Teor铆a de la radio

En la mayor铆a de los casos para el manejo b谩sico de equipos de radio (ya sean de comunicaciones por voz o la estaci贸n de control) no se requieren conocimientos te贸ricos de radiocomunicaciones.

Sin embargo, si son necesarios para comprender c贸mo funciona, conocer las limitaciones y poder resolver problemas que se pudieran 锟紁resentar durante la operaci贸n.

Radiocomunicaci贸n

La radio comunicaci贸n hace uso de las ondas de radio para transmitir informaci贸n (ya sean datos o voz). Para ello, dicha informaci贸n se <inserta> en la se帽al de radio por parte del equipo transmisor y puede ser <extra铆da> por parte del receptor.锟

Cuando se habla de transmisiones v铆a radio en e 谩mbito aeron谩utico hay que distinguir el sentido de la comunicaci贸n, principalmente para, en caso de fallo, poder aislar el problema y saber en qu茅 medida nos afecta. El sentido de las radiotransmisiones aeron谩uticas puede ser tierra-aire o aire-tierra y, en determinadas circunstancias, aire aire.

Como ejemplos, podemos citar los siguientes:

– Comunicaciones de controlador a piloto: sentido tierra-aire.

– Comunicaciones de piloto a controlador: sentido aire-tierra.

– Enlace de mando: sentido tierra-aire.

– Datos de telemetr铆a: sentido aire-tierra.

– Comunicaciones: aire-aire.

Las ondas de radio

Como hemos visto, la informaci贸n se transmite mediante ondas de radio, pero 驴que son las ondas de radio?

Las ondas de radio son ondas electromagn茅ticas con determinadas caracter铆sticas que las hace 煤tiles para la transmisi贸n de informaci贸n.

Una onda electromagn茅tica es la forma de propagaci贸n de la radiaci贸n electromagn茅tica a trav茅s del espacio.

A diferencia de las ondas mec谩nicas (por ejemplo, las ondas sonoras que se propagan a trav茅s del aire, o las ondas en la superficie de un estanque que se propagan a trav茅s del agua), las ondas electromagn茅ticas se propagan por el espacio sin necesidad de un medio, incluso en el vac铆o.

Esto se debe a que las ondas electromagn茅ticas son producidas por las oscilaciones de un campo el茅ctrico que genera a su vez un campo magn茅tico variable y est茅 a su vez genera de nuevo un campo el茅ctrico. De esta forma, la onda se autopropaga indefinidamente a trav茅s del espacio con campos magn茅ticos y el茅ctricos gener谩ndose continuamente.

Radiaci贸n electromagn茅tica

En el punto anterior se ha visto que la radiaci贸n electromagn茅tica se propaga mediante ondas electromagn茅ticas, ahora bien, 驴donde est谩 presente la radiaci贸n electromagn茅tica? 驴C贸mo se genera? 驴Para qu茅 sirve?

La radiaci贸n electromagn茅tica est谩 presente en nuestra vida cotidiana, tanto procede De Fuentes naturales como artificiales. Sin ir m谩s lejos la luz visible, que nos permite percibir el entorno a trav茅s del sentido de la vista, es una forma de radiaci贸n electromagn茅tica.

En cuanto a las fuentes de radiaci贸n electromagn茅tica artificiales: cualquier apartado que funcione mediante energ铆a el茅ctrica genera radiaci贸n electromagn茅tica. Sin embargo, la mayor parte de ellos no tienen como misi贸n generar dicha radiaci贸n y est谩 suele ser d茅bil, al margen de ello los aparatos se blindan o a铆slan para evitar que la radiaci贸n electromagn茅tica que generan interfiera con otros aparatos que si hacen uso de dicha radiaci贸n como base de su funcionamiento.

El uso directo que se hace de la radiaci贸n electromagn茅tica de forma artificial es muy variado, desde la propia transmisi贸n de la energ铆a el茅ctrica hasta la utilizaci贸n de rayos X en medicina, pasando por medios para generar luz artificial (bombillas y leds), hornos de microondas y, por supuesto, equipos de radiocomunicaciones.

Caracter铆sticas de una onda

Antes de adentrarnos en el estudio de las ondas tenemos que analizar los elementos que las definen.

Cresta: es el punto de m谩xima amplitud de onda, es decir el punto de la onda m谩s separado de su punto medio, por encima de la l铆nea de equilibrio.

Valle: es, a semejanza de la cresta, el punto de m谩xima amplitud de onda pero por debajo de la l铆nea de equilibrio.

Nodo: punto en el cual la onda cruza la l铆nea de equilibrio.

Amplitud: distancia que separa la onda de la l铆nea de equilibrio en su movimiento ondulatorio.

Longitud: distancia que recorre el pulso mientras un punto de la onda realiza una oscilaci贸n completa, por ejemplo la distancia entre dos crestas consecutivas.

Ciclo: es una oscilaci贸n completa de la onda (el movimiento ondulatorio que realiza la onda en una longitud de onda).

Peri贸dico: tiempo que tarda la onda en realizar una oscilaci贸n completa (completar un ciclo).

Frecuencia: n煤mero de oscilaciones que realiza cualquier punto de la onda en un segundo, o ciclos por segundo. La unidad de medida es el hercio (Hz).

Para el objeto de este cap铆tulo las caracter铆sticas que m谩s nos interesan son la amplitud y la longitud de onda.

Adem谩s, las ondas electromagn茅ticas se propagan aproximadamente a la velocidad de la luz, por lo que podemos considerar su velocidad de propagaci贸n constante.

De aqu铆 de deduce que, si la velocidad de propagaci贸n es constante, la frecuencia y la longitud de onda para una determinada onda electromagn茅tica son inversamente proporcionales: a mayor frecuencia, menor longitud de onda y viceversa.

