Usos Radioafición Radio FM Radio DAB Televisión TDT Televisión TDT

Tema 1

Las Ondas Electromagnéticas

1.- Introducción__________________________________________________

La transmisión de audio, vídeo o datos se ha convertido en una necesidad en las sociedades modernas. En nuestra vida diaria experimentamos constantemente, de forma a veces inconsciente, muchos ejemplos de estas transmisiones: cuando escuchamos la radio, vemos la televisión, hablamos por el teléfono móvil, navegamos por internet o utilizamos el navegador GPS se producen continuamente transmisiones de información.

Para que se produzcan esas transmisiones es necesario un sistema de comunicación. Todo sistema de comunicación está formado por un transmisor, un receptor y un canal de transmisión.

El canal o medio de transmisión sirve de enlace entre el transmisor y el receptor. Dependiendo de la naturaleza del canal se pueden distinguir dos tipos de sistemas de comunicación:

Sistemas de canal artificial o guiados: son aquellos que emplean como soporte de comunicación un medio físico, como cable coaxial, línea bífilar, fibra óptica, etc.

Sistemas de canal natural o radiados: son aquellos en los que no existe ningún soporte físico para la comunicación, que se realiza a través de ondas electromagnéticas.

En la actualidad los sistemas de telecomunicación radiados están cobrando cada vez más importancia, y la tendencia es que cada vez lo hagan más. A los servicios tradicionales de difusión de radio y televisión hay que sumarle una gran cantidad de servicios que han ido desarrollándose en los últimos años: telefonía móvil, redes inalámbricas de acceso a Internet (wifi), transmisión de datos de forma inalámbrica (bluetooth), navegación GPS, etc.

Aunque estos sistemas de comunicación son muy diferentes entre sí, todos tienen una característica en común: utilizan como medio de transmisión la radiación de una señal electromagnética.

Por tanto, para comprender correctamente el funcionamiento de estos sistemas de comunicación primero debemos conocer más cosas acerca de las radiaciones electromagnéticas.

En esta unidad estudiaremos los principios físicos y las principales características que definen a las ondas electromagnéticas.

Tema 1- Las ondas electromagnéticas ___ ____

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2.- Características de las ondas______________________________________

En general estamos familiarizados con las vibraciones u oscilaciones que se producen en nuestro entorno de varias formas: un péndulo, un árbol meciéndose con el viento, las cuerdas de una guitarra, son todos ejemplos de oscilaciones. Lo que tienen en común es que algo está vibrando de forma periódica, con cierto número de ciclos por unidad de tiempo.

Cuando esas oscilaciones viajan (esto es, cuando las vibraciones no están limitadas a un lugar) hablamos de ondas propagándose en el espacio. Por ejemplo, un cantante crea oscilaciones periódicas de sus cuerdas vocales al cantar. Estas oscilaciones comprimen y descomprimen el aire periódicamente, y ese cambio periódico de la presión del aire sale de la boca del cantante y viaja a la velocidad del sonido. En este caso, la oscilación inicial se ha transformado en una onda. También una piedra arrojada a un lago causa una alteración que viaja a través del mismo como una onda.

Los principales parámetros que definen a una onda que viaja en el espacio son: velocidad, frecuencia, longitud de onda y amplitud. Estos parámetros están relacionados entre sí por una simple ecuación:

Velocidad = Frecuencia * Longitud de Onda

𝑣 = 𝑓 ∗ 𝜆

La velocidad es la rapidez con la que la onda viaja a través de un medio determinado (el aire, el agua, el espacio, etc). Se mide en metros/segundo.

La frecuencia es el número de veces que se repite un ciclo completo de la onda en un segundo. Se mide en ciclos por segundos, o de forma abreviada, en Hercios (Hz).

La longitud de onda (denotada como lambda, λ) es la distancia medida desde un punto en una onda hasta la parte equivalente de la siguiente, por ejemplo desde la cima de un pico hasta el siguiente. Como se trata de una distancia, se mide en metros.


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Por ejemplo, si una onda en el agua viaja a un metro por segundo y oscila cinco veces por segundo, entonces cada onda tendrá veinte centímetros de largo:

1 metro/segundo = 5 ciclos/segundos * λ

λ = 1 / 5 metros

λ = 0,2 metros = 20 cm

Por último, la amplitud es la distancia desde el centro de la onda hasta el extremo de uno de sus picos, y puede ser asimilada a la “altura” de una onda de agua.

