altura se disminuye el ángulo de desfase.

Otro inconveniente es que en onda media la onda espacial no regresa a tierra durante el día pero sí durante la noche, debido a que la altura de la ionosfera se reduce. En cuanto a onda corta tenemos adicionalmente el inconveniente que a partir de una frecuencia crítica las ondas no son reflejadas a tierra y escapan al espacio.

Transmisión a larga distancia

Basándonos en el efecto de refracción en la ionosfera y en la capa terrestre es posible transmitir a largas distancias. Para ello debemos emplear ondas de gran energía y de baja frecuencia.

ONDAS ELECTROMAGNETICAS

Las ondas electromagnéticas, ondas que poseen una componente eléctrica y una componente magnética, se clasifican según la frecuencia de oscilación. En orden creciente de frecuencia se dividen en: ONDAS DE RADIO, RAYOS INFRARROJOS, LUZ VISIBLE, RAYOS ULTRAVIOLETAS Y RAYOS X. A medida que se incrementa la frecuencia disminuye la longitud de onda. Esta última se obtiene a partir del cociente entre la velocidad de propagación y la frecuencia. La velocidad de propagación es una constante para todas las frecuencias, y en el vacío su valor es de 300.000.000 m/s (la velocidad de la luz).

En condiciones normales y en el ámbito de una atmósfera uniforme las ondas de radio se desplazan en líneas rectas. Teniendo en cuenta la forma esférica de nuestro planeta la comunicación con un punto situado más allá del horizonte será posible en ciertas condiciones y solamente en determinadas frecuencias. Para comunicaciones seguras a grandes distancias entre puntos situados sobre la superficie terrestre se utilizan las frecuencias de HF, ya que estas ondas son reflejadas en la alta atmósfera y regresan a la tierra a miles de kilómetros. Las frecuencias de VHF, UHF y SHF no se reflejan en la atmósfera (salvo algunas excepciones) y por lo tanto están limitadas al alcance visual de los puntos a comunicar.

Las ondas de radio permiten la comunicación más allá del horizonte gracias a fenómenos de refracción, reflexión, dispersión y difracción. Este tipo de ondas pueden viajar a través del vacío a la velocidad de la luz y aproximadamente a un 95% de esta velocidad en otro medio (por ejemplo un cable) y a través de la atmosfera terrestre la reducción de la velocidad es generalmente insignificante.

REFRACCION

Las ondas electromagnéticas pueden sufrir una desviación en su trayectoria cuando atraviesan las diferentes capas de la atmosfera con cierto Angulo, debido a las densidades diferentes en cada una de estas capas. Normalmente se aprecia un fenómeno

similar al introducir un lápiz en un vaso con agua el cual aparenta estar doblado. La desviación de la trayectoria es proporcional al índice de retroactividad, que es el cociente entre la velocidad de propagación en el vacío y la velocidad de propagación en el medio atravesado.

Las ondas de radio atraviesan las diversas capas de la atmosfera, desde la troposfera hasta la ionosfera y si los índices de retroactividad de cada una de estas capas son muy diferentes, se produce una reflexión total, siendo las frecuencias de VHF y superiores las más propensas a esta desviación de trayectoria.

REFLEXION

Las reflexiones se producen en objetos grandes, tanto móviles como estacionarios, cuyo tamaño debe ser de varias longitudes de onda a la frecuencia de trabajo y de superficies planas. Para frecuencias de VHF o superiores se pueden comportar como reflectores las capas ionizadas de la alta atmósfera, los límites entre las masas de aire de diferente temperatura y humedad de la baja atmósfera y también las grandes acumulaciones de agua. Otros reflectores lo constituyen los aviones, los edificios, las montañas y la superficie del planeta.

Las reflexiones en la atmósfera permiten las comunicaciones más allá del horizonte óptico sobre la superficie de la tierra. Tanto el receptor como el transmisor deben apuntar hacia las superficies reflectantes y la superficie común no necesariamente debe estar ubicada a mitad de camino entre ambos puntos.

DISPERSION

Las ondas de radio sufren el efecto de la dispersión cuando atraviesan alguna masa de electrones o pequeñas gotas de agua en áreas suficientemente grandes, y de esta manera se refractan. Este fenómeno es similar al observado en la radiación de luz intentando penetrar en la niebla. Generalmente la refracción se producirá solamente a determinados ángulos.

DIFRACCION

Cuando existe un obstáculo en el camino de las ondas electromagnéticas la difracción (el esparcimiento de las ondas en los límites de la superficie) permite que un pequeño porcentaje de las ondas lleguen del otro lado de la obstrucción. Este fenómeno generalmente permite la recepción en zonas de "sombra de señal" detrás de montañas o grandes edificaciones.

 

PROPAGACION DE ONDAS ELECTROMAGNETICAS EN LA ATMOSFERA

Todas las ondas de radio se propagan por el aire o por el espacio. Cuando lo hacen a través del aire, la atmósfera produce efectos sobre las ondas que la atraviesan. La capa de aire que rodea nuestro planeta está compuesta de Nitrógeno y Oxigeno en grandes proporciones, junto a otros gases en cantidades mucho más pequeñas, incluidos fragmentos de elementos que llegan del espacio exterior. La composición se mantiene constante hasta una altitud de 100 km, pero la densidad disminuye notablemente y luego, en la alta atmosfera, solamente se encuentra Nitrógeno y Helio.

La radiación del Sol actúa en toda la atmosfera. En áreas cercanas a la superficie influye con su calor en los fenómenos meteorológicos. En la alta atmosfera transforma los gases mediante la radiación ultravioleta y los rayos X.

La atmósfera se encuentra dividida en grandes regiones muy diferentes: la TROPOSFERA, la ESTRATOSFERA, LA MESOFERA y la IONOSFERA.

TROPOSFERA

Se encuentra entre la superficie de la tierra y una altura promedio de 10 Km En esta región se producen los fenómenos meteorológicos, ya que es aquí donde se encuentran las nubes, tormentas, vientos, frentes de diferente presión, temperaturas variables, etc. Esta capa es la responsable de la mayoría de las condiciones de propagación en VHF según las condiciones del clima.

ESTRATOSFERA

Se encuentra sobre la troposfera, entre los 10 y los 50 Km sobre la superficie terrestre; de baja densidad, no tiene ninguna influencia sobre las comunicaciones. Tiene gran poder de absorción de la radiación ultravioleta del sol, en la que el Ozono juega un papel muy importante, impidiendo que los rayos ultravioletas alcancen la superficie de la tierra. En

esta capa la temperatura aumenta con la altitud, llegando al máximo en la capa de Ozono, debido a la máxima absorción de la luz solar.

MESOFERA

Esta capa de la atmosfera se encuentra ubicada entre los 50 y los 80 Km de altura. En su parte inferior contiene una pequeña cantidad de Ozono y por lo tanto calentamiento máximo debido al contacto directo con la porción superior de la estratosfera. A mayor altura disminuye la temperatura. En la porción superior comienza la ionización de la capa D perteneciente a la ionosfera.

IONOSFERA

Sobre la mesosfera y hasta una altura de 600 Km se encuentra la ionosfera. Esta región de la atmósfera se ioniza, al recibir la radiación ultravioleta y los rayos X del Sol, y se liberan electrones de las moléculas de Nitrógeno y de Oxigeno (que pueden permanecer muchas horas en ese estado y en grandes áreas). Si estos electrones reciben excitación de radiofrecuencia, están en condiciones de irradiarla nuevamente hacia áreas adyacentes, incluida la tierra, o simplemente la disipan.

Es muy importante para las comunicaciones en HF ya que las señales que llegan a esta región son refractadas hacia la tierra, a miles de km del lugar de origen. En condiciones normales la ionosfera no produce ningún efecto sobre las señales de VHF, que la atraviesan y se pierden en el espacio exterior.

Los electrones libres se agrupan en diferentes capas dentro de la ionosfera:

LA CAPA D

Entre los 80 los 90 Km de altura, aparece de día durante todo el año y absorbe señales de las bandas inferiores de HF cuanto más radiación ultravioleta recibe, aunque permite el paso de frecuencias superiores a los 14 MHz sin dificultad. Al anochecer desaparece abruptamente y permite que las señales de HF en frecuencias menores a los 5 MHz la atraviesen libremente.

