Como se propagan las senales de radio?

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    hace 1 década
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    La radio es una tecnología que posibilita la transmisión de señales mediante la modulación de ondas electromagnéticas. Estas ondas no requieren un medio físico de transporte, por lo que pueden propagarse tanto a través del aire como del espacio vacío.

    Una onda de radio se origina cuando una partícula cargada (por ejemplo, un electrón) se excita a una frecuencia situada en la zona de radiofrecuencia (RF) del espectro electromagnético. Otros tipos de emisiones que caen fuera de la gama de RF son los rayos gamma, los rayos X, los rayos cósmicos, los rayos infrarrojos, los rayos ultravioleta y la luz visible.

    Cuando la onda de radio actúa sobre un conductor eléctrico (la antena), induce en él un movimiento de la carga eléctrica (corriente eléctrica) que puede ser transformado en señales de audio u otro tipo de señales portadoras de información.

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

    [editar] Historia

    [editar] Descubrimiento de las ondas electromagnéticas

    Las bases teóricas de la propagación de ondas electromagnéticas fueron descritas por primera vez por James Clerk Maxwell en un documento dirigido a la Royal Society titulado Una teoría dinámica del campo electromagnético, el cual describía su trabajo entre los años 1861 y 1865.

    Heinrich Rudolf Hertz, entre 1886 y 1888, fue el primero en validar experimentalmente la teoría de Maxwell, demostrando que la radiación de radio tenía todas las propiedades de las ondas y descubriendo que las ecuaciones electromagnéticas podían ser reformuladas en una ecuación diferencial parcial denominada ecuación de onda. Hertz dio un paso de gigante al afirmar que las ondas se propagaban a una velocidad electromagnética similar a la velocidad de la luz, y ponía así las bases para el envío de las primeras señales. Como homenaje a Hertz por este descubrimiento, las ondas electromagnéticas pasaron a denominarse hertzianas.

    Estos científicos pusieron la base técnica para que la radio saliera adelante, ya que la propagación de las ondas electromagnéticas fue esencial para desarrollar el que posteriormente se ha convertido en uno de los grandes medios de comunicación de masas.

    [editar] Primeras transmisiones por radio

    Resulta difícil atribuir la invención de la radio, en su tiempo denominada "telegrafía sin hilos", a una única persona. En diferentes países se reconoce la paternidad en clave local: Alejandro Stepánovich Popov hizo sus primeras demostraciones en San Petersburgo, Rusia; Nikola Tesla en San Luis, Misuri, Estados Unidos y Guillermo Marconi fue quien primero puso en práctica y comercializó el invento desde el Reino Unido.

    En 1896, Marconi obtuvo la primera patente del mundo sobre la radio, la Patente británica 12039, Mejoras en la transmisión de impulsos y señales eléctricas y un aparato para ello. Países como Francia o Rusia rechazaron reconocer su patente por dicha invención, refiriéndose a las publicaciones de Popov, previas en el tiempo.

    El 7 de mayo de 1895 el profesor e ingeniero ruso Alexandr Stepánovich Popov había presentado un receptor capaz de detectar ondas electromagnéticas. Diez meses después, el 24 de marzo de 1896, ya con un sistema completo de recepción-emisión de mensajes telegráficos, transmitió el primer mensaje telegráfico entre dos edificios de la Universidad de San Petersburgo situados a una distancia de 250 m. El texto de este primer mensaje telegráfico fue: "HEINRICH HERTZ".

    En 1897 Marconi montó la primera estación de radio del mundo en la Isla de Wight, al sur de Inglaterra y en 1898 abrió la primera factoría del mundo de equipos de transmisión sin hilos en Hall Street (Chelmsford, Reino Unido) empleando en ella alrededor de 50 personas. En 1899 Marconi consiguió establecer una comunicación de carácter telegráfico entre Gran Bretaña y Francia. Tan sólo dos años después, en 1901, esto quedaría como una minucia al conseguirse por primera vez transmitir señales de lado a lado del océano Atlántico.

    Nikola Tesla, en San Luis (Missouri, USA), hizo su primera demostración pública de radiocomunicación en 1893. Dirigiéndose al Franklin Institute de Filadelfia y a la National Electric Light Association describió y demostró en detalle los principios de la radiocomunicación. Sus aparatos contenían ya todos los elementos que fueron utilizados en los sistemas de radio hasta el desarrollo de los tubos de vacío. En Estados Unidos, algunos desarrollos clave en los comienzos de la historia de la radio fueron creados y patentados en 1897 por Tesla. Sin embargo, la Oficina de Patentes de Estados Unidos revocó su decisión en 1904 y adjudicó a Marconi una patente por la invención de la radio, posiblemente influenciada por los patrocinadores financieros de Marconi en Estados Unidos, entre los que se encontraban Thomas Alva Edison y Andrew Carnegie. El 12 de diciembre de 1901, Marconi transmitió, por primera vez, señales Morse por ondas electromagnéticas.