Ejercicios___________________________________________________

1.- Calcula la velocidad a la que viajará una onda en un lago si oscila 3 veces por segundo y cada onda tiene una longitud de 15 centímetros.

2.- ¿Cuánto tiempo tardará la onda en alcanzar el otro extremo del lago, situado a 200 metros de distancia?

3.- Teniendo en cuenta que la velocidad del sonido es de 343m/s, ¿cuál será la longitud de onda del sonido que sale de una guitarra oscilando a 3kHz?

3.- Tipos de ondas_________________________________________________

Existen muchos tipos de ondas diferentes. El sonido, la luz o las ondas creadas en un estanque al tirar una piedra son ejemplos de esta diversidad. Para clasificarlas, podemos hacerlo en función de tres criterios diferentes:

3.1.- Según su propagación________________________________________________

Ondas unidimensionales: son aquellas que viajan en una única dirección espacial.

El ejemplo más sencillo sería la onda que provocamos al mover bruscamente una cuerda.


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Ondas bidimensionales: son aquellas que viajan a lo largo de una determinada superficie, como pueden ser las ondas creadas por una piedra en la superficie de un lago.

Ondas tridimensionales: estas ondas viajan en tres direcciones formando un frente esférico que emana de la fuente de perturbación, desplazándose en todas las direcciones. Por este motivo también se les suele llamar ondas esféricas. Un ejemplo de este tipo de ondas sería el sonido.

3.2.- Según la dirección en que se mueven las partículas________________________

Ondas transversales: las partículas por las que se transporta la onda se desplazan de manera perpendicular a la dirección en que la onda se propaga.

Ondas longitudinales: en este caso, las partículas se desplazan paralelamente a la

dirección en que la onda viaja.

3.3.- Según el medio en que se propagan_____________________________________

Ondas mecánicas: necesitan un medio material, ya sea elástico o deformable, para poder viajar. Este puede ser sólido, líquido o gaseoso y es perturbado de forma temporal aunque no se transporta a otro lugar. Dentro de este tipo de ondas están el sonido o la onda formada en un estanque al tirar una piedra.

Ondas electromagnéticas: a diferencia de las anteriores, estas ondas no necesitan

de un medio para propagarse en el espacio, lo que les permite hacerlo en el vacío a velocidad constante, ya que son producto de oscilaciones de un campo eléctrico que se relaciona con uno magnético asociado. Estas son las ondas que permiten las radiocomunicaciones, así que trabajaremos con ellas a lo largo de todo el curso, por lo que más adelante les dedicaremos un apartado para conocerlas con más detalle.


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4.- Efectos sobre las ondas__________________________________________

Todas las ondas, sean del tipo que sean, están sometidas a una serie de efectos que influyen en la propagación de las mismas. Estos efectos son cinco: absorción, reflexión, difracción, refracción e interferencia.

4.1 Absorción___________________________________________________________

Cuando las ondas viajan a través de un medio, siempre que no sea el vacío, se ven atenuadas o debilitadas debido a que se produce una transferencia de energía al medio por el que viajan.

4.2.- Reflexión__________________________________________________________

La reflexión se produce cuando una onda impacta sobre una superficie con un determinado ángulo, y sale reflejada de dicha superficie con el mismo ángulo.

4.3 Difracción__________________________________________________________

La difracción ocurre cuando las ondas encuentran un obstáculo en su trayectoria y divergen en muchos haces. La difracción implica que las ondas pueden sortear un obstáculo,como se ilustra en la siguiente imagen:

La difracción no se comporta igual para todas las frecuencias, sino que se incrementa en función de la longitud de onda. Esto significa que ondas con mayor longitud de onda tienen más facilidad para sortear obstáculos.


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4.4 Refracción__________________________________________________________

La refracción es la desviación aparente de las ondas cuando encuentran un medio con composición diferente. Cuando un frente de onda pasa de un medio a otro diferente, cambia de velocidad y en consecuencia, de dirección.

El ejemplo más claro de la refracción es el efecto visual que se produce cuando introducimos un objeto en el interior de un vaso de agua. En este caso, la luz sufre un cambio de dirección al pasar de un medio como el aire a otro medio como el agua.