LA CAPA E

Sobre la capa D y hasta los 110 km de altitud, su densidad de ionización depende de la luz solar, de noche es esporádica y permeable. Durante el día es más densa, pero mucho menos absorbente que la capa D.

LA CAPA F

De características puramente reflectabas, se encuentra entre los 110 y los 400 km de altitud, se divide en dos, la capa F1 y la capa F2. La capa F1 (entre los 110 km y los 250 km) presente solamente durante el día (ausente en invierno) y la capa F2 (entre los 250 hasta los 550 aproa) presente en mayor cantidad durante la noche.

 

EL SOL

La densidad de la ionosfera depende de la cantidad de radiación solar recibida, que no es constante. La radiación emitida por el Sol es variable con respecto a la rotación del Sol sobre su eje y también de un periodo de 11 años de actividad. Estas variaciones son manifestadas por la cantidad de las manchas solares observadas desde hace varios siglos. El promedio de las manchas alcanza picos máximos cada once años. Hasta el momento el máximo promedio de manchas en un ciclo fue de 200. También se puede expresar la intensidad de la actividad como flujo solar, expresado en una escala de 60 a 300. El mínimo de manchas corresponde a una medida de 60 en la escala de flujo solar y el máximo de manchas corresponde a una medición de 300 del flujo solar.

Las manchas solares consisten en disturbios magnéticos en la superficie de la estrella seguidos de altísimas emisiones de ondas electromagnéticas. Estas emisiones abarcan un amplio rango de frecuencias, desde frecuencias de HF hasta los Rayos X, manifestándose inclusive como alto ruido en la banda de VHF. Estas emisiones se incrementan durante los picos máximos del ciclo de 11 años. De esta manera llegan emisiones ultravioletas a la ionosfera, la que se ioniza intensamente, aumentando la frecuencia máxima utilizable en la capa F2 y posibilitando comunicaciones de mayor distancia en HF e inclusive favorecer las comunicaciones en las bandas inferiores de VHF. Las predicciones de las condiciones de propagación toman en cuenta el flujo solar y las manchas solares en conjunto con otras variables.

 

LAS COMUNICACIONES EN FRECUENCIAS DE HF

La característica distintiva de las ondas de radio de MF y HF (de 0,3 a 3 MHz y de 3 a 30 MHz respectivamente) es la capacidad de comunicar a distancias de miles de kilómetros. Una vez alcanzado el horizonte óptico las señales se refractan en la ionosfera y alcanzan nuevamente la superficie a distancias considerables. La distancia de salto depende de la frecuencia y de propiedades de la ionosfera, que inclusive durante la noche posee características muy favorables. En cambio las señales de VHF (de 30 a 300 MHz) y superiores alcanzan el horizonte óptico y se pierden en el espacio.

Se denomina FMU a la Frecuencia Máxima Utilizable que se refleja en la alta atmósfera para regresar a la superficie a muchos kilómetros del origen, depende de la actividad solar y las manchas solares que alteran la ionosfera en forma súbita y breve o por lapsos de tiempos prolongados. La FMU es variable día a día y según la irradiación solar, siendo de 10 MHz como mínimo y de 65 MHz o más con máxima actividad solar. Una de las características de la actividad solar es que logra aumentar la FMU aunque puede disminuir en forma repentina.

LA IONOSFERA DURANTE EL DIA

Con radiación ultravioleta máxima, la capa F se separa en dos, la capa F1 por debajo y la capa F2 por arriba. La capa D, que es máxima al mediodía absorbe totalmente las señales entre 1 y 10 MHz emitidas desde la tierra, de manera que éstas no llegan a la capa F para ser reflejadas. Debido a estos comportamientos, durante las horas del día las

comunicaciones en las bandas de 1,8 MHz y de 3,5 MHz se limitan notablemente a algunos cientos de kilómetros.

Las señales superiores a los 20 MHz atraviesan todas las capas, incluida la F1 y pueden llegar a la capa F2, que mediante reflexión retornan a la tierra. Durante el invierno, al mediodía, la capa F1 desaparece y de esta manera la capa F2 refleja señales de frecuencias más elevadas.

 

LA IONOSFERA DURANTE LA NOCHE

Sin radiación solar las capas F1 y F2 se juntan y forman una sola, la capa F, entre 300 y 400 Km sobre la superficie de la tierra, débilmente ionizada, refleja las señales de hasta 10 MHz aproximadamente, mientras que el resto de las señales se pierden en el espacio exterior. Durante periodos de máxima actividad solar, con ionización nocturna intensa, las señales superiores a los 14 MHz e incluso las de 50 MHz se pueden reflejar en esta capa. La distancia a cubrir en un solo salto es de cómo minino 4000 km y se logran distancias mayores mediante saltos múltiples.

 

LAS COMUNICACIONES EN FRECUENCIAS DE VHF

Dentro de las frecuencias de VHF existen tres bandas para uso de radioaficionados, que son las siguientes:

Banda de 6 metros: de 50 a 54 MHz

Banda de 2 metros: de 144 a 148 MHz

Banda de 1, 25 metros: de 220 a 225 MHz

La característica distintiva de las ondas de radio de VHF, UHF y SHF (a partir de los 30 MHz) es su corto alcance sobre la superficie terrestre. Se limita a decenas de kilómetros para comunicaciones directas punto a punto entre estaciones terrenas. Cuando atraviesan la atmosfera no se reflejan en las diferentes capas, las atraviesan totalmente y se pierden en el espacio exterior. El límite es el horizonte óptico. La televisión y la radio en frecuencia modulada se transmiten en VHF, con alcance local solamente. Para comunicaciones a miles de kilómetros se utilizan satélites artificiales que reflejan la señal que llega en una línea recta y retorna hacia la superficie. En ciertas condiciones se pueden aprovechar las características de refracción de la atmósfera y se logran distancias considerables durante períodos variables de tiempo, que incluso pueden permanecer durante días. La capa de la atmosfera que tiene mayor influencia sobre las frecuencias de VHF y superiores es la troposfera, gobernada por los cambios de clima. Las condiciones de propagación de VHF, al igual que los cambios climáticos, se pueden predecir con relativa exactitud.

REFRACION TROPOSFERICA

Se localiza en la TROPOSFERA, y permite que las ondas de radio experimenten una relativa curvatura hacia la tierra, superando el horizonte óptico. Existen dos tipos de refracciones:

REFRACCION DE SUPERFICIE

También conocida como Propagación por onda de superficie. Las señales de VHF se desplazan en línea recta en todas direcciones incluso hacia el espacio exterior donde se pierden. Para comunicaciones terrenas, el alcance teórico se limita al horizonte óptico, debido a la curvatura del planeta. La superficie de la tierra absorbe parte de las señales y se logra un alcance aproximadamente un 30% mayor que el alcance óptico.

Una estimación del radio de alcance de la señal se puede obtener con la siguiente formula:

Por ejemplo, para una estación "A" que posee su antena a una altura H de 20 metros (la configuración que habitualmente se utiliza en una torre con dipolos de HF) el radio de alcance D será de 18 km. Otra estación "B" que posee una altura de H' 12 metros, tendrá un radio de alcance D' de 14,2 km.

La separación física máxima que puede existir entre estas dos estaciones será la suma del radio de alcance de cada una. En el ejemplo es de 18 Km + 14,2 Km = 32,2 km. De esta manera el radio de alcance de una estación se encuentra dentro de los límites del radio de alcance de la otra. Estas distancias se cumplen en condiciones normales de la atmosfera y es la distancia en que la comunicación será 100% confiable, aunque en ciertas condiciones de refracción y utilizando potencias elevadas las distancias serán de cientos de kilómetros.

SUPERREFRACCION

Una vez superado el horizonte óptico, las señales de VHF se pierden en el espacio, y en otros casos no tan frecuentes pueden describir una curva descendiente mientras se

desplazan. La distancia cubierta por la señal es de aproximadamente 1200 Km y la atenuación es prácticamente escasa.

