LEY DE FARADAY

La ley de inducción electromagnética de Faraday (o simplemente ley de Faraday) establece que el voltaje inducido en un circuito cerrado es directamente proporcional a la rapidez con que cambia en el tiempo el flujo magnético que atraviesa una superficie cualquiera con el circuito como borde:2

(*)

Donde   es el campo eléctrico,   es el elemento infinitesimal del contorno C,   es la densidad de campo magnético y S es una superficie arbitraria, cuyo borde es C. Las

direcciones del contorno C y de   están dadas por la regla de la mano derecha.Esta ley fue formulada a partir de los experimentos que Michael Faraday realizó en 1831. Esta ley tiene importantes aplicaciones en la generación de electricidad.

Formas alternativas

Nótese que la fórmula (*) permite intercambiar el orden de la integral de superficie y la derivada temporal siempre y cuando la superficie de integración no cambie con el tiempo. Por medio del teorema de Stokes puede obtenerse una forma diferencial de esta ley:

Ésta es una de las ecuaciones de Maxwell, las cuales conforman las ecuaciones fundamentales del electromagnetismo. La ley de Faraday, junto con las otras leyes del electromagnetismo, fue incorporada en las ecuaciones de Maxwell, unificando así al electromagnetismo.En el caso de un inductor con N vueltas de alambre, la fórmula anterior se transforma en:

Donde Vε es el voltaje inducido y dΦ/dt es la tasa de variación temporal del flujo magnético Φ. El sentido del voltaje inducido (el signo negativo en la fórmula) se debe a la ley de Lenz.

Significado físico

La ley de Lenz plantea que las tensiones inducidas serán de un sentido tal que se opongan a la variación del flujo magnético que las produjo. Esta ley es una consecuencia del principio de conservación de la energía.La polaridad de una tensión inducida es tal, que tiende a producir una corriente, cuyo campo magnético se opone siempre a las variaciones del campo existente producido por la corriente original.El flujo de un campo magnético uniforme a través de un circuito plano viene dado por un campo magnético generado en una tensión disponible con una circunstancia totalmente proporcional al nivel de corriente y al nivel de amperios disponible en el campo eléctrico.Cuando un voltaje es generado por una batería, o por la fuerza magnética de acuerdo con la ley de Faraday, este voltaje generado, se llama tradicionalmente «fuerza electromotriz» o fem. La fem representa energía por unidad de carga (voltaje), generada por un mecanismo y disponible para su uso. Estos voltajes generados son los cambios de voltaje

que ocurren en un circuito, como resultado de una disipación de energía, como por ejemplo en una resistencia.

Ley de Lenz

Cuando se genera una fem por cambio en el flujo magnético, de acuerdo con la ley de Faraday, la polaridad de la fem inducida es tal que produce una corriente cuyo campo magnético, se opone al cambio que lo produjo. El campo magnético inducido en el interior de cualquier bucle de cable, siempre actúa para mantener constante el flujo magnético del bucle. En el ejemplo de abajo, si el campo B aumenta, el campo inducido actúa en oposición. Si está disminuyendo, el campo magnético actúa en la dirección del campo aplicado, para tratar de mantenerlo constante.

Imán y Bobina

Cuando se mueve un imán dentro de una bobina de cable, cambiando el campo magnético y el flujo magnético a través de la bobina, se generará un voltaje en la bobina de acuerdo con la ley de Faraday. En el ejemplo que se muestra abajo, cuando el imán se mueve hacia el interior de la bobina, el galvanómetro se desvía a la izquierda en respuesta al aumento del campo magnético. Cuando el imán se empuja hacia afuera, el galvanómetro se desvía hacia la derecha, en respuesta a la disminución del campo. La polaridad de la fem inducida es tal que esta produce una corriente cuyo campo magnético se opone al cambio que lo produjo. El campo magnético inducido en el interior de cualquier bucle de cable, siempre actúa para mantener el flujo magnético del bucle constante. Este comportamiento inherente de los campos magnéticos generados, se sumariza en la ley de Lenz.

Ejemplo de Bobina de ACEl campo magnético producido por una corriente alterna (AC), sobre el núcleo de la bobina de hierro, alterna 60 veces por segundo. El campo magnético cambiante, induce un voltaje en la bobina donde está conectada la lamparita, que la hace encenderse si está suficientemente cerca.

A la bobina se le aplica 120 voltios a 60 Hz. Como tiene un núcleo de hierro, se produce un gran campo magnético alterno.

Cuando se esta acercando suficientemente la lamparita, se está demostrando la acción del transformador, el cual usa el campo magnético cambiante producido por la corriente sobre una bobina, para inducir un voltaje sobre una segunda bobina. Esto es un ejemplo de la ley de Faraday.

Ley de Faraday y Autoencendido

¿Cómo se obtiene 40.000 voltios a través de una bujía en un automóvil, cuando se tiene tan sólo 12 voltios DC para empezar? La tarea esencial de crear la chispa en las bujías para encender la mezcla aire-gasolina, se lleva a cabo mediante un proceso que emplea la ley de Faraday.