4.5 Interferencia________________________________________________________

La interferencia se produce cuando dos ondas se juntan en un mismo punto. El caso más interesante es cuando las dos ondas tienen la misma frecuencia y amplitud. En este caso, si las dos señales llegan al punto con la misma fase, se sumarán, produciéndose una amplificación. Sin embargo, si las dos señales llegan en oposición de fase (un desfase de 180º), se anularán entre sí.

5.- Las ondas electromagnéticas______________________________________

Las ondas en el agua son fáciles de visualizar. Pero en el caso de las ondas electromagnéticas, la parte que puede ser más difícil de comprender es: ¿qué es lo que está oscilando?

Para entenderlo veremos qué sucede en un trozo de alambre recto (una antena sencilla) en el cual empujamos los electrones de un extremo a otro periódicamente. En cierto momento, el extremo superior del alambre está cargado negativamente, ya que todos los electrones están acumulados allí. Esto genera un campo eléctrico que va de positivo a


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negativo a lo largo del alambre. Al momento siguiente, los electrones se han acumulado al otro lado y el campo eléctrico apunta en el otro sentido. Además, los electrones, en su movimiento a través del alambre, crean un campo magnético perpendicular al campo eléctrico. Al repetirse esta situación de forma periódica, los campos eléctrico y magnético abandonan el alambre y son radiados en el espacio que los rodea, en forma de onda electromagnética.

Por lo tanto, podríamos resumir que una onda electromagnética está producida por la oscilación de cargas eléctricas, lo que provoca la aparición de un campo eléctrico y un campo magnético, que oscilan de forma perpendicular entre sí, y a la vez perpendicular a la dirección de propagación de la onda. Esa combinación hace que los campos se vayan autoimpulsando entre ellos y las ondas puedan viajar miles de kilómetros.

Todo lo estudiado en el apartado 2 acerca de las ondas en general puede ser aplicado a las ondas electromagnéticas. No obstante estas últimas tienen una serie de peculiaridades que las hacen especiales:

- La velocidad de propagación de las ondas electromagnéticas en el vacío es constante, independientemente de la frecuencia de la onda. Esta velocidad es la velocidad de la luz, ya que la luz también es una onda electromagnética, y su valor es aproximadamente 300.000 kilómetros por segundo. Se representa con la letra c. Cuando se propagan por un medio que no es el vacío, esta velocidad disminuye un poco, dependiendo del medio.

𝑐 ⋍ 300.000𝑘𝑚/𝑠 = 300.000.000𝑘𝑚/𝑠 = 3 ∗ 108 𝑚/𝑠

- Las ondas electromagnéticas no necesitan de un medio para propagarse, por lo que son capaces de propagarse incluso en el vacío del espacio. Esto las diferencia de las otras ondas, como por ejemplo el sonido, que necesita un medio físico (aire, agua, etc) para poder propagarse.

Las ondas electromagnéticas no son solamente la luz o las empleadas para la difusión de la radio y televisión. En realidad hay más tipos de señales electromagnéticas, como los rayos X utilizados para realizar radiografías o las ondas microondas que usamos para calentar la comida.


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Todas las ondas de los ejemplos anteriores son radiaciones electromagnéticas. Por tanto todas viajan a la misma velocidad. La única diferencia entre ellas es que tienen frecuencias distintas.

6.- El espectro electromagnético_____________________________________

Las ondas electromagnéticas abarcan un amplio rango de frecuencias (y, correspondientemente, de longitudes de onda). Este rango de frecuencias y longitudes de onda es denominado espectro electromagnético.

El espectro electromagnético abarca desde los rayos gamma (con una longitud de onda del orden de picómetros) y los rayos X, hasta las ondas de radio (longitudes de onda del orden de kilómetros), pasando por el espectro visible (cuya longitud de onda está en el rango de los nanometros), la radiación infrarroja y la ultravioleta.

La siguiente gráfica resume el espectro electromagnético. Como se puede observar, cuanto mayor es la frecuencia, menor es la longitud de onda de la radiación.

Rayos gamma: es un tipo de radiación electromagnética producida generalmente por elementos radiactivos o procesos subatómicos como la aniquilación de un par positrón-electrón. Este tipo de radiación de tal magnitud también es producida en fenómenos astrofísicos de gran violencia.