La prolongación del camino en cientos de kilómetros por refracción en la troposfera se produce cuando las señales son dobladas en su trayectoria y vuelven a la superficie de la tierra. En frecuencias de VHF sucede gracias a diferencias en el índice de refracción de la troposfera, generado por las variaciones climáticas propias de esta región. La distancia máxima a cubrir en estas circunstancias, habitualmente de cientos de kilómetros, depende de la altura de la región atmosférica común a ambas estaciones de radio. El índice de refracción es variable con respecto a los cambios de clima, que son propios de la baja atmosfera. La potencia en los equipos toma carácter secundario, siendo la altura de antena la condición necesaria para lograr distancia.

Refracciones normales permiten extender el radio horizonte 1/3 más, y condiciones favorables no tan frecuentes permiten un alcance mayor, de cientos de kilómetros, sin perdida en la intensidad de la señal. Esta situación, siempre está presente en mayor o menor grado y a veces se la desconoce, y es la que se aprovecha permanentemente en VHF gracias a las condiciones variables de humedad.

Cuando el índice de refracción aumenta, las ondas de radio incidentes se doblan y llegan nuevamente a la tierra, si el área refractaria abarca un área extensa, mayor será la distancia a comunicar, que puede llegar a los 1500 km.

La causa de esta situación es la diferencia de temperatura del aire con la altura y una caída abrupta de humedad, fenómeno conocido como inversión de temperatura. Las siguientes condiciones habituales del clima pueden crear importantes inversiones de temperatura.

 

RADIACION DEL CALOR DE LA TIERRA

Después de la puesta del sol, la temperatura del aire cercano a la superficie del terreno se enfría, llevando hacia arriba el aire caliente. Este último permanece arriba, creando la inversión de temperatura (capas de este aire caliente sobre capas de aire frio). El enfriamiento continúa durante la noche y hasta antes del amanecer creando una inversión hasta una altura de 500 m. Esta situación se ve favorecida por las noches de verano calmas y desfavorecidas por el viento y las nubes.

FRENTES DE ALTA PRESION

Estos frentes aplastan el aire, lo comprimen y elevan su temperatura. Capas de este aire caliente sobre las capas de aire frio se forman entre los 500 y los 3000 metros. Se intensifica durante la noche y a la mañana temprano, cuando la temperatura de la superficie se enfría y se mantiene. Es notable el efecto que producen las capas alternadas de aire caliente y frio, permitiendo refracción a lo largo de grandes áreas.

FRENTES DE AIRE CALIENTE Y DE AIRE FRIO

Otra causa, que provoca algunas mejoras en la refracción, son las inversiones de temperatura por frentes de aire caliente y frentes de aire frio.

Los primeros aparecen a la cabeza de una masa de aire caliente en movimiento sobre un área de aire frio y estable. Este tipo de inversión se mantendrá estable a lo largo de cientos de km por delante de este frente.

El segundo, con inversiones inestables, aparece a la cabeza de masas de aire frio buscando lugar bajo aire caliente estacionario. La mejor refracción se produce paralelamente y detrás del aire frio pasajero.

OTRAS CAUSAS DE INVERSIONES DE TEMPERATURA

Los vientos calientes y secos pueden calentar el aire frio de grandes llanuras, y crear una importante inversión, especialmente en primavera. Si la llanura está cubierta de nieve, la inversión será mucho mayor.

En las costas existe una leve corriente de aire frio, estable, que sube 50 km sobre el mar después del atardecer en noches de verano. Por las propiedades moleculares del agua, esta permanece caliente aun de noche, con la costa fría, y este aire frio que sopla permite elevar ese aire caliente que permanecía sobre el mar. De esta manera se produce la favorable inversión de temperatura con el aire caliente arriba, proveniente del agua, y la brisa fría por debajo. De esta manera se mejoran notablemente las refracciones a lo largo de áreas cercanas a ríos y mares.

DESVANECIMIENTO TROPOSFERICO

Turbulencias en la baja atmosfera y pequeñas variaciones en el clima generan el desvanecimiento de las señales de VHF. Condiciones locales (lluvias, aire caliente ascendente de las ciudades, humedad caliente ascendente de los ríos o lagos), desestabilizan el camino de la onda y por lo tanto afectan la propagación.

Los aviones en movimiento generan una agitación sonora debido al reflejo de las señales. Estas llegan por un camino alternativo en diferente fase, cambiando constantemente con la trayectoria del avión.

 

DISPERSION

DISPERSION POR CAPA ESPORADICA E

En esta capa se forman nubes de alta densidad iónica, son esporádicas, hasta el momento no se pueden predecir, su intensidad es variable y permiten condiciones extraordinarias de propagación en las bandas de HF y VHF. En frecuencias superiores a los 30 MHz se pueden cubrir distancias comprendidas entre los 900 km y los 2200 km, y por doble salto de 4000 km. Por saltos múltiples, poco habituales, se alcanzan distancias mayores a los 10.000 km en 50 MHz y mayores a 3000 km en 144 MHz.

La mayor posibilidad se presenta siempre durante la mañana y al atardecer, en primavera y verano, aunque pueden aparecer en forma repentina en cualquier momento.

Las señales son fuertes y la mayoría de las estaciones las pueden utilizar. En bandas de 50 MHz con antenas simples y pocos watts se pueden cubrir distancias sorprendentes. Las nubes esporádicas pueden elevar la frecuencia mínima utilizable en forma muy repentina, de manera que si disminuye la distancia a cubrir en 50 MHz, al cabo de unos minutos se incrementara la distancia a cubrir en 144 MHz. Una indicación de esto se produce cuando la distancia cubierta de 2200 km en 50 MHz disminuye a 700 km, es aquí cuando la distancia de 2200 km se podrá cubrir en 144 MHz.

Este tipo de propagación, investigada actualmente, no tiene relación con los ciclos solares.

DISPERSION IONOSFERICA

Tiene lugar en la IONOSFERA, y según la densidad iónica las señales incidentes se dispersan o refractan, siempre en todas direcciones, inclusive hacia la superficie de la tierra. La intensidad de las señales se debilita por el rebote en las capas de ésta alta atmósfera, por lo que requiere transmisores de alta potencia y buenos receptores. Existen dos tipos de dispersiones ionosferas, dispersión corta y dispersión larga: en la primera, la señal no llega a rebotar en la capa F ya que se refleja en la zona de dispersión y vuelve a la tierra, no es muy útil ya que retorna deformada y debilitada. La segunda, rebota en la capa F y luego se refleja hacia la tierra en la zona de dispersión, otorgando una señal débil pero no deformada (para este tipo de dispersión la frecuencia máxima difícilmente supera los 100 MHz).

DISPERSION TRANSECUATORIAL

También conocida como TE, en este tipo de dispersión el campo magnético terrestre altera las capas superiores de la ionosfera durante los máximos del ciclo solar y de esta manera aumenta el grado de ionización. Se produce un abultamiento en la capa F2 en grandes áreas situadas sobre el ecuador geomagnético, permitiendo la comunicación entre dos puntos situados simétricamente a 15º del ecuador geomagnético (la línea del ecuador geomagnético no coincide con el ecuador geográfico a lo largo de todos los meridianos).

Este fenómeno permite cubrir distancias de 5000 a 8000 Km. por doble refracción entre el hemisferio norte y el hemisferio sur, y se registran numerosos contactos entre Argentina y latitudes del Caribe en las bandas de 50 MHz y 144 MHz. Durante la primavera, a fines del verano, y en otoño, en las primeras horas luego del atardecer es posible comunicar por este tipo de propagación de larga distancia, en el que las señales se encuentran levemente distorsionadas pero perfectamente entendibles. Este tipo de dispersión no requiere elevada potencia o antenas de considerable ganancia.

Verano a verano se registran contactos desde Argentina con estaciones de Brasil, Puerto Rico y Venezuela en la porción inferior de 144 MHz en banda lateral, inclusive con antenas de 7 elementos polarizadas en forma horizontal y una potencia promedio de 10 watts. También se registran esporádicos contactos en Diciembre y Enero en las

frecuencias de encuentro en FM incluidos algunos ingresos a repetidoras de la Provincia de Buenos Aires y Córdoba de estaciones de Venezuela.