El espectro electromagn茅tico

El espectro electromagn茅tico es el conjunto de todas las frecuencias posibles a las que se produce radiaci贸n electromagn茅tica.

Aqu铆 podemos encontrar desde ondas de muy baja frecuencia (por ejemplo,,la empleada para la transmisi贸n de energ铆a el茅ctrica) hasta los rayos gamma y otros rayos c贸smicos con las frecuencias m谩s altas del espectro.

Por norma general, la energ铆a de una onda es proporcional a su frecuencia: a mayor frecuencia mayor energ铆a tiene dicha onda.

Las ondas electromagn茅ticas de muy alta energ铆a (las de mayor frecuencia) est谩n incluidas en el apartado de radiaciones ionizantes, esto es, que pueden ionizar la materia y son, por tanto, perjudiciales para los seres vivos, es el caso de los rayos gamma o de los rayos X.

El resto de ondas, o radiaciones no ionizantes, convenientemente tratadas y moduladas (normalmente variando de forma controlada la amplitud, fase y/o frecuencia de la onda original) pueden emplearse para la transmisi贸n de informaci贸n, dando lugar a una forma de telecomunicaci贸n.

Telecomunicaciones electromagn茅ticas

Hoy d铆a, se utilizan masivamente ondas electromagn茅ticas de diferentes frecuencias para la transmisi贸n de informaci贸n por medios guiados (cableado de cobre de par trenzado, cable coaxial, fibra 贸ptica, etc) y por medios no guiados (normalmente, el aire o el vac铆o).

Las frecuencias utilizadas en cada caso dependen del comportamiento de las mismas en las diferentes materiales utilizados como medios de transmisi贸n, as铆 como de la velocidad de transmisi贸n deseada y la cantidad de informaci贸n a transmitir.

En el caso particular de que la propagaci贸n de ondas electromagn茅ticas se realice por medios no guiados, a esta forma de telecomunicaci贸n se le denomina radiocomunicaci贸n o comunicaci贸n inal谩mbrica.

El espectro radioel茅ctrico

El espectro radioel茅ctrico es la porci贸n o subconjunto del espectro electromagn茅tico que se distingue por sus posibilidades para las radiocomunicaciones, es decir, para la transmisi贸n de informaci贸n por medios no guiados. Este subconjunto viene determinado por dos factores: las caracter铆sticas de propagaci贸n de las ondas electromagn茅ticas a las diferentes frecuencias y los avances tecnol贸gicos producidos por el ser humano.

En la actualidad, se considera que el espectro radioel茅ctrico es el conjunto de ondas cuya frecuencia se fija convencionalmente por debajo de 3000 GHz y se propagan por el espacio sin gu铆a artificial. Este tipo de ondas se conocen como ondas de radio.

En la pr谩ctica, actualmente no se atribuyen por UIT-R frecuencias para radiocomunicaci贸n por debajo de 9kHz (al no ser frecuencias aptas para ello y por su baja tasa de transmisi贸n) ni por encima de 275 GHz (por limitaciones tecnol贸gicas y por encontrarse esta parte del espectro a煤n bastante inexplorada). No obstante, existen frecuencias fuera de este rango regulado por UIT-R (por ejemplo, en infrarrojos y en luz visible, en frecuencias del orden de centenas de THz) que se emplean tambi茅n por radiocomunicaciones.

Propagaci贸n de las ondas de radio

Atendiendo a su forma de propagaci贸n, podemos clasificar las ondas de radio en tres grupos: ondas terrestres, ondas celestes, ondas espaciales.

Las ondas terrestre o de superficie se propagan siguiendo la curvatura de la Tierra. Este grupo lo componen las ondas de radio con frecuencias comprendidas entre los 100 Hz y 1 MHz. Dado que su propagaci贸n es muy cercana a la superficie no son buenas para establecer comunicaciones con aeronaves volando a gran altitud.

Las ondas celestes, tambi茅n llamadas reflejadas o ionosf茅ricas, tienen la particularidad de que pueden rebotar en determinadas capas de la ionosfera, por lo que su alcance sobre la superficie de la tierra es mayor que el de las ondas espaciales. Las ondas de radio con frecuencias entre 1 MHz y 30 MHz se encuentran en este grupo.

Las ondas espaciales o directas se propagan 煤nicamente en l铆nea recta, por lo que su alcance sobre la superficie de la tierra es limitado. En este grupo encontramos las ondas de radio con mayor frecuencia: entre 30 MHz y 300 GHz.

Como se ha visto anteriormente, las ondas de mayor frecuencia tienen mayor energ铆a y, por tanto, pueden transportar m谩s cantidad de informaci贸n que las ondas de menor frecuencia. De esto se desprende que, si bien las ondas terrestres pueden virtualmente llegar a cualquier punto de la superficie terrestre, la cantidad de informaci贸n que pueden transportar es m谩s peque帽a. A ello se suma que cuando m谩s baja sea la frecuencia, mayor longitud de onda y, por tanto, m谩s propensa a interferencias es la onda.

Las ondas espaciales re煤nen buenas caracter铆sticas en cuanto a capacidad de informaci贸n que pueden transmitir, pero al ser su propagaci贸n en l铆nea recta est谩n limitadas al <horizonte radio te贸rico> que depende de la frecuencia de transmisi贸n y elevaci贸n del transmisor y receptor sobre la superficie terrestre.

Por ello para comunicaciones de larga distancia se suelen utilizar frecuencias del grupo de ondas celestes ya que su alcance es mucho mayor que el de las ondas espaciales, gracias al rebote en la ionosfera y sus caracter铆sticas para transportar informaci贸n son mejores que las de las ondas terrestres. Adem谩s, pueden llegar a cualquier altitud.

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