Dada su alta energía pueden causar grave daño al núcleo de las células, por lo que son usados para esterilizar equipos médicos y alimentos. Debido a la capacidad de penetrar en los tejidos, los rayos gamma tienen un amplio espectro de usos médicos, como la realización de tomografías y radioterapias. Sin embargo, como forma de radiación ionizante, tienen la habilidad de provocar cambios moleculares, pudiendo tener efectos cancerígenos si el ADN es afectado.

Tema 1- Las ondas electromagnéticas ____

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Rayos X: se trata de un tipo de radiación electromagnética, invisible, capaz de atravesar cuerpos opacos y de impresionar las películas fotográficas. Se utilizan principalmente en medicina para obtener imágenes de estructuras óseas, aunque la exposición a cantidades altas de rayos X resulta perjudicial para la salud.

Radiación ultravioleta: La principal fuente de radiación ultravioleta es el Sol,

aunque también puede obtenerse a través de lámparas fluorescentes especiales. Esta radiación, a pesar de ser absorbida en gran parte por el oxígeno y el ozono de la atmósfera, es bastante perjudicial para la salud, pudiendo provocar cáncer de piel con exposiciones prolongadas. Este tipo de onda no se usa en las telecomunicaciones, sus aplicaciones son principalmente en el campo de la medicina, como por ejemplo la esterilización.

Espectro visible: comúnmente denominado luz, es un minúsculo intervalo que

va desde la longitud de onda correspondiente al color violeta (aproximadamente 400 nanómetros) hasta la longitud de onda correspondiente al color rojo (aproximadamente 700 nanómetros).

La luz puede usarse para diferentes tipos de comunicaciones. Las ondas de luz pueden modularse y transmitirse a través de fibras ópticas, lo cual representa una ventaja pues con su alta frecuencia es capaz de llevar mucha información.

Radiación infrarroja: es producida por cuerpos que generan calor, aunque a veces pueden ser generadas por algunos diodos emisores de luz y algunos láseres.

Estas ondas son usadas para algunos sistemas especiales de comunicaciones, como en astronomía para detectar estrellas y otros cuerpos, y para guías en armas, en los que se usan detectores de calor para descubrir cuerpos móviles en la oscuridad. También se usan en los mandos a distancia de los televisores y otros aparatos, en los que un transmisor de estas ondas envía una señal codificada al receptor del televisor.

Microondas: se denomina microondas a las ondas electromagnéticas comprendidas en un rango de frecuencias entre 1GHz y 300GHz, que supone una longitud de onda en el rango de 1m a 1mm.

Una de las aplicaciones más conocidas de las microondas es el horno de microondas, que genera ondas a una frecuencia de aproximadamente 2,45GHz. Estas ondas hacen vibrar las moléculas de agua, lo cual genera calor. Debido a que la mayor parte de los alimentos contienen un importante porcentaje de agua, pueden ser fácilmente cocinados de esta manera.

En telecomunicaciones, las microondas son usadas en radiodifusión, ya que estas pasan fácilmente a través de la atmósfera con menos interferencia que otras longitudes de


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onda mayores. Algunas redes de telefonía móvil también usan bajas frecuencias de microondas, así como la tecnología wifi para el acceso inalámbrico de Internet.

La tecnología de microondas también es utilizada por los radares, para detectar el rango, velocidad y otras características de objetos remotos.

Ondas de radiofrecuencia: el término radiofrecuencia se aplica al rango de menor frecuencia del espectro electromagnético, situado entre los 3kHz y 1GHz. A partir de 1 GHz las bandas entran dentro del espectro de las microondas.

Las ondas de radiofrecuencia son muy empleadas en el campo de las telecomunicaciones, para transmisiones de televisión, radio, radar y telefonía móvil, entre otras aplicaciones.

7.- Radiaciones ionizantes y no ionizantes______________________________

Con el auge de la telefonía móvil las ciudades se han ido poblando de numerosas antenas que en muchas ocasiones han provocado polémicas entre los vecinos, ya que algunos piensan que las radiaciones pueden ser perjudiciales. ¿Es eso cierto? Veámoslo a continuación.

Todas las radiaciones estudiadas en el apartado anterior se pueden dividir en dos grandes grupos: radiaciones ionizantes y radiaciones no ionizantes.

Radiaciones ionizantes: son aquellas que poseen la energía suficiente como para liberar electrones de los átomos, producir ionización y romper enlaces químicos en moléculas orgánicas. La exposición a altas dosis de radiación ionizante provoca efectos adversos en la salud de las personas, como quemaduras de piel, caída del cabello o enfermedades como el cáncer. Los efectos dependerán de la cantidad de radiación ionizante recibida y de la duración de la irradiación.