 

REFLEXION POR AURORAS

Las auroras boreales (hemisferio norte) y las auroras australes (hemisferio sur) se generan durante el choque de iones (de las radiaciones solares en su período más alto) con los átomos de gas de la atmósfera superior. Los iones son atraídos hacia los polos por las líneas de fuerza del campo magnético de la tierra y producen el efecto luminoso en latitudes cercanas a los polos, reflejando las señales de VHF y UHF situadas en la zona visible de este fenómeno.

Generalmente ocurren un par de años antes y también después del máximo solar, y se aprecian en otoño y primavera. Las estaciones a contactar deben apuntar antenas hacia el centro de la aurora, es decir hacia el sur en el caso de las australes y realizar un recorrido de este a oeste y luego en el sentido inverso. Las estaciones equipadas con 25 watts y pequeñas antenas direccionales resultan más que suficientes para estos contactos. Se han logrado comunicados de aproximadamente 2000 Km. pero solamente en telegrafía en 144 MHz, ya que las señales de fonia se deforman demasiado. Este fenómeno genera un efecto inverso en HF, ya que absorbe casi por completo algunas señales y su recepción se distorsiona durante horas.

 

IONIZACION POR METEORITOS

Durante su órbita, el planeta tierra atraviesa otras órbitas de cuerpos de variados tamaños, que se encuentran en el espacio exterior. Estos cuerpos, al ingresar a la atmósfera, se desintegran totalmente, salvo los de mayor tamaño (que se convierten en meteoritos y llegan a la superficie terrestre). Al desintegrase, en la capa E dejan una estela ionizada. Estos cuerpos están asociados a cometas que tienen órbitas predecibles y se identifican con el nombre de las constelaciones donde suelen aparecer (es simplemente un efecto óptico). Para que se logren los contactos por este tipo de propagación las lluvias deben ser muy intensas, en 50 MHz la duración es de apenas

treinta segundos y a medida que se aumenta en frecuencia el tiempo útil disminuye, siendo de algunos segundos en 144 MHz. Se requieren antenas direccionales largas y potencias de 100 watts para el éxito, como así también establecer la frecuencia previamente y realizar llamados cortos. Las distancias cubiertas varían entre los 700 y los 2200 km.

 

COMUNICACIONES MAS ALLA DE LA TIERRA

Dentro de esta categoría se incluyen las comunicaciones que como medio de propagación utilizan la reflexión en la Luna o en satélites artificiales en órbita alrededor de la tierra. Las señales tienen que atravesar por completo la atmósfera para luego volver a tierra. Las características de la ionosfera que absorben o favorecen las comunicaciones entre estaciones terrenas, pueden presentar dificultades para utilizar frecuencias de HF para la propagación extraterrestre, motivo por el que predominan el uso de VHF y UHF en estas comunicaciones. Las débiles señales que retornan a la tierra sufren de varios efectos que las debilitan nuevamente, los efectos Faraday y Doppler incluidas las perdidas por el recorrido en el espacio.

REFLEXION EN LA LUNA

Más conocido como TLT (Tierra Luna Tierra), esta modalidad utiliza al satélite natural de la tierra como reflector de señales. Se utilizan frecuencias superiores a 50 MHz, siendo predominante el uso de los 144 MHz. La Luna presenta un tamaño angular muy pequeño, además de estar en constante movimiento, que obliga a antenas con motores de seguimiento. Inclusive absorbe las señales de manera que se requieren potencias muy elevadas para retornar a tierra, y solamente es posible en telegrafía debido a la forma de esfera de la Luna que no devuelve al mismo tiempo las señales que inciden sobre la superficie. A estos inconvenientes se agregan otros tres: el efecto Faraday, el efecto Doppler y el ruido cósmico. El primero produce un cambio en la polarización de la señal cuando retorna a la tierra, con debilitamiento importante de la señal; y el segundo produce un desplazamiento de la frecuencia original debido a los movimientos de la Tierra y la Luna en el espacio. El ruido cósmico es mayor a medida que aumenta la frecuencia, es generado por estrellas y galaxias que emiten señales en el rango de VHF y UHF. Las estaciones para este tipo de comunicados deben estar equipadas con elevadas potencias, actualmente se realizan contactos con potencias del orden de los 500 watt, largas antenas con una ganancia superior a los 18 db con rotores de seguimiento, además de preamplificadores de recepción. Esta modalidad permite, siempre que la Luna se encuentre visible y con horarios preestablecidos, comunicados intercontinentales.

 

SATELITES

Existen dos tipos de satélites artificiales clasificados según su órbita, los de órbita baja, circular, con distancias máximas de cientos de kilómetros y los de orbitas elípticas que superan distancias de miles de kilómetros. La mayoría de los satélites disponibles operan en frecuencias de VHF y UHF. La característica de este tipo de comunicación es la de una

señal muy débil, que requieren antenas de elevada ganancia, salvo los de órbita baja que están al alcance de radio estaciones bien equipadas para VHF y UHF.

BANDAS DE FRECUENCIAS

Este artículo trata sobre las bandas de frecuencia usadas en comunicaciones. Para una

explicación más general, véase Espectro electromagnético.

Las bandas de frecuencia son intervalos de frecuencias del espectro

electromagnético asignados a diferentes usos dentro de las radiocomunicaciones. Su uso

está regulado por la Unión Internacional de Telecomunicaciones y puede variar según el

lugar. El espacio asignado a las diferentes bandas abarca el espectro de radiofrecuencia y

parte del de microondas y está dividido en sectores.

Por Frecuencia

Una banda de radiofrecuencia es una pequeña sección de frecuencias del Espectro

Radioeléctrico utilizada en comunicaciones por radio, en la que los canales de

comunicación se utilizan para un mismo propósito.

Por encima de los 300 GHz, la absorción de la Radiación electromagnética por

la atmósfera es tan grande que es, de hecho, opaca hasta que se convierte en

transparente, de nuevo cerca del infrarojo y en los rangos de frecuencia visuales.

Para evitar interferencias y permitir un uso eficiente del espectro radioeléctrico, se colocan

servicios similares en las mismas bandas. Por ejemplo, radiodifusión, telefonía móvil o

radionavegación, se colocan en rangos de frecuencias no solapados.

Cada una de estas bandas tiene un plan de banda que determina cómo se utiliza y se

comparte para evitar interferencias entre canales y especificar el protocolo de

comunicación que permita la comunicación entre el emisor y el receptor.

Existe una convención para separar las bandas según la longitud de onda en divisiones

de 10n metros, o frecuencias de 3×10n hercios. Por ejemplo, 30 MHz o 10 m divide onda

corta de VHF (de menor longitud de onda y mayor frecuencia). Estas son las partes del

espectro radioeléctrico, y no la asignación de frecuencias.

BandaAbreviatura

ITU

Frecuenciaylongitud de onda (aire)

Ejemplos de uso

Frecuencia treméndamente baja

TLF< 3 Hz> 100,000 km

Ruido natural o provocado por el hombre

Frecuencia extremadamente baja

ELF3–30 Hz100,000 km – 10,000 km

Comunicación con submarinos

Super baja frecuencia SLF30–300 Hz10,000 km – 1000 km

Comunicación con submarinos

Ultra baja frecuencia ULF300–3000 Hz1000 km – 100 km

Comunicación con submarinos, Comunicaciones en minas a través de la tierra

Muy baja frecuencia VLF 43–30 kHz100 km – 10 km

Radioayuda, señales de tiempo, comunicación submarina, pulsómetrosinalámbricos, Geofísica

Baja frecuencia LF 530–300 kHz10 km – 1 km

Radioayuda, señales de tiempo, radiodifusión en AM (onda larga) (Europa y partes de Ásia), RFID, Radioafición

Frecuencia media MF 6300–3000 kHz1 km – 100 m

Radiodifusión en AM (onda media), Radioafición, Balizamiento deAludes

Alta frecuencia HF 73–30 MHz100 m – 10 m

Radidifusión en Onda corta, Banda ciudadana y radioafición, Comunicaciones de aviación sobre el horizonte, RFID, Radar, Comunicaciones ALE, Comunicacion cuasi-vertical (NVIS), Telefonía móvil y marina