    [editar] Desarrollos durante el siglo XX

    En 1906, Alexander Lee de Forest mejoró el invento de John Fleming, otorgándole con su triodo mayor cobertura y calidad de transmisión, lo que permitió la proliferación de las emisiones de radio. En 1907, inventaba la válvula que modula las ondas de radio que se reciben y de esta manera creó ondas de alta potencia en la transmisión.

    En 1909 Marconi, con Karl Ferdinand Braun, fue también premiado con el Premio Nobel de Física por sus "contribuciones al desarrollo de la telegrafía sin hilos".

    Sin embargo, la patente de Tesla número 645576 fue restablecida en 1943 por la Corte Suprema de Estados Unidos, poco tiempo después de su muerte. La decisión estaba basada en el hecho de que había un trabajo preexistente antes del establecimiento de la patente de Marconi. Existe la creencia de que esto se hizo, aparentemente, por razones financieras, para permitir al gobierno estadounidense eludir el pago de los daños que estaban siendo reclamados por la compañía Marconi por el uso de sus patentes durante la Primera Guerra Mundial.

    También se habían hecho reclamos en el sentido de que Nathan Stubblefield inventó la radio antes que Tesla y Marconi, pero su dispositivo, al parecer, funcionaba mediante transmisión por inducción más que por radio transmisión.

    La nueva gran invención fue la válvula termoiónica detectora, inventada por un equipo de ingenieros de Westinghouse.

    La Nochebuena de 1906, utilizando el principio heterodino, Reginald Fessenden transmitió desde Brant Rock Station (Massachusetts) la primera radiodifusión de audio de la historia. Así, buques en el mar pudieron oír una radiodifusión que incluía a Fessenden tocando al violín la canción O Holy Night y leyendo un pasaje de la Biblia.

    Un gran paso en la calidad de los receptores, se produce en 1918 cuando Edwin Armstrong inventa el superheterodino.

    Las primeras transmisiones radiodifundidas, para entretenimiento, comenzaron en 1920 en Argentina. El día 27 de agosto desde la azotea del Teatro Coliseo, la Sociedad Radio Argentina transmitió la ópera de Richard Wagner, Parsifal. Comenzando así con la programación de la primera emisora de radiodifusión en el mundo.

    La primera emisora de carácter regular e informativo es considerada por muchos autores la KDKA de Pittsburg (EEUU) que comenzó a emitir en el año 1920. La KDKA trasmitió por primera vez un reportaje sobre las elecciones norteamericanas. Ese mismo año, en Inglaterra, la estación de Chelmsford, perteneciente a la Marconi Wireless, emitía dos programas diarios, uno sobre música y otro sobre información. El 4 de noviembre de 1922 se fundó en Londres la British Broadcasting Corporation (BBC) que monopolizó las ondas inglesas.

    En los primeros tiempos de la radio toda la potencia generada por el transmisor pasaba a través de un micrófono de carbón. En los años 1920 la amplificación mediante válvula termoiónica revolucionó tanto los radiorreceptores como los radiotransmisores. Philips, Bell, Radiola y Telefunken consiguieron, a través de la comercialización de receptores de válvulas que se conectaban a la red eléctrica, la audición colectiva de la radio en 1928. No obstante, fueron los laboratorios Bell los responsables del transistor y, con ello, del aumento de la comunicación radiofónica.

    En los años cincuenta la tecnología radiofónica experimentó un gran número de mejoras que se tradujeron en la generalización del uso del transistor.

    Normalmente, las aeronaves utilizaban las estaciones comerciales de radio de modulación de amplitud (AM) para la navegación. Esto continuó así hasta principios de los años sesenta en que finalmente se extendió el uso de los sistemas VOR.

    A principios de los años treinta radio-operadores aficionados inventaron la transmisión en banda lateral única (BLU).

    En 1933 Edwin Armstrong describe un sistema de radio de alta calidad, inmune a los parásitos radioeléctricos, utilizando la modulación de frecuencia (FM). A finales de la década este procedimiento se establece de forma comercial, al montar a su cargo el propio Armstrong una emisora con este sistema.

    En 1948, la radio se hace visible: se desarrolla abiertamente la televisión.

    En 1952, se transmite televisión comercial en color sistema NTSC, en EE.UU.