Las radiaciones ionizantes son aquellas radiaciones electromagnéticas de mayor frecuencia: los rayos gamma, los rayos X y una parte de los rayos ultravioleta.

Radiaciones no ionizantes: son aquellas cuya energía no es suficiente para liberar electrones de los átomos ni romper enlaces químicos en moléculas orgánicas. Este tipo de radiación no tiene efectos perjudiciales para la salud.

Las radiaciones no ionizantes son las radiaciones electromagnéticas de menor frecuencia: las ondas de radio, las microondas, las infrarrojas, la luz visible y una parte de los rayos ultravioleta.


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8.- El espectro radioeléctrico________________________________________ Dentro del espectro electromagnético existe un conjunto de frecuencias que se utiliza para la prestación de servicios de telecomunicaciones, radiodifusión sonora y televisión, seguridad, defensa, emergencias, transporte e investigación científica, así como para un elevado número de aplicaciones industriales y domésticas.

Este conjunto de frecuencias recibe el nombre de espectro radioeléctrico y está fijado entre las frecuencias de 3 kHz y 3.000 GHz. Por tanto, comprende el conjunto de frecuencias de radio y de microondas.

En función de la gama de frecuencias, éstas se dividen en diferentes bandas y sub bandas cuyo uso va destinado a diversos servicios de telecomunicaciones, televisión, radiodifusión, seguridad, etc. Debido a que es un recurso natural de carácter limitado, se considera un bien de dominio público que es gestionado por los correspondientes Estados.

La siguiente tabla muestra un resumen de las diferentes bandas del espectro radioeléctrico junto con sus principales características y usos. En el Anexo I se muestra la tabla completa, con todas las bandas de frecuencia.

A su vez, algunas de estas bandas se dividen en sub-bandas más pequeñas, que generalmente son utilizadas para un único tipo de servicio. Por ejemplo, en Europa el conjunto de frecuencias de VHF y UHF que se utilizan para radio y televisión se agrupan en 5 bandas diferentes:

Banda Sub-banda Rango frecuencias Usos VHF Banda I 47MHz – 68MHz Radioafición

Banda II 87MHz – 110MHz Radio FM Banda III 174MHz – 230MHz Radio DAB

UHF Banda IV 470MHz – 606MHz Televisión TDT Banda V 606MHz – 862MHz Televisión TDT


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La banda de las microondas también está dividida en múltiples sub-bandas, que reciben nombres como banda L, S o C. Una de las bandas de microondas más conocida es la banda Ku, porque es la utilizada para la transmisión de televisión por satélite.

No todas las frecuencias disponen de las mismas capacidades de cobertura y de comportamiento frente al ruido y las interferencias, lo que hace que algunas sean más solicitadas para determinados servicios que otras.

Para la gestión del espectro radioeléctrico, hay una serie de normas fijadas a nivel internacional por la Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT). Este organismo es el encargado de organizar el uso de las frecuencias radioeléctricas y de promover una serie de normativas para que la gestión del espectro se haga de manera uniforme y eficiente, sin que un uso perjudique o interfiera sobre otros. Para llevar a cabo esta organización de las frecuencias, la UIT dividió el planeta en tres regiones, de forma que la distribución de las frecuencias para los distintos usos y servicios son similares en los países que integran una región determinada. La región 1 incluye Europa, África, el Medio Oriente y parte de Asia. La región 2 la forman los países de América. La región 3 la forman el resto Asia y Oceanía.

Los diferentes Estados son los encargados de elaborar y establecer las políticas de utilización, reglamentación y control del uso del espectro a nivel nacional. En España, el Ministerio de Industria, a través de la Secretaría de Estado para las Telecomunicaciones y la Sociedad de la Información, es la encargada del ordenamiento del espectro. Para ello, elabora el Cuadro Nacional de Atribución de Frecuencias (CNAF). Esta normativa se considera una pieza básica para el ordenamiento del espectro y contiene información de carácter técnico sobre la utilización del espectro en diferentes bandas de frecuencias en España.


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Ejercicios_____________________________________________________

1.- Calcula la longitud de onda de la radiación producida por un horno microondas.