Muy alta frecuencia VHF 830–300 MHz10 m – 1 m

FM, Televisión, Comunicaciones con aviones a la vista entre tierra-avión y avión-avión, Telefonía móvil marítima y terrestre, Radioaficionados,Radio meteorológica

Ultra alta frecuencia UHF 9300–3000 MHz1 m – 100 mm

Televisión, Hornos microondas, Comunicaciones por microondas,Radioastronomía, Telefonía móvil, Redes inalámbricas, Bluetooth,ZigBee, GPS, Comunicaciones uno a uno como FRS y GMRS, Radioafición

Super alta frecuencia SHF 103–30 GHz100 mm – 10 mm

Radioastronomía, Comunicaciones por microondas, Redes inalámbricas, radares modernos, Comunicaciones por satélite,Televisión por satélite, DBS, Radioafición

Frecuencia extremadamente alta

EHF 1130–300 GHz10 mm – 1 mm

Radioastronomía, Transmisión por microondas de alta frecuencia,Teledetección, Radioafición, armas de microondas, Escaner de ondas milimétricas

Terahercios orFrecuencia tremendamente alta

THz or THF

12300–3,000 GHz1 mm – 100 m

Radiografía de terahercios – un posible substituto para los rayos X en algunas aplicaciones médicas, Dinámica molecular ultrarápida, Física de la materia condensada, Espectroscopía mediante terahercios, Comunicaciones/computación mediante terahercios, Teledetección submilimetétrica, Radioafición

UIT

El espectro de bandas de radiofrecuencia es determinado por la UIT (Unión Internacional de

Telecomunicaciones). Las Bandas UIT de radio se establecieron en las Regulaciones de Radio en

el Artículo 2, provisión No. 2.1 que determina que "el espectro radioeléctrcico se divide en 9

bandas de frecuencias, identificadas con números enteros progresivos de acuerdo a las siguiente

tabla".1

La tabla se desarrollo según la recomendación de la IV Reunión de la CCIR, mantenida en

Bucharest en 1937, fue aprobada por la Conferencia Internacional de Radio de 1947 en Atlantic

City, Estados unidos. La idea de asignar un número a cada banda, en la que el número es el

logaritmo de la media geométrica de los límites inferior y superior de la banda en hercios, fue de

B.C. Fleming-Williams, que lo sugirió en una carta al editor de la revista Wireless Engineer en

1942. (Por ejemplo, la media geométrica aproximada de la banda 7 es 10 MHz, o 107 Hz).

Lista de Bandas de Radio ITU

Número de banda

SímboloRango de frecuencias

Rango de logitud de onda†

4 VLF 3 a 30 kHz 10 a 100 km

5 LF 30 a 300 kHz 1 a 10 km

6 MF 300 a 3000 kHz 100 a 1000 m

7 HF 3 a 30 MHz 10 a 100 m

8 VHF 30 a 300 MHz 1 a 10 m

9 UHF 300 a 3000 MHz 10 a 100 cm

10 SHF 3 a 30 GHz 1 a 10 cm

11 EHF 30 a 300 GHz 1 a 10 mm

12 THF 300 a 3000  GHz 0.1 a 1 mm

COMUNICACIONES EN UHF

UHF

UHF (siglas del inglés Ultra High Frequency,

‘frecuencia ultra alta’) es una banda del espectro

electromagnético que ocupa el rango de frecuencias

de 300 MHz a 3 GHz. En esta banda se produce la

propagación por onda espacial troposférica, con una

Frecuencia Ultra alta (UHF)

Ciclos por segundo: 300 MHz a 3 GHz

Longitud de onda: 1 m a 100 mm

atenuación adicional máxima de 1 dB si existe despejamiento de la primera zona de

Fresnel.

Sistemas que funcionan en UHF

Televisión

Uno de los servicios UHF más conocidos por el público son los canales de televisión tanto

local como nacional. Según los países, algunos canales ocupan las frecuencias entre algo

menos de 470 MHz y unos 862 MHz. Actualmente se usa la banda UHF para emitir

la Televisión Digital Terrestre (TDT).

Radios para uso no profesional

En Estados Unidos y otros países americanos, existe el servicio FRS, que permite a

particulares utilizar transmisores portátiles de baja potencia para uso no profesional. Sus

equivalentes en Europa son los radiotransmisores de uso personal PMR446.

Los radioaficionados también cuentan con dos bandas UHF:

la banda de 70cm entre los 430 y 440 MHz, y con carácter secundario; es decir,

deben compartir las frecuencias con otros servicios y no son prioritarios.

Esos otros servicios pueden ser por ejemplo transmisores de baja potencia para

apertura de garajes, repetidoras hogareñas de televisión y dispositivos de

comunicación de baja potencia.

la banda de 23cm en 1200 MHz

Características y ventajas de la banda UHF

La transmisión punto a punto de ondas de radio se ve afectada por múltiples variables,

como la humedad atmosférica, la corriente de partículas del sol llamada viento solar, y la

hora del día en que se lleve a efecto la transmisión de la señal. La energía de la onda de

radio es parcialmente absorbida por la humedad atmosférica (moléculas de agua). La

absorción atmosférica reduce o atenúa la intensidad de las señales de radio para grandes

distancias. Los efectos de la atenuación aumentan de acuerdo a la frecuencia.

Usualmente, las bandas de señales de UHF se degradan más por la humedad que

bandas de menor frecuencia como la VHF. La capa de la atmósfera denominada

ionósfera, puede ser útil en las transmisiones a distancias largas de señales de radio con

frecuencias más bajas (VHF, etc.).

La UHF puede ser de más provecho por el ducto troposférico donde la atmósfera se

calienta y enfría durante el día. La principal ventaja de la transmisión UHF es la longitud

de onda corta que es debido a la alta frecuencia. El tamaño del equipo de transmisión y

recepción (particularmente antenas), está relacionado con el tamaño de la onda. En este

caso microondas. Los equipos más pequeños, y menos aparatosos, se pueden usar con

las bandas de alta frecuencia. La UHF es ampliamente usada en sistemas de transmisión

y recepción para teléfonos inalámbricos. Las señales UHF viajan a través de trayectorias

que son las líneas de vista. Las transmisiones generadas por radios de transmisión y

recepción (transceptores) y teléfonos inalámbricos no viajan muy lejos como para interferir

con otras transmisiones locales. Algunas comunicaciones públicas seguras y de negocios

son tomadas en UHF. Las aplicaciones civiles como GMRS, PMR446, UHF CB, y los

estándares WiFi 802.11b y 802.11g (los más habituales en Europa) son usos populares

de frecuencias UHF. Para propagar señales UHF a una distancia más allá de la línea de

vista se usa un repetidor.

Métodos de transmisión

Hasta el momento hemos visto como se generan y propagan las ondas de radio, pero de nada sirve enviar una onda electromagnética si no lleva consigo el transporte de alguna información.

El Morse

Un primer intento de aprovechar la transmisión de una onda electromagnética para enviar una información fue el Morse. El código Morse sustituye letras, números y signos ortográficos por puntos y rayas, lo cual equivale a interrumpir la señal en intervalos más o menos frecuentes. Un punto equivale a una señal de existencia corta y una raya a una señal de existencia un poco mayor.

Pero este sistema presenta rápidamente dos problemas:

El receptor debe conocer el código Morse (lo que requiere un aprendizaje). No podemos transmitir información musical o visual.

La modulación

Este sistema, que actualmente aún se emplea, parte de dos ondas:

Onda portadora: es la encargada de fijar la frecuencia de transmisión y es la que alteraremos para que transporte la información que queremos.

Onda moduladora: es la onda que queremos transmitir (voz, música, datos, etc...).

El proceso de modulación se basa alterar de una forma determinada la onda portadora en función de la onda moduladora, obteniéndose como resultado final la onda modulada que será radiada.

Para ello nos basaremos en los dos parámetros más importantes de una onda:

La amplitud. La frecuencia.

En función del parámetro empleado vamos a tener dos posibles tipos modulación:

Modulación en amplitud (AM). Modulación en frecuencia (FM).