    En 1960, la firma Sony introduce el primer receptor transistorizado, lo suficientemente pequeño para ser llevado en un bolsillo y alimentado por una pequeña batería. Era fiable porque al no tener válvulas no se calentaba. Durante los siguientes veinte años los transistores desplazaron a las válvulas casi por completo, excepto para muy altas potencias o frecuencias.

    En 1963, se establece la primera comunicación radio vía satélite.

    Al final de los años sesenta la red telefónica de larga distancia en EE.UU. comienza su conversión a red digital, empleando radio digital para muchos de sus enlaces.

    En los años setenta comienza a utilizarse el LORAN, primer sistema de radionavegación. Pronto, la Marina de EE.UU. experimentó con la navegación satélite, culminando con la invención y lanzamiento de la constelación de satélites GPS en 1987.

    Entre las décadas de los años 1960 y 1980 se generaliza la figura del disk-jokey y el tocadiscos; es la época de la expansión discográfica. En los años 1990 las nuevas tecnologías digitales comienzan a aplicarse al mundo de la radio. Aumenta la calidad del sonido y se amplia la cantidad de almacenaje. Se produce una sofisticación de los medios de edición y producción que tiene como característica principal la automatización de las emisoras.

    A finales del siglo XX, experimentadores radioaficionados comienzan a utilizar ordenadores personales para procesar señales de radio mediante distintas interfaces (Radio Packet).

    Hoy en día la radio a través de Internet avanza con celeridad, por eso, muchas de las grandes emisoras de radio empieza a experimentar con emisiones por internet, la primera y más sencilla es una emisión on-line, la cual con el avance creativo de los productores radiales deberá seguir evolucionando, lo que irá aparejado con el desarrollo de la banda ancha en Internet

    [editar] Fechas destacables

    1873. El físico escocés James Clerk Maxwell obtiene las ecuaciones generales de la propagación de las ondas electromagnéticas.

    1887. El físico alemán Heinrich Rudolf Hertz consigue demostrar la existencia de las ondas electromagnéticas. Además, descubre el efecto fotoeléctrico por medio de un descargador o resonador.

    1890. El físico francés Edouard Branly inventa un aparato que recibe las señales de la telegrafía sin utilizar hilos.

    1896. El ingeniero ruso Alexander Popov inventa la primera antena radioeléctrica. También construye el primer receptor de ondas electromagnéticas.

    1908. En California tiene lugar la primera emisión radiofónica de carácter privado de la mano de CH.D.Herrold, quien ofrece información meteorológica a los agricultores del Estado.

    1914-1918. El uso de la radio como elemento comunicativo empieza a utilizarse entre los ejércitos durante la Primera Guerra Mundial. La utilidad de este medio radica en su valor estratégico de la comunicación sin hilos y sirve para mantener el caracter reservado de las comunicaciones.

    1920. Empieza a funcionar en la ciudad Norteamericana de Pittsburg la KDKA, conocida por ser la primera estación de radio que emite una programación regular y continuada.

    1922. El francés Maurice Vinot emite desde París los primeros boletines de información con noticias de actualidad general y deportes. Esto es posible gracias a la emisora Radiola y la agencia de noticias Havas.

    [editar] Características del medio radiofónico

    La radio es un medio auditivo basado en la comunicación oral. Esto hace que las condiciones de recepción sean íntimas e individuales, lo que le otorga a la radio un gran poder de sugestión.

    La radio posee una temporalidad, un código comunicativo y un lenguaje propio.

    Es un medio que requiere una menor inversión en medios técnicos y amortiza lo invertido, por lo que es el medio más asequible para todos los públicos.

    Comparado con los otros medios, se dice que la radio cuenta la noticia, la televisión la enseña y el periódico la analiza.

    Hay que captar la atención del oyente desde el primer momento.

    La radio tiene credibilidad por sí misma.

    Se caracteriza por su alta flexibilidad en los esquemas de producción. Saca partido de la instantaneidad y rapidez del medio.

    La temporalidad en la radio es inmediata. La inmediatez y la brevedad son dos caracteriscas básicas de la radio. Se trata de informar o entretener, pero no aburrir, por lo que se otorga dinamismo a los contenidos.

    La radio incentiva la imaginación del oyente que, a través de lo que escucha, escenografía en su mente la información que se le está contando. Esta escenografía mental se basa en el contenido de lo que se informa, pero, sobre todo, de cómo se dice. Como afirma Rudolf Arnheim: “la voz implícita definición”.

    La capacidad de interacción con el oyente es limitada; éste no puede decidir el orden de las secciones como en los periódicos.

    Permite ser escuchada en cualquier parte; el tamaño del transistor se ha reducido gracias a los avances tecnológicos, ventaja clave sobre la televisión.