Se enrolla el devanado (bobina) primario de la bobina de encendido con un pequeño número de vueltas y tiene por tanto una resistencia pequeña. La aplicación del voltaje de

la batería a la bobina, provoca un considerable flujo de corriente DC. La bobina secundaria tiene un número mucho mayor de vueltas y por lo tanto actúa como un transformador elevador. Pero en lugar de operar con voltajes de corriente alterna, la bobina está diseñada para producir un gran pico de tensión cuando se interrumpe la corriente en la bobina primaria. Como el voltaje inducido en el secundario es proporcional a la velocidad de cambio del flujo magnético a su través, la apertura rápida del circuito primario para interrumpir la corriente a cero, generará un elevado voltaje en la bobina secundaria de acuerdo con la ley de Faraday. El elevado voltaje origina la chispa que salta entre los electrodos de la bujía para prender la mezcla de combustible. Durante muchos años, la interrupción de la corriente del primario se realizaba mecánicamente, abriendo un contacto llamado "platinos", en una secuencia sincronizada para enviar pulsos de alto voltaje hacia las bujías, a través de un interruptor rotatorio llamado "distribuidor". Una de las desventajas de este proceso, era que la interrupción de la corriente en la bobina primaria, generaba un retro-voltaje inductivo en esa bobina, que tendía a provocar chispas entre los contactos de los platinos. El sistema se mejoró con la incorporación de un gran condensador entre los contactos, de modo que el aumento del voltaje tendiera a cargar el condensador, en vez de originar chispas destructivas entre los contactos. A este elemento se le llamaba el "condensador"..Para interrumpir la corriente en el primario, los sistemas de encendido mas modernos, usan un interruptor a transistor en lugar de los platinos.

Los interruptores a transistor se fabrican compactados en un Modulo de Control de Encendido de estado sólido. Los diseños modernos de bobinas producen pulsos de voltaje de hasta la cercanía de los 40.000 voltios, a partir de la alimentación de los 12 voltios suministrado por la batería.

Diagrama de Bobina con mas Anotaciones

Algunos motores modernos, tienen bobinas de encendido múltiples, montadas directamente sobre las bujías. En vez de simples pulsos de voltaje, bajo determinadas condiciones del

motor, pueden producir tres pulsos de voltaje. Esta disposición de bobina que se muestra es sobre un motor Dodge.

ECUACIONES DE MAXWELL

Las ecuaciones de Maxwell son un conjunto de cuatro ecuaciones (originalmente 20 ecuaciones) que describen por completo los fenómenos electromagnéticos. La gran contribución de James Clerk Maxwell fue reunir en estas ecuaciones largos años de resultados experimentales, debidos a Coulomb, Gauss, Ampere, Faraday y otros, introduciendo los conceptos de campo y corriente de desplazamiento, y unificando los campos eléctricos y magnéticos en un solo concepto: el campo electromagnético.

Detalle de las ecuaciones

Las ecuaciones de Maxwell como ahora las conocemos son las cuatro citadas anteriormente y a manera de resumen se pueden encontrar en la siguiente tabla:

Nombre Forma diferencial Forma integral

Ley de Gauss:

Ley de Gauss para el campo magnético:

Ley de Faraday:

Ley de Ampèregeneralizada:

Estas cuatro ecuaciones junto con la fuerza de Lorentz son las que explican cualquier tipo de fenómeno electromagnético. Una fortaleza de las ecuaciones de Maxwell es que permanecen invariantes en cualquier sistema de unidades, salvo de pequeñas excepciones, y que son compatibles con la relatividad especial y general. Además

Maxwell descubrió que la cantidad  era simplemente la velocidad de la luz en el vacío, por lo que la luz es una forma de radiación electromagnética. Los valores aceptados actualmente para la velocidad de la luz, la permitividad y la permeabilidad magnética se resumen en la siguiente tabla:

Símbolo

Nombre

Valor numérico

Unidad de medida SI

Tipo

Velocidad de la luz en el vacío

metros por segundo

definido

Permitividad

faradios por metro

derivado

Permeabilidad magnética

henrios por metro

definido

Potencial escalar y potencial vector

Como consecuencia matemática de las ecuaciones de Maxwell y además con el objetivo de simplificar sus cálculos se han introducido los conceptos de potencial vector ( ) y potencial escalar ( ). Este potencial vector no es único y no tiene significado físico claro

pero se sabe que un elemento infinitesimal de corriente da lugar a una contribución   paralela a la corriente.14 Este potencial se obtiene como consecuencia de la ley de Gauss para el flujo magnético, ya que se conoce que si la divergencia de un vector es cero, ese vector como consecuencia define a un rotacional, así:15

A partir de este potencial vector y de la ley de Faraday puede definirse un potencial escalar así:

donde el signo menos (-) es por convención. Estos potenciales son importantes porque poseen una simetría gauge que nos da cierta libertad a la hora de escogerlos.13 El campo eléctrico en función de los potenciales:

Hallamos que con la introducción de estas cantidades las ecuaciones de Maxwell quedan reducidas solo a dos, puesto que, la ley de Gauss para el campo magnético y la ley de Faraday quedan satisfechas por definición. Así la ley de Gauss para el campo eléctrico escrita en términos de los potenciales:

y la ley de ampère generalizada

Nótese que se ha pasado de un conjunto de cuatro ecuaciones diferenciales parciales de primer orden a solo dos ecuaciones diferenciales parciales pero de segundo orden. Sin embargo, estas ecuaciones se pueden simplificar con ayuda de una adecuada elección del gauge.