Por supuesto existen más tipos de modulación, pero solamente tienen interés para transmisión radioeléctrica estas dos.

Modulación en amplitud (AM)

La modulación en amplitud fue el primer método de transmisión por radio.

Se basa en variar la amplitud de la onda portadora en función de la amplitud de la onda moduladora, obteniendo como resultado una onda modulada que contiene a la moduladora. Si unimos los extremos de la onda modulada obtendremos la señal moduladora y su simétrica (trazado en verde en el siguiente gráfico):

Un parámetro importante es el porcentaje de modulación, que indica la amplitud mínima o nivel cero de la onda modulada. Una modulación al 100% indica que la amplitud mínima será cero.

Se puede demostrar matemáticamente que la onda modulada final se puede descomponer en tres señales: una de frecuencia igual a la portadora y otro resultado de sumar y restar la frecuencia de la moduladora a la de la portadora. Es decir, si tuviéramos una portadora de 500 KHz y la onda moduladora posee una frecuencia máxima de 20 KHz (como las señales musicales) obtendremos tres ondas: una de 500 KHz y dos bandas laterales de 480 KHz y 520 KHz.

Esto es importante para saber el ancho de banda que ocupa la transmisión (en este caso 20+20=40 KHz).

Optimización de la potencia

Como consecuencia de todo lo anterior vamos a obtener que en el mejor de los casos (porcentaje de modulación del 100%) la onda portadora consume el 50% de la potencia y

cada banda lateral un 25%. Esto se resuelve filtrando la onda modulada antes de emitirla, con lo que nos situamos en uno de los siguientes sistemas:

Modulación en doble banda lateral (DSB): se suprime la frecuencia central (portadora).

Modulación en banda lateral única (BLU o SSB): suprime la portadora y una de las bandas laterales.

Modulación en banda lateral vestigial (BLV): se suprime una parte de una de las bandas laterales. Este sistema se emplea en imagen de TV (vídeo).

Empleando uno de los sistemas anteriores obtendremos un mayor aprovechamiento de la potencia y ocuparemos un menor ancho de banda.

Modulación en frecuencia (FM)

La modulación en Frecuencia es la técnica de transmisión por radio más popular actualmente. La FM es tan popular porque es capaz de transmitir más información del sonido que queremos transmitir, ya que en AM si se transmiten sonidos que están a frecuencias muy altas se consume un gran ancho de banda.

La modulación en frecuencia se basa en variar la frecuencia de la portadora con arreglo a la amplitud de la moduladora.

Supongamos que tenemos una señal moduladora cuya máxima amplitud es de 1V (valor de pico) y una onda portadora de 1000 KHz. Si suponemos que para este valor de amplitud la frecuencia de la portadora se desvía 15 KHz (simétricamente, es decir +15 KHz y -15 KHz), conforme oscile la señal moduladora la frecuencia de la portadora oscilará entre 985 KHz y 1015 KHz, ocupando un ancho de banda de 30 KHz.

En este sistema de modulación también tenemos un problema práctico, y es que rara vez el ancho de banda de la transmisión es inferior a diez veces el de la señal moduladora.

Bandas de frecuencia

Internacionalmente se han dividido todo el espectro de frecuencia en las denominadas bandas de frecuencia. Esto se hace así para poder delimitar el acceso de los usuarios a estas bandas. Hay que mencionar que esta clasificación no es global y que algunos países difieren en su delimitación, pero en general podemos aceptarlas como generales.

Denominación Siglas Margen de frecuencias

Frecuencias muy bajas VLF 3 - 30 KHz

Frecuencias bajas LF 30 - 300 KHz

Frecuencias medias MF 300 - 3000 KHz

Frecuencias altas HF 3 - 30 MHz

Frecuencias muy altas VHF 30 - 300 MHz

Frecuencias ultra altas UHF 300 - 3000 MHz

Frecuencias súper altas SHF 3 - 30 GHz

Frecuencias extra altas EHF 30 - 300 GHz

Las bandas de frecuencia más baja se reservan para las emisoras que transmiten en AM, mientras que las de FM transmiten sobre los 100 MHz.

La única banda que está libre para cualquier uso (como radiocontrol) y para cualquier persona es la banda de los 27 MHz, pero debido a esto está bastante saturada y sólo es conveniente utilizarla para practicar con montajes caseros y sistemas de poco alcance (no más de 100m).

RADIACIÓN DE LAS ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS (I)

La oscilación o la aceleración de una carga eléctrica cualquiera generan un fenómeno físico integrado por componentes eléctricos y magnéticos, conocido como espectro de radiación de ondas electromagnéticas.

Espectro completo de las radiaciones de ondas electromagnéticas.

Ese espectro se puede ordenar a partir de ondas que poseen frecuencias muy bajas de pocos Hertz (Hz) o ciclos por segundo con longitudes muy largas, como las de la frecuencia de la corriente alterna que empleamos en nuestras casas, hasta llegar a ondas de frecuencias muy altas, de miles de millones de Hertz o ciclos por segundo con longitudes extremadamente cortas, como las que poseen las radiaciones cósmicas.

La única diferencia existente entre un grupo de ondas y otras dentro del espectro electromagnético es su frecuencia en Hertz (Hz), su longitud en metros (m) y el nivel de energía que transmiten en joule (J).

Características principales de las ondas electromagnéticas

Las tres características principales de las ondas que constituyen el espectro electromagnético

son:

Frecuencia ( f ) Longitud (   ) Amplitud ( A )

Frecuencia

La frecuencia de una onda responde a un fenómeno físico que se repite cíclicamente un número determinado de veces durante un segundo de tiempo, tal como se puede observar en la siguiente ilustración:

A.- Onda sinodal de un ciclo o Hertz (Hz) por segundo. B.- Onda sinodal de 10 ciclos o Hertz por. Segundo.

La frecuencia de esas ondas del espectro electromagnético se representan con la letra (f) y su unidad de medida es el ciclo o Hertz (Hz) por segundo. 

RADIACIÓN DE LAS ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS (II)

Longitud de onda

Las ondas del espectro electromagnético se propagan por el espacio de forma similar a como lo hace el agua cuando tiramos una piedra a un estanque, es decir, generando ondas a partir del punto donde cae la piedra y extendiéndose hasta la orilla.

Cuando tiramos una piedra en un estanque  de  agua, se  generan  ondas  similares  a  las  radiaciones. Propias del espectro electromagnético.

Tanto las ondas que se producen por el desplazamiento del agua, como las ondas del espectro electromagnético poseen picos o crestas, así como valles o vientres. La distancia horizontal existente entre dos picos consecutivos, dos valles consecutivos, o también el doble de la distancia existente entre un nodo y otro de la onda electromagnética, medida en múltiplos o submúltiplos del metro (m), constituye lo que se denomina “longitud de onda”.

P.- Pico o cresta: valor máximo, de signo positivo (+), que toma la onda sinusoidal del espectro. Electromagnético, cada medio ciclo, a partir del punto “0”. Ese valor aumenta o disminuye a medida que. La amplitud “A” de la propia onda crece o decrece positivamente por encima del valor "0".

V.- Valle o vientre: valor máximo de signo negativo (–) que toma la onda sinodal del espectro. Electromagnético, cada medio ciclo, cuando desciende y atraviesa el punto “0”.  . El valor de los valles. Aumenta o disminuye a medida que la amplitud “A” de la propia onda crece o decrece negativamente por. Debajo del valor "0".

T.- Período: tiempo en segundos que transcurre entre el paso de dos picos o dos valles por un mismo. Punto.

N.- Nodo: Valor "0" de la onda sinodal. 

La longitud de una onda del espectro electromagnético se representa por medio de la letra griega lambda.( ) y su valor se puede hallar empleando la siguiente fórmula matemática:

De donde:

  = Longitud de onda en metros.c = Velocidad de la luz en el vacío (300 000 km/ser).f = Frecuencia de la onda en Hertz (Hz).