    Es un medio rico en contenidos.

    La comunicacion por radio es el medio que sustenta mayor futuro, pues debido a los problemas de gravedad en el espacio los satelites presentan un cierto grado de inconsistencia y seguridad a los usuarios potenciales de estos, ademas si existiere una falla en el sistema el error seria medido en millones de dolares.

    [editar] Lenguaje radiofónico: la locución

    La radio, como medio oral de comunicación, requiere una forma de transmisión concreta. El acto de hablar alcanza su máxima expresión, por lo que es fundamental para el periodista radiofónico controlar su voz, que es su herramienta de trabajo. Para Sanabria, "el timbre, el tono, la intensidad, la entonación, el acento, la modulación, la velocidad y los intervalos son los matices que determinan el estilo de la radio".

    Es necesaria una buena vocalización y leer con naturalidad para no caer en errores de tipo gramatical y que se comprenda bien el mensaje que se desea transmitir.

    El lenguaje radiofónico está compuesto por unas reglas que hacen posible la comunicación. Cada una de ellas aporta un valor necesario para la comprensión del mensaje:

    La voz aporta la carga dramática

    La palabra la imagen conceptual

    El sonido describe el contexto físico

    La música transmite el sentimiento

    El silencio la valoración

    [editar] Mensaje radiofónico

    La radio transmite su mensaje en forma de sonido. Según Mariano Cebrián, catedrático de periodismo, "la técnica es tan determinante que se incorpora a la expresión como un sistema significante más". El mensaje radiofónico se produce gracias a una mediación técnica y humana, que expresa un contexto narrativo acústico. Según Vicente Mateos, "el mensaje radiofónico debe cumplir unos principios comunicativos para que llegue con total eficacia al oyente", tales como:

    Audibilidad de los sonidos

    Comprensión de los contenidos

    Contextualización

    [editar] Usos de la radio

    Uno de sus primeros usos fue en el ámbito naval, para el envío de mensajes en código Morse entre los buques y tierra o entre buques.

    Actualmente, la radio toma muchas otras formas, incluyendo redes inalámbricas, comunicaciones móviles de todo tipo, así como la radiodifusión.

    Antes de la llegada de la televisión, la radiodifusión comercial incluía no solo noticias y música, sino dramas, comedias, shows de variedades, concursos y muchas otras formas de entretenimiento, siendo la radio el único medio de representación dramática que solamente utilizaba el sonido.

    Otros usos de la radio son:

    Audio

    La forma más antigua de radiodifusión de audio fue la radiotelegrafía marina, ya no utilizada. Una onda continua (CW), era conmutada on-off por un manipulador para crear código Morse, que se oía en el receptor como un tono intermitente.

    Música y voz mediante radio en modulación de amplitud (AM).

    Música y voz, con una mayor fidelidad que la AM, mediante radio en modulación de frecuencia (FM).

    Música, voz y servicios interactivos con el sistema de radio digital DAB empleando multiplexación en frecuencia OFDM para la transmisión física de las señales.

    Servicios RDS, en sub-banda de FM, de transmisión de datos que permiten transmitir el nombre de la estación, el título de la canción en curso y otras informaciones adicionales.

    Transmisiones de voz para marina y aviación utilizando modulación de amplitud en la banda de VHF.

    Servicios de voz utilizando FM de banda estrecha en frecuencias especiales para policía, bomberos y otros organismos estatales.

    Servicios civiles y militares en alta frecuencia (HF) en la banda de Onda Corta, para comunicación con barcos en alta mar y con poblaciones o instalaciones aisladas.

    Sistemas telefónicos celulares digitales para uso cerrado (policía, defensa, ambulancias, etc). Distinto de los servicios públicos de telefonía móvil.

    Telefonía

    Vídeo

    Navegación

    Radar

    Servicios de emergencia

    Transmisión de datos por radio digital

    Calentamiento

    Fuerza mecánica

    Otros

    [editar] Géneros radiofónicos

    La radio es el medio en el que algunos géneros del periodismo clásico alcanzan su máxima expresión. Un ejemplo es la entrevista, el debate y la tertulia. La adaptación de los géneros periodísticos a la radio se caracteriza por la riqueza expresiva y el carácter personal que se incorpora al mensaje transmitido. Las claves para una buena comunicación son contenidos concisos, claros y directos. De esta manera se producirá un mayor efecto de atracción sobre la audiencia.

    Los géneros radiofónicos podrían clasificarse de la siguiente manera:

    El Reportaje

    La Crónica

    La Crítica

    El Comentario

    El Editorial

    La Entrevista

    La Tertulia

    El Debate

    Ondas de radio u ondas hertzianas.