2.- Calcula el tiempo que tardaría una emisión de radio de 99MHz en recorrer la

distancia entre la Tierra y la Luna, que es de 384.000km.

3.- ¿Cuánto tiempo tardaría en recorrer esa misma distancia una señal de un canal de

TDT de 842MHz?

4.- ¿Y una onda sonora, sabiendo que la velocidad del sonido es de 343m/s?

5.- Indica algunas aplicaciones de los rayos X, la radiación infrarroja, las ondas de

microondas y las ondas de radiofrecuencia.

6.- ¿Qué diferencia las ondas electromagnéticas de otras ondas como el sonido?

7.- ¿Qué es el espectro electromagnético?

8.- ¿Qué es el espectro radioeléctrico? ¿Qué frecuencias comprende?

9.- ¿Qué es el CNAF? ¿Quién lo elabora? ¿Para qué sirve?

10.- Averigua en Internet las frecuencias que se utilizan para los siguientes servicios.

¿A qué rango del espectro radioeléctrico pertenecen dichas frecuencias?

Wifi Bluetooth Navegador GPS

TDT Radio FM Radio AM

Telefonía móvil GSM Telefonía móvil 3G

11.- Consulta en Internet el CNAF y averigua las frecuencias o bandas de frecuencias

de los siguientes servicios:

Localización de víctimas de avalanchas Compañías de transporte aéreo

Telemandos para aeromodelismo


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9.- Propagación de las ondas de radio________________________________

Sabemos que las ondas de radio se pueden propagar sin necesidad de un medio guiado, incluso sin necesidad de un medio físico. Pero no todas las ondas de radio se propagan por igual. El principal factor que influye en la forma de propagación es la frecuencia, o lo que es lo mismo, la longitud de onda. Básicamente podemos distinguir 4 tipos de propagación no guiada:

Propagación de ondas de superficie Propagación de ondas ionosféricas Propagación de ondas espaciales

9.1.- Ondas de superficie__________________________________________________

Las ondas de superficie, también llamadas ondas terrestres, se propagan siguiendo la superficie terrestre desde el emisor hasta llegar al receptor. Este tipo de propagación es específica de las bandas de frecuencias más bajas (LF y MF), hasta los 3 MHz.

Estas señales de baja frecuencia tienen longitudes de onda muy grandes y por lo tanto pueden superar obstáculos como montañas e incluso seguir la curvatura de la Tierra, lo que permite una propagación más allá de la línea del horizonte.

El principal inconveniente es que, al ser señales de muy baja frecuencia, disponen de muy poco ancho de banda para transmitir información. Además, el tamaño de las antenas necesarias para radiar dichas señales es muy grande, por lo que su uso es bastante reducido.

Para mejorar la propagación de las ondas de superficie se suelen emplear grandes antenas monopolo con polarización vertical. El ejemplo más claro de este tipo de propagación lo encontramos en la difusión de la radio comercial AM, que comprende las frecuencias entre 530kHz y 1700kHz.

9.2.- Propagación ionosférica______________________________________________

La ionosfera es una capa de la atmósfera que se extiende desde los 50km o 60km hasta los 500km de altura. Recibe este nombre porque la mayor parte de los gases presentes


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en ella se encuentran ionizados, debido a que absorben las radiaciones gamma y X emitidas por el Sol, que son altamente energéticas.

En la propagación ionosférica, la señal de radio que parte la antena emisora, llega hasta la ionosfera y la atraviesa, pero parte de ella es reflejada por los iones de dicha capa, siendo devuelta a la tierra. Este tipo de propagación se produce en señales de radio comprendidas entre los 1.5MHz y los 30MHz. Por debajo de 1.5MHz las señales sufren mucha atenuación por absorción, mientras que por encima de los 30MHz las señales atraviesan estas capas de la ionosfera.

La principal ventaja de este tipo de propagación es que se pueden conseguir grandes alcances. Por otro lado, el principal inconveniente es que las transmisiones tienen cierto grado de inestabilidad, ya que dependen del grado de ionización de la ionosfera, que no es constante, sino que varía en función de los siguientes factores:

La radiación solar La situación geográfica La estación del año La hora del día

Por ejemplo, la siguiente imagen muestra la distribución de las capas de la atmósfera durante el día.