Por ejemplo, si deseamos conocer en qué banda en metros de la onda corta (OC) transmite una emisora de radio que se capta en los 7.1 MHz de frecuencia en el dial, procedemos de la siguiente forma:

1. La velocidad de la luz (300 000 km/ser) la convertimos en m/ser, para poder obtener el resultado final en metros. Esa operación la realizamos de la siguiente forma, teniendo en cuenta que 1 km es igual a 1 000 metros:

300 000 km/ser x 1 000 m = 300 000 000 metros/ser

2. A continuación los 7,1 mega Hertz los convertimos en Hertz (Hz), que es la unidad de medida correspondiente a la frecuencia, teniendo en cuenta que 1 MHz es igual a 106 Hz, o sea, 1 000 000 Hz:

7,1 MHz x 106 = 7,1 x 1 000 000 = 7 100 000 Hz (o 7 100 000 ciclos por segundo)

3. Con el resultado de esas dos conversiones sustituimos sus correspondientes valores en la fórmula anteriormente expuesta y tendremos:

Por tanto, la longitud de onda de la señal de 7,1 MHz será de 42,2 metros por ciclo o Hertz de frecuencia. Esa longitud se corresponde con la gama de ondas cortas de radio (OC) o (MW) que responden al rango correspondiente de la banda de más de 41 metros en el dial de un radiorreceptor.

Amplitud de onda

La amplitud constituye el valor máximo que puede alcanzar la cresta o pico de una onda. El punto de menor valor recibe el nombre de valle o vientre, mientras que el punto donde el valor se anula al pasar, se conoce como “nodo” o “cero”.

Propiedades de las ondas electromagnéticas

Para su propagación, las ondas electromagnéticas no requieren de un medio material específico, pues pueden viajar incluso por el espacio extraterrestre. 

Las ondas electromagnéticas, como se mencionó anteriormente, se propagan por el vacío a la velocidad de la luz (300 000 km/ser aproximadamente), hasta que su energía se agota. A medida que la frecuencia se incrementa, la energía de la onda también aumenta.

Este tipo de ondas presenta las mismas propiedades físicas inherentes al movimiento ondulatorio.

ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO

El espectro electromagnético se puede organizar de acuerdo con la frecuencia

correspondiente de las ondas que lo integran, o de acuerdo con sus longitudes. Hacia un extremo del espectro se agrupan las ondas más largas, como las correspondientes a frecuencias de sonidos que puede percibir el oído humano, mientras que en el otro extremo se agrupan las ondas extremadamente más cortas, pero con mayor energía y mayor frecuencia en Hertz, como las pertenecientes a las radiaciones gamma y los rayos cósmicos.

En la siguiente ilustración se puede observar la distribución de las ondas dentro del espectro electromagnético.

A.- Frecuencia de la corriente eléctrica alterna industrial y doméstica. B.- Frecuencias audibles por él. Oído humano. C.- Espectro radioeléctrico (incluye las microondas). D.- Rayos infrarrojos. E.- Espectro de. Luz visible por el ojo humano. F.- Rayos ultravioletas. G.- Rayos-X. H.- Rayos Gamma.  I.- Rayos. Cósmicos.

LAS ANTENAS DE RADIOCOMUNICACION

Antena

Una antena es un dispositivo (conductor metálico) diseñado con el objetivo de emitir o

recibir ondas electromagnéticas hacia el espacio libre. Una antena transmisora transforma

voltajes en ondas electromagnéticas, y una receptora realiza la función inversa.

Existe una gran diversidad de tipos de antenas. En unos casos deben expandir en lo

posible la potencia radiada, es decir, no deben ser directivas (ejemplo: una emisora de

radio comercial o una estación base de teléfonos móviles), otras veces deben serlo para

canalizar la potencia en una dirección y no interferir a otros servicios (antenas entre

estaciones de radioenlaces). También es una antena la que está integrada en la

computadora portátil para conectarse a las redes Wi-Fi.

Las características de las antenas dependen de la relación entre sus dimensiones y

la longitud de onda de la señal de radiofrecuencia transmitida o recibida. Si las

dimensiones de la antena son mucho más pequeñas que la longitud de onda las antenas

se denominan elementales, si tienen dimensiones del orden de media longitud de onda se

llaman resonantes, y si su tamaño es mucho mayor que la longitud de onda son

directivas.

Parámetros de una antena

Las antenas se caracterizan por una serie de parámetros, estando los más habituales descritos a continuación:

Diagrama de radiación

Es la representación gráfica de las características de radiación de una antena, en función de la dirección (coordenadas en azimut y elevación). Lo más habitual es representar la densidad de potencia radiada, aunque también se pueden encontrar diagramas de polarización o de fase. Atendiendo al diagrama de radiación, podemos hacer una clasificación general de los tipos de antena y podemos definir la directividad de la antena (antena isotrópica, antena directiva, antena bidireccional, antena omnidireccional,…) Dentro de los diagramas de radiación podemos definir diagrama copolar aquel que representa la radiación de la antena con la polaridad deseada y contrapolar al diagrama de radiación con polaridad contraria a la que ya tiene.

Diagrama de radiación

Los parámetros más importantes del diagrama de radiación son:

Dirección de apuntamiento: Es la de máxima radiación. Directividad y Ganancia.

Lóbulo principal: Es el margen angular en torno a la dirección de máxima radiación.

Lóbulos secundarios: Son el resto de máximos relativos, de valor inferior al principal.

Ancho de haz: Es el margen angular de direcciones en las que el diagrama de radiación de un haz toma un valor de 3dB por debajo del máximo. Es decir, la dirección en la que la potencia radiada se reduce a la mitad.

Relación de lóbulo principal a secundario (SLL): Es el cociente en dB entre el valor máximo del lóbulo principal y el valor máximo del lóbulo secundario.

Relación delante-atrás (FBR): Es el cociente en dB entre el valor de máxima radiación y el de la misma dirección y sentido opuesto.

[editar]Ancho de banda

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.

[editar]Directividad

La Directividad (D) de una antena se define como la relación entre la intensidad de radiación de una antena en la dirección del máximo y la intensidad de radiación de una antena isotrópica que radia con la misma potencia total.

La Directividad no tiene unidades y se suele expresar en unidades logarítmicas (dBi) como:

[editar]Ganancia

Se define como la ganancia de potencia en la dirección de máxima radiación. La Ganancia (G) se produce por el efecto de la directividad al concentrarse la potencia en las zonas indicadas en el diagrama de radiación.

La unidad de Ganancia (G) de una antena es el dBd o dBi, dependiendo si esta se define respecto a un dipolo de media onda o a la isotrópica.

Eficiencia

Relación entre la potencia radiada y la potencia entregada a la antena.

También se puede definir como la relación entre ganancia y directividad.

El parámetro e (eficiencia) es adimensional

[editar]Impedancia de entrada

Es la impedancia de la antena en sus terminales. Es la relación entre la tensión y la

corriente de entrada.  . La impedancia es un número complejo. La parte real de la

impedancia se denomina Resistencia de Antena y la parte imaginaria es la Reactancia. La resistencia de antena es la suma de la resistencia de radiación y la resistencia de pérdidas. Las antenas se denominan resonantes cuando se anula su reactancia de entrada.

[editar]Anchura de haz

Es un parámetro de radiación, ligado al diagrama de radiación. Se puede definir el ancho de haz a -3dB, que es el intervalo angular en el que la densidad de potencia radiada es igual a la mitad de la potencia máxima (en la dirección principal de radiación). También se puede definir el ancho de haz entre ceros, que es el intervalo angular del haz principal del diagrama de radiación, entre los dos ceros adyacentes al máximo.

[editar]Polarización

Artículo principal: Polarización electromagnética.

Las antenas crean campos electromagnéticos radiados. Se define la polarización electromagnética en una determinada dirección, como la figura geométrica que traza el extremo del vector campo eléctrico a una cierta distancia de la antena, al variar el tiempo. La polarización puede ser lineal, circular y elíptica. La polarización lineal puede tomar distintas orientaciones (horizontal, vertical, +45º, -45º). Las polarizaciones circular o elíptica pueden ser a derechas o izquierdas (dextrógiras o levógiras), según el sentido de giro del campo (observado alejándose desde la antena).