    Las ondas de radio u ondas Hertzianas son ondas electromagnéticas.

    Como una onda de radio es una vibración, al cabo de un período, la onda habrá recorrido una distancia llamada longitud de onda. La longitud de onda es una característica esencial en el estudio de la propagación; para una frecuencia dada depende de la velocidad de propagación de la onda.

    El ámbito de las frecuencias de las ondas de radio se extiende de algunas decenas de kiloherzios hasta los límites de los infrarrojos.

    Las siguientes son abreviaciones para rangos de frecuencias de radio: ELF (extremely low frequencies) de 30 a 3000 Hz, VLF (very low frequencies) de 3 a 30 KHz, LF (low frequencies) de 30 a 300 kHz, MF (medium frequencies) de 0.3 a 3 MHz, HF (high frequencies) de 3 a 30 MHz, VHF (very high frequencies) de 30 a 300 MHz, UHF (ultra high frequencies) por arriba de los 300 Mhz, y por último, SHF y EHF (se pueden consultar las frecuencias de todo el espectro electromagnético en Radio Wave Propagation en el sitio web de SEC-NOAA http://www.sec.noaa.gov/info/Radio.pdf ).

    2. Formas de propagación.

    Las ondas Hertzianas se propagan en dos formas:

    · En el espacio libre (por ejemplo, propagación irradiada alrededor de la tierra):

    Las ondas causadas por la caída de una piedra en la superficie de un estanque se propagan como círculos concéntricos. La onda de radio emitida por la antena isotrópica (es decir, radiante de manera uniforme en todas las direcciones del espacio) puede ser representada por una sucesión de esferas concéntricas. Imagínese una burbuja que se infla muy rápidamente, a la velocidad de la luz, muy cerca de 300,000 km por segundo. Al cabo de un segundo la esfera tiene 600,000 km de diámetro. Si el medio de propagación no es isotrópico y homogéneo, el frente de la onda no será una esfera.

    · En líneas (propagación guiada, en un cable coaxial o en una guía de onda):

    El estudio de las líneas de transmisión y los fenómenos de propagación de una señal en una línea puede ayudar a optimizar los cables utilizados en el establecimiento de una red de transmisión o para la alimentación de una antena.

    En espacio libre, cuanto más se aleje de la antena, la intensidad del campo electromagnético irradiado es más débil. Esta variación es regular en un medio homogéneo, en el vacío, por ejemplo. En un medio no homogéneo, como por ejemplo, en la superficie de la Tierra , numerosos fenómenos contradicen esta norma: es frecuente que la onda recibida interfiere directamente con un reflejó de esta onda sobre el suelo, un obstáculo o sobre una capa de la ionosfera.

    Para una buena recepción, es necesario que el campo eléctrico de la onda captada tenga un nivel suficiente. El valor mínimo de este nivel depende de la sensibilidad del receptor, de la ganancia de la antena y la comodidad de escucha deseada. En el caso de las transmisiones numéricas la comodidad de escucha es sustituida por el nivel de fiabilidad requerido para la transmisión. La intensidad del campo eléctrico se mide en voltio/metro.

    2. Interés del estudio de la propagación de las ondas de radio

    Puede ser esencial entender los principios de la propagación de las ondas para poder predecir las oportunidades y las condiciones para establecer de una conexión de radio entre dos puntos de la superficie de la Tierra o entre la Tierra y un satélite. Entender estos principios permite por ejemplo:

    Ø El cálculo de la potencia mínima de una emisora de radiodifusión con el fin de garantizar una recepción cómoda sobre una zona determinada;

    Ø la determinación de la posición de un enlace para la radiotelefonía móvil;

    Ø la estimación de las oportunidades de establecer una conexión transcontinental sobre ondas cortas;

    Ø el estudio de los fenómenos de interferencia entre emisoras;

    Ø el cálculo del campo electromagnético cerca de un equipo emisor (radar,enlace,emisora de televisión...) para determinar los riesgos incurridos por la población que se encuentra cerca.

    Según la frecuencia, el tiempo con relación al ciclo solar, la temporada, la hora del día, la dirección y la distancia entre el emisor y la estación receptora se tiene que el nivel de la señal recibida en el trayecto se elevará a más o menos ejecutable.

    3. Propagación de las ondas de radio: difusión, reflexión y refracción.

    3.1 Introducción.

    Una onda de radio se distingue de una radiación luminosa por su frecuencia: algunas decenas de kiloherz o gigahertz para la primera, algunos centenares de térahertz para el segundo. Obviamente la influencia de la frecuencia de la onda es determinante para su propagación pero la mayoría de los fenómenos de la óptica geométrica (por ejemplo, la reflexión) se aplican también en la propagación de las ondas hertzianas.