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Como se puede observar, la ionosfera está formada a su vez por 3 capas que presentan distintos grados de ionización: la capa D, la E y la F, que a su vez se divide en F1 y F2. La capa D no refleja las ondas de radio, sino que las atenúa, absorbiendo gran parte de ellas, principalmente las frecuencias por debajo de los 10MHz. En cambio, la capa F refleja las ondas de radio de la banda HF. En concreto, la capa F2 es la más utilizada, porque permite conseguir enlaces de mayor distancia, al encontrarse más alta.

Sin embargo, cuando llega la noche se producen cambios en la ionosfera, ya que la acción ionizante del Sol desaparece durante unas horas. Como se puede observar en la imagen inferior, la capa D desaparece completamente, dejando paso incluso a las frecuencias más bajas de la banda HF. Por otro lado, las capas F1 y F2 se fusionan en una sola capa, en torno a los 270km.

9.3.- Propagación por ondas espaciales______________________________________

Para frecuencias superiores a los 30MHz, es decir, para las bandas de VHF, UHF y SHF, la propagación se realiza exclusivamente a través de las capas bajas de la atmósfera, lo que conocemos como troposfera.

Dentro de este tipo de propagación, podemos distinguir cuatro casos diferentes:

9.3.1.- Propagación por onda directa________________________________________

Es aquella en el que el camino que recorre la señal es una línea recta desde el emisor hasta el receptor, sin tocar ni la superficie terrestre ni la ionosfera.


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La principal ventaja de este tipo de propagación es que la atenuación es mínima, siendo únicamente la que se produce por el espacio abierto y los posibles agentes meteorológicos (lluvia, nieve,... ).

Sin embargo, el principal inconveniente es que para que pueda existir la comunicación, debe haber visión directa entre el transmisor y el receptor. Tal es el caso de los radioenlaces de microondas, en los que se utilizan frecuencias muy altas (superiores a 1GHz) para disponer de un gran ancho de banda y por tanto mayor capacidad, pero es imprescindible que haya visión directa para establecer la comunicación, lo que se conoce como línea de visión (L.O.S., line of sight).

9.3.2.- Propagación por onda reflejada______________________________________

En este tipo de propagación, la comunicación entre el transmisor y el receptor se realiza mediante una reflexión de la onda en el terreno.

Este es el caso, por ejemplo, de las emisiones de radio FM en la banda VHF, donde no siempre existe línea de visión entre el transmisor y el receptor, como sucede por ejemplo en ciudades o en zonas montañosas. En estos casos, las múltiples reflexiones que sufre la señal permite la recepción de la misma.

9.3.3.- Propagación por refracción troposférica_______________________________

Cuando en la troposfera se encuentra una capa de aire frío entre dos capas de aire caliente, puede ocurrir que la onda de radio se refracte, es decir, que modifique su trayectoria, debido a los cambios en los índices de densidad de las capas de aire. De esta forma, se genera una especie de canal de radiofrecuencia por donde se propaga la señal.


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Este tipo de propagación puede permitir la comunicación entre dos puntos que no tienen visión directa, pero también puede suponer un problema, ya que puede ocurrir que la señal de radio quede atrapada en el canal que se ha formado, produciendo así un desvanecimiento del radioenlace. Este tipo de fenómenos es muy común en zonas de gran inversión térmica, como llanuras desérticas, y sobre grandes masas de agua, como mares o lagos.

9.3.4.- Propagación por difracción__________________________________________

La difracción se produce cuando un obstáculo que se opone a la propagación libre de las ondas se convierte en una fuente secundaria que emite ondas en todas las direcciones. Gracias a este fenómeno las ondas son capaces de salvar obstáculos como montañas.

Ejercicios________________________________________________________

1.- ¿En qué bandas de frecuencia se produce la propagación por ondas de superficie?

2.- ¿Cuál es la principal ventaja y el principal inconveniente de este tipo de propagación?

3.- ¿En qué consiste la propagación ionosférica? ¿En qué rango de frecuencias se produce?

4.- ¿Cuál es el principal inconveniente de este tipo de propagación?

5.- ¿De qué factores depende el grado de ionización de la ionosfera?


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6.- ¿Cuándo crees que es mejor la propagación ionosférica, durante el día o durante la noche? ¿Por qué?

7.- ¿En qué bandas de frecuencia se produce la propagación espacial?

8.- ¿En qué consiste la propagación por refracción troposférica? ¿En qué casos puede suponer un problema este tipo de propagación?