En el marco de antenas se define un coeficiente de desacoplo por polarización. Este mide la cantidad de potencia que es capaz de recibir una antena polarizada de una forma

con una longitud efectiva   de un campo eléctrico incidente con una determinada

polarización  . De este modo, el coeficiente de desacoplo por polarización se define como:

De esta manera, obtenemos la fracción de potencia que finalmente la antena es capaz de recibir, multiplicando la potencia incidente en la antena por este coeficiente definido anteriormente, de la forma:

Se llama diagrama copolar al diagrama de radiación con la polarización deseada y diagrama contrapolar (crosspolar, en inglés) al diagrama de radiación con la polarización contraria.

En antenas profesionales de comunicaciones por satélite, es habitual que una misma antena trabaje con ambas polarizaciones ortogonales a la vez, de modo que se duplique el ancho de banda disponible para la señal en el enlace. Para ello, se coloca junto al alimentador un transductor ortomodo, que dispone de un puerto de guiaondas circular conectado a la bocina y dos puertos de guiaondas rectangulares ortogonales, cada uno

de los cuales trabaja en una polarización distinta. Si, en cada uno de estos puertos, se coloca un diplexor, que separe las bandas de frecuencia de emisión y recepción, se tratará de un alimentador de cuatro puertos con el que una misma antena será capaz de emitir y recibir en ambas polarizaciones simultáneamente. En otras ocasiones, estas antenas disponen de solo dos puertos, uno para emitir en una polarización y el otro para recibir en la polarización opuesta.

Relación Delante/Atrás

Este parámetro se define como la relación existente entre la máxima potencia radiada en una dirección geométrica y la potencia radiada en la dirección opuesta a esta.

Cuando esta relación es reflejada en una gráfico con escala en dB, el ratio F/B (Front/Back) es la diferencia en dB entre el nivel de la máxima radiacción y el nivel de radiacción a 180 grados. Este parámetro es especialmente útil cuando la interferencia hacia atrás es crítica en la elección de la antena que vamos a utilizar.

Esta relación, además lo podemos ver desde otro punto de vista, indicando lo buena que es la antena en el rechazo de las señales provenientes de la parte trasera. Rara vez es verdaderamente importante, ya que la interferencias por la parte trasera no ocurren habitualmente, pero puede suceder.

La relación F / B no es un número muy útil, ya que a menudo varía enormemente de un canal a otro. Por supuesto, si se tiene el patrón de radiación, entonces no se necesita la relación F/B.

Comparando una antena yagui con una parabólica, podemos ver que para la antena yagui tenemos una relación F/B de aproximadamente 15 dB (según modelo y fabricante) mientras que para la parabólica la relación F/B es >35dB (según modelo y fabricante). De esta forma observamos como es "de buena" una antena respecto al rechazo de señales por la parte trasera. Cuanto mayor sea este paramentro en las antenas parabolicas mejor será.

Los 15 dB de la antena yagui lo podemos interpretar también como la atenuación que tendríamos en el sistema, en caso de captar una onda rebotada por ejemplo de un edificio, por la parte trasera de esta.

Resistencia de radiación

Cuando se le suministra potencia a una antena, parte de ella se irradia y otra parte, se convierte en calor disipándose.Cuando se habla de resistencia de radiación, se hace teniendo en cuenta que no se puede medir de forma directa.

Si se reemplaza la antena por la resistencia de radiación, esta, haría su trabajo, es decir, disiparía la misma cantidad de potencia que la irradiaría la antena.La resistencia de radiación es igual a la relación de la potencia radiada por la antena dividida por el cuadrado de la corriente en su punto de alimentación.

Siendo:

Rr= Resistencia de radiación (Ohms)

P = Potencia radiada por la antena (Watts)

i = Corriente de la antena en el punto de alimentación (Amperes)

Se podría obtener la eficiencia de una antena, dada que es la relación de la potencia radiada y la potencia disipada.

LAS RADIOSCOMUNICACIONES

La radiocomunicación es una forma de telecomunicación que se realiza a través de ondas de radio u ondas hertzianas, la que a su vez está caracterizada por el movimiento de los campos eléctricos y campos magnéticos. La comunicación vía radio se realiza a través del espectro radioeléctrico cuyas propiedades son diversas dependiendo de su bandas de frecuencia. Así tenemos bandas conocidas como baja frecuencia, media frecuencia, alta frecuencia, muy alta frecuencia, ultra alta frecuencia, etc. En cada una de ellas, el comportamiento de las ondas es diferente.

Aunque se emplea la palabra radio, las transmisiones de televisión, radio, radar y telefonía móvil están incluidos en esta clase de emisiones de radiofrecuencia.

¿Cuál radio de alta frecuencia es mejor: UHF o VHF?

El uso de los radios de dos vías en un tiempo sólo eran usados por personal de emergencia o por grupos relacionados a negocios, como equipos de construcción. Hoy en día, es inusual ver cualquier otra cosa usada en el campo para comunicaciones eficientes. Aun así, hay dos formatos distintos que debe tener presente a la hora de escoger los radios para comunicaciones de negocio hoy en día. Cuando se trata de utilizar radios de alta frecuencia, por ejemplo, los clientes tendrán que decidir si sus necesidades requerirán el uso de frecuencia UHF o frecuencia ultra alta, o VHF, también conocida como frecuencia muy alta. Se cree que ninguno sea exactamente mejor que el otro, pues ambos tienen sus ventajas y desventajas, y sus frecuencias han sido favorecidas en términos de comunicación al instante entre dos partes. Su decisión de compra puede tratarse de preferencia, pero aquí antes le explicaremos más sobre cada uno.

¿Cómo Se Comunican los Radios de Alta Frecuencia?Los radios de alta frecuencia, el cual es solo una forma que toman los radios de dos vías para la comunicación cotidiana, se comunicarán uno al otro por medio del uso de las ondas de radio, los cuales tienen frecuencias diferentes. Estas son transmitidas en una serie de ciclos, una tras otra. Las ondas radiales se miden por el número de ciclos que producen en un segundo: 1 = 1 hertz, 1000 = 1 kilohertz ó khz, y 1,000,000 es igual a 1 megahertz, ó mhz. La longitud de onda de una onda de radio es la distancia entre los picos de dos ciclos, opuesto al número de ciclos en un segundo. Esto puede ser un distintivo cuando se refiere a frecuencias, como una frecuencia más baja tendrá una longitud de onda más larga. Entre más corta la distancia, más alta la frecuencia.Los radios de alta frecuencia son mejores para comunicaciones en distancias más cortas. También son mejores para comunicación donde hay muchas barreras físicas a superar, porque entre más alta sea la frecuencia, mejor la señal penetrará y será recibida,

sin importar la distancia. Las frecuencias más bajas son mejores en distancias más grandes, y obstáculos de menos densidad. Un transmisor VHF típico tendrá un rango de cobertura de alrededor de 60 millas, o mejor, mientras que un transmisor UHF podría fácilmente doblar la distancia, a una frecuencia más alta, y con más opciones.

Radios UHFLos radios de alta frecuencia UHF frecuentemente operará con una frecuencia en algún sitio entre 300 y 3000 mhz, y hoy en día es utilizado para los propósito de Bluetooth, GPS y WiFi. A menudo hay más canales disponibles para transmisión con UHF, especialmente en áreas pobladas, y hay menos probabilidad que sufra de interferencia. Las señales UHF son mucho mejor en penetrar barreras físicas en tales terrenos que los VHF, porque las señales de medio rango, como aquellas usadas con frecuencias VHF son más fáciles para bloquear con una barrera física. UHF, siendo más alto en frecuencia, puede fácilmente sobrepasar aquellas barreras sin interferencia. El único revez para continuamente operar y comunicar vía radios de alta frecuencia VHF es que el FCC pueda requerirle para obtener y mantener una licencia para la duración.VHFLos radios de alta frecuencia VHF generalmente tendrán menos frecuencia disponible para comunicación. En áreas urbanas pobladas grandemente, ellos también experimentarán problemas con interferencia más a menudo, porque tienen menos capacidad de penetrar barreras físicas. Hay antenas disponibles que pueden incrementar este poder, y si su área se suscribe a los canales MURS, usted también tendrá frecuencias de banda ciudadana para comunicación. Los radios VHF también cuestan menos que los modelos UHF, y no requieren licencia de la FCC para operar.