    En la práctica es frecuente que dos o varios fenómenos se apliquen simultáneamente al trayecto de una onda: reflexión y difusión, difusión y refracción... Estos fenómenos aplicados a las ondas radioeléctricas permiten a menudo establecer conexiones entre puntos que no están en vista directa.

    3.2 Difusión.

    El fenómeno de difusión puede producirse cuando una onda encuentra un obstáculo cuya superficie no es perfectamente plana y lisa. Es el caso de las capas ionizadas de la atmósfera, de la superficie del suelo en las regiones onduladas (para las longitudes de ondas más grandes) o de la superficie de los obstáculos (acantilados, bosques, construcciones...) para las ondas ultracortas (sobre algunos centenares de megaherz). Como en la óptica, la difusión depende de la relación entre la longitud de onda y las dimensiones de los obstáculos o irregularidades a la superficie de los obstáculos reflejantes. Estos últimos pueden también cambiar por las cortinas de lluvia (en hiperfrecuencias) o las zonas ionizadas de la alta atmósfera en las auroras polares (borealis y australis, Northern and Southern Lights) .

    En el capítulo sobre propagación y clima espacial hablaremos de la ionización de la atmósfera y las auroras polares.

    3.3 Reflexión y refracción.

    La información necesaria para una conexión que utiliza una reflexión sobre la capa E de la ionosfera es:

    Ø La potencia del emisor;

    Ø el diagrama de radiación de la antena;

    Ø la posición geográfica de cada una de las dos estaciones y también;

    Ø la capacidad de la capa E de la ionosfera para reflejar las ondas de radio.

    Es el SSN (el término histórico es número de Wolf, que no depende de quien determina el número de manchas solares, veremos esto en la parte II de estas notas), y también la fecha y la hora del día del intento de conexión que permitirá al programa informático calcular las posibilidades de propagación ionosférica. Se conocerá la probabilidad de establecer la conexión en función de la frecuencia para un reporte de señal sobre ruido dado

    La refracción es el cambio en la dirección de propagación de una onda, cuando pasa de un medio a otro en el que su velocidad es distinta, o cuando hay una variación espacial de la velocidad de la onda en el mismo medio.

    El clima espacial condiciona la ionización en las distintas capas de la ionosfera, que cambia con la fecha y la hora. En el capítulo sobre propagación y clima espacial hablaremos de la refracción de las ondas de radio en la ionosfera, capacidad de la ionosfera, que permite contactos DX, de frecuencias máximas utilizables MUF y frecuencias mínimas utilizables LUF, de SWF (atenuación o pérdida de intensidad, también absorción, en Onda Corta, short wave fade, en inglés). Hablaremos también del número de Wolf.

    4. Interferencia de dos ondas de radio

    Es necesario distinguir la interferencia causada por dos señales independientes, en frecuencias muy cercanas, aparece el fenómeno de interferencia cuando la onda directa irradiada por un emisor se recibe al mismo tiempo que una onda reflejada. En este último caso, los tiempos de recorrido de las dos ondas son diferentes y las dos señales recibidas son defasadas. Pueden entonces presentarse varios casos:

    Ø defasamiento igual a un múltiplo del período: las señales están en fase y se refuerzan mutuamente. Sus amplitudes se añaden.

    Ø defasamiento de un múltiplo de un semi-período: las señales están en oposición de fase y la amplitud de la más débil se deduce de más fuerte. Si las dos señales tienen la misma amplitud, el nivel de la señal resultante es nulo.

    Ø defasamiento cualquiera: la amplitud de la señal que resulta es intermedia entre estos dos valores extremos.

    Los fenómenos de interferencias pueden ser muy molestos cuando el tiempo de recorrido de la onda indirecta varía: la amplitud de la señal recibida varía entonces a un ritmo más o menos rápido. El fenómeno de interferencia se utiliza en aplicaciones que cubren numerosos ámbitos: medida de velocidad, radiogoniometría...

    5. Propagación en función de la gama de frecuencia

    5.1 Ondas kilométricas

    Se propagan principalmente muy a baja altitud, por onda de suelo. Su gran longitud de onda permite el rodeo de los obstáculos. Para una misma distancia del emisor, el nivel de la señal recibida es muy estable. Este nivel disminuye tanto más rápidamente cuanto más se eleve la frecuencia. Las ondas de frecuencia muy baja penetran un poco bajo la superficie del suelo o el mar, lo que permite comunicar con submarinos en inmersión. Aplicaciones corrientes: radiodifusión sobre Grandes Ondas (Francia-Inter, RTL...), difusión de las señales horarias (relojes de radiocontroladores)... La potencia de estos emisores es enorme: a menudo varios megavatios para obtener un alcance que puede llegar hasta 1000 km .