9.- ¿Qué tipo de propagación se da en un radioenlace de microondas? ¿Cuál es la principal limitación que tienen este tipo de radioenlaces?

10.- Busca en Internet información sobre un tipo de propagación muy especial que no hemos analizado en esta unidad, conocida como propagación EME.


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ANEXO I

ESPECTRO RADIOELÉCTRICO

SIGLA DENOMINACIÓN GAMA DE FRECUENCIAS

LONGITUD DE ONDA CARACTERÍSTICAS USO TÍPICO

ELF

EXTREMELY LOW FREQUENCY

Extra Baja Frecuencia

3 Hz. a

30 Hz.

100.000 Km. a

10.000 Km. Se propagan por onda de tierra.

Permitían enviar muy poca información y, al tener longitudes de ondas muy grandes, se necesitaban enormes antenas, por lo que este tipo de transmisiones están en desuso.

Servían para la comunicación con submarinos o con minas bajo tierra.

En este orden de frecuencias se encuentran también las ondas sonoras o audiofrecuencias que escucha nuestro oído, el llamado rango audible, pero no están incluidas ya que no pertenecen al espectro radioeléctrico.

SLF

SUPER LOW FREQUENCY

Súper Baja Frecuencia

30 Hz. a

300 Hz.

10.000 Km. a

1.000 Km.

ULF

ULTRA LOW FREQUENCY

Ultra Baja Frecuencia

300 Hz. a

3.000 Hz. ( = 3 Khz.)

1.000 Km. a

100 Km.

VLF

VERY LOW FRECUENCIES

Muy Bajas Frecuencias

3 Khz. a

30 Khz.

100 Km. a

10 Km.

Propagación por onda de tierra o superficie y también ionosférica.

Enlaces de radio a gran distancia y comunicaciones militares.

LF

LOW FRECUENCIES

Bajas Frecuencias

30 Khz. a

300 Khz.

10 Km. a

1 Km. ( = 1.000 m)

Propagación por onda de tierra, pero de características menos estables que la anterior.

Comunicaciones de cobertura global como ayuda a la navegación aérea y marítima internacional.

MF

MEDIUM FRECUENCIES

Medias Frecuencias

300 Khz. a

3. 000 Khz. ( = 3 Mhz.)

1.000 m a

100 m

Propagación por onda de tierra con absorción elevada durante el día.

Propagación predominantemente ionosférica durante la noche, cuando alcanzan mayores distancias.

Radiodifusión. Las emisoras de AM están en esta banda.

Tema 1- Las ondas electromagnéticas ___ Gonzalo Penalva Torregrosa____

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HF

HIGH FRECUENCIES

Altas Frecuencias

3 Mhz. a

30 Mhz.

100 m. a

10 m.

Propagación predominantemente ionosférica con fuertes variaciones estacionales y en las diferentes horas del día y la noche.

Comunicaciones de todo tipo a media y larga distancia, como las de radioaficionados.

En esta banda están las radios que transmiten en onda corta o SW (shortwave).

VHF

VERY HIGH FRECUENCIES

Muy Altas Frecuencias

30 Mhz. a

300 Mhz.

10 m. a

1 m.

Prevalentemente propagación directa, esporádicamente propagación ionosférica o troposférica.

Comunicaciones móviles (Walkie-Talkies, bomberos, ambulancias, policía, camioneros y taxis), enlaces de radio a corta distancia, algunas televisoras y emisoras en frecuencia modulada (FM).

UHF

ULTRA HIGH FRECUENCIES

Ultra Altas Frecuencias

300 Mhz. a

3.000 Mhz. ( = 3 Ghz.)

1 m. a

100 mm.

Exclusivamente propagación directa, posibilidad de enlaces por reflexión o a través de satélites artificiales.

Comunicaciones móviles enlaces de radio, radares, ayuda a la navegación aérea y marítima.

La mayoría de canales de televisión están en esta banda. También se usa para telefonía celular.

SHF

SUPER HIGH FRECUENCIES

Súper Altas Frecuencias

3 Ghz. a

30 Ghz.

100 mm. a

10 mm.

Radares, comunicaciones satelitales y radioenlaces terrestres de larga distancia.

EHF

EXTRA HIGH FRECUENCIES

Extra Altas Frecuencias

30 Ghz. a

300 Ghz.

10 mm. a

1 mm.

Radioastronomía, radares de precisión y enlaces de comunicación.

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