    5.2 Ondas hectométricas

    Las estaciones de radiodifusión sobre la banda de las Pequeñas Ondas (entre 600 y 1500 kHz) tienen potencias que pueden llegar hasta varios centenares de kilovatios. Apenas utilizan la onda de suelo para cubrir una zona que no sobrepasa una región francesa pero se benefician después de la puesta del sol de los fenómenos de propagación ionosférica

    5.3 Ondas decamétricas

    Las ondas cortas, bien conocidas por los radioaficionados, permiten conexiones intercontinentales con potencias de algunos milivatios si la propagación ionosférica lo permite ya que la onda de suelo sobre 2 ó 3 MHz apenas lleva más allá de algunas decenas kilómetros. Entre 1 y 30 MHz, la reflexión de las ondas sobre las capas de la ionosfera permite liberarse del problema del horizonte óptico y obtener con un único salto un alcance de varios millares de kilómetros. Pero estos resultados son muy variables y dependen de los métodos de propagación, el ciclo solar, la hora del día o la temporada. Las ondas decamétricas cedieron el paso a los satélites aunque los cálculos de previsión de propagación permitieran predecir con una buena fiabilidad las horas de apertura, las frecuencias máximas utilizables y el nivel de la señal que se recibirá.

    5.4 Ondas métricas

    Las ondas métricas corresponden a frecuencias incluidas entre 30 y 300 MHz que incluye la banda de radiodifusión FM, las transmisiones VHF de los aviones, la banda radioaficionado de los 2m, 6 m ... se propagan principalmente en línea recta pero consiguen pasar los obstáculos de dimensiones que no superan algunos metros. Se reflejan sobre las paredes, rocas, vehículos y excepcionalmente sobre nubes ionizadas situadas en la capa E, hacia 90 km de altitud lo que permite conexiones por más 1000 km . En tiempo normal, el alcance de una emisora de 10 vatios en una antena omnidireccional es de algunas decenas de kilómetros pero sucede también que el índice de refracción para estas frecuencias haga curvarse hacia el suelo una onda que se habría perdido en el espacio. Son entonces posibles las conexiones con algunos centenares de kilómetros

    5.5 Ondas decimétricas e hiperfrecuencias

    Mientras más aumenta su frecuencia, el comportamiento de esta onda se asemeja al de un rayo luminoso. Los haces hertzianos permiten conexiones a la vista, como el Telégrafo de Casquillo, pero por todo el tiempo y con producciones de información de los mil millones de vez más elevado. Ningún obstáculo de tamaño superior a algunos decímetros debe encontrarse sobre el trayecto del haz. Estas ondas se reflejan fácilmente sobre obstáculos de algunos metros de dimensión; este fenómeno es explotado por los radares, incluidos los utilizados en los bordes de las carreteras. Y gracias a los reflejos sobre los edificios es posible utilizar un teléfono portátil sin estar en vista directa con la antena de enlace, pero las interferencias entre ondas reflejadas dificulta la comunicación, obligando al usuario a cambiar de lugar o a desplazarse simplemente de algunos metros. Sobre 10 GHz con una potencia de algunos vatios y antenas parabólicas de menos de un metro de diámetro, es posible efectuar conexiones a varios centenares de kilómetros de distancia sirviéndose una elevada montaña como reflector. Arriba de 10 gigahertz, el fenómeno de difusión puede manifestarse sobre nubes de lluvia, permitiendo a la onda alcanzar lugares situados más allá del horizonte óptico

    6. Previsiones de propagación

    El nivel de la señal emitida por una estación de emisión (emisora y antena) en un punto del espacio (o de la superficie de la Tierra ) puede calcularse con una buena precisión si se conocen los principales factores que determinan la transmisión. Como ejemplo tomemos dos casos: conexión en vista directa en 100MHz y conexión a gran distancia en 10MHz que utiliza una reflexión sobre la capa E. No efectuaremos obviamente aquí los cálculos.

    Conexión directa sobre 100MHz

    Se conoce:

    Ø La potencia de salida del emisor;

    Ø El diagrama de radiación de la antena de emisión y en particular la ganancia de ésta en la dirección que nos interesa y su altura con relación al suelo;

    Ø El perfil del terreno entre la estación de emisión y el punto de recepción, teniendo en cuenta la redondez de la Tierra ;

    Ø La distancia entre emisora y no de recepción;

    Los programas informáticos más o menos sofisticados permiten hacer rápidamente esta clase de cálculo que puede eventualmente tener en cuenta la conductividad del suelo, las posibilidades de reflexión, etc. Si se añaden las características de la estación de recepción (antena + receptor), se podrá entonces calcular el balance de la conexión, que dará la diferencia de nivel entre la señal útil y el ruido radioeléctrico.

    7. Propagación guiada

    Para transportar la energía de alta frecuencia de un punto en otro, no se utiliza un añadido eléctrico ordinario sino una línea de transmisión con las características apropiadas. Esta línea está formada por dos conductores eléctricos paralelos separados por un dieléctrico, muy buen aislante a las frecuencias utilizadas (aire,Teflon polietileno...). Si uno de los conductores esta rodeado por otro, hablamos entonces de línea coaxial.

    7.1 Ejemplos de líneas de transmisión

    Ø Del emisor a la antena se utilizará un cable coaxial que podrá soportar tensiones de varios centenares o millares de voltios sin distensión eléctrica.

    Ø Entre la antena parabólica y el receptor de televisión por satélite las señales de baja amplitud serán transportadas por un cable coaxial que presentará escasas pérdidas a muy alta frecuencia.

    Ø La antena de un radar utilizado para el control aéreo se conecta a los equipos de detección con ayuda de una guía de onda, sale de tubo metálico dentro del cual se desplaza la onda.

    Ø Sobre ondas cortas los radioaficionados utilizan a veces líneas de dos hilos para alimentar su antena.

    Ø Los circuitos selectivos utilizados en los aparatos que funcionan a muy alta frecuencia (superior a 300 MHz) son muy a menudo líneas.

    7.2 Formación de una onda en una línea

    Un generador conectado a cargo con ayuda de una línea va a causar en cada uno de los dos conductores de la línea la formación de una corriente eléctrica y la formación de una onda que se desplaza en el dieléctrico a una velocidad muy grande. Esta velocidad es inferior a la velocidad de la luz pero sobrepasa frecuentemente 200,000 km/s, lo que implica que, para una frecuencia dada, la longitud de la onda en la línea es más pequeña que en el espacio (longitud de onda = velocidad en el medio/frecuencia)

    7.3 Ondas progresivas

    Cuando la línea se adapta perfectamente al generador y a la carga, la condición se cumple cuando la impedancia de salida del primero y la impedancia de entrada del segundo son iguales a la impedancia característica de la línea, este último es recorrido solamente por ondas progresivas. En este caso ideal la diferencia de potencial entre los conductores y la corriente que circula en éstos tienen el mismo valor cualquiera que sea el lugar donde la medida se efectúa en la línea. Tal línea no irradia, el campo electromagnético producido por la onda progresiva no es perceptible a alguna distancia de la línea.

    7.4 Ondas estacionarias

    Si la condición mencionada anteriormente no se cumple, si la impedancia de la carga es diferente de la impedancia característica de la línea, la línea va entonces a ser el sitio de ondas estacionarias. La tensión medible entre los dos hilos no será ya constante sobre toda la longitud de la línea y van a aparecer:

    Ø máximos de tensión aún llamados vientres de tensión correspondientes a nudos de corriente

    Ø de los mínimos de tensión o nudos de tensión asociados a máximos de corriente (vientres de corriente).

    Ø Este tipo de funcionamiento generalmente se teme si el tipo de ondas estacionarias es elevado. Las sobretensiones que corresponden a los vientres de tensión pueden dañar la emisora, o incluso la línea. Las pérdidas en la línea son elevadas.

    7.5 Pérdidas en la línea

    La resistencia eléctrica (no nula) de los conductores que constituyen la línea y el aislamiento (no infinito) del dieléctrico, causan un debilitamiento de la amplitud de la onda progresiva recorriendo la línea.

    Estas pérdidas tienen un doble inconveniente:

    Ø debilitamiento de la señal recibida y disminución de la sensibilidad del sistema de recepción.

    Ø reducción de la potencia transmitida a la antena por el emisor.

    Las pérdidas en línea se expresan en dB/m (decibel/metro de longitud) y dependen de numerosos factores:

    Ø naturaleza del dieléctrico (materia, forma...)

    Ø tipo de línea (de dos hilos, bifilar o coaxial)

    Ø frecuencia de trabajo

    Ejemplo: un cable coaxial muy común (Ref. RG58A) de una longitud de 30 metros presenta 6dB de pérdidas a 130MHz. Si se aplica una potencia de 100 vatios a la entrada de esta línea se encontrarán 25 vatios a su salida En 6MHz la pérdida solo es de 1 decibel.

  • hace 4 años

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  • hace 5 años

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  • hace 6 años

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