Consecuencias físicas de las ecuaciones

Principio de conservación de la carga.

Las ecuaciones de Maxwell llevan implícitas el principio de conservación de la carga. El principio afirma que la carga eléctrica no se crea ni se destruye, ni global ni localmente, sino que únicamente se transfiere; y que si en una superficie cerrada está disminuyendo la carga contenida en su interior, debe haber un flujo de corriente neto hacia el exterior del

sistema. Es decir la densidad de carga   y la densidad de corriente   satisfacen una ecuación de continuidad.A partir de la forma diferencial de la ley de Ampère se tiene:

que al reemplazar la ley de Gauss y tomar en cuenta que   (para cualquier vector  ), se obtiene:

o bien en forma integral: 

ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS

Una onda electromagnética es la forma de propagación de la radiación electromagnética a través del espacio. Y sus aspectos teóricos están relacionados con la solución en forma de onda que admiten las ecuaciones de Maxwell. A diferencia de las ondas mecánicas, las ondas electromagnéticas no necesitan de un medio material para propagarse; es decir, pueden desplazarse por el vacío.Las ondas luminosas son ondas electromagnéticas cuya frecuencia está dentro del rango de la luz visible.Quizá el mayor logro teórico de la física en el siglo XIX fue el descubrimiento de las ondas electromagnéticas. El primer indicio fue la relación imprevista entre los fenómenos eléctricos y la velocidad de la luz.En la naturaleza, las fuerzas eléctricas se originan de dos formas. Primero está la atracción o la repulsión eléctricas entre las cargas eléctricas (+) y (-). Es posible definir una unidad de carga eléctrica como la carga que repele a otra carga similar a la distancia de, podemos decir, 1 metro con la fuerza de la unidad de fuerza utilizada (las fórmulas usuales lo definen con más precisión).

Son aquellas ondas que no necesitan un medio material para propagarse. Incluyen, entre otras, la luz visible y las ondas de radio, televisión y telefonía.Todas se propagan en el vacío a una velocidad constante, muy alta (300 0000 km/s) pero no infinita. Gracias a ello podemos observar la luz emitida por una estrella lejana hace tanto tiempo que quizás esa estrella haya desaparecido ya. O enterarnos de un suceso que ocurre a miles de kilómetros prácticamente en el instante de producirse.

Las ondas electromagnéticas se propagan mediante una oscilación de campos eléctricos y magnéticos. Los campos electromagnéticos al "excitar" los electrones de nuestra retina, nos comunican con el exterior y permiten que nuestro cerebro "construya" el escenario del mundo en que estamos. Las O.E.M. son también soporte de las telecomunicaciones y el funcionamiento complejo del mundo actual.

ORIGEN Y FORMACIÓN

Las cargas eléctricas al ser aceleradas originan ondas electromagnéticas

El campo E originado por la carga acelerada depende de la distancia a la carga, la aceleración de la carga y del seno del ángulo que forma la dirección de aceleración de la carga y al dirección al punto en que medimos el campo( sen q).Un campo electrico variable engendra un campo magnético variable y este a su vez uno electrico, de esta forma las o. e.m. se propagan en el vacio sin soporte material

CARACTERÍSTICAS de LA RADIACIÓN E.M.

Los campos producidos por las cargas en movimiento puden abandonar las fuentes y viajar a través del espacio ( en el vacio) creándose y recreándose mutuamente. Lo explica la tercera y cuarta ley de Maxwell.

Las radiaciones electromagnéticas se propagan en el vacio a la velocidad de la luz "c". Y justo el valor de la velocidad de la luz se deduce de las ecuaciones de Maxwell, se halla a partir de dos constantes del medio en que se propaga para las ondas electricas y magnética

Los campos electricos y magnéticos son perpendiculares entre si ( y perpendiculares a la dirección de propagación) y estan en fase: alcanzan sus valores máximos y mínimos al mismo tiempo y su relación en todo momento está dada por E=c· B

El campo eléctrico procedente de un dipolo está contenido en el plano formado por el eje del dipolo y la dirección de propagación. El enunciado anterior también se cumple si sustituimos el eje del dipolo por la dirección de movimiento de una carga acelerada

Las ondas electromagnéticas son todas semejantes ( independientemente de como se formen) y sólo se diferencian e n su longitud de onda y frecuencia. La luz es una onda electromagnética

Las ondas electromagnéticas transmiten energía incluso en el vacio. Lo que vibra a su paso son los campos eléctricos y magnéticos que crean a propagarse. La vibracion puede ser captada y esa energía absorberse.

Las intensidad instantánea que posee una onda electromagnética, es decir, la energía que por unidad de tiempo atraviesa la unidad de superficie, colocada perpendicularmente a la direción de propagación es: I=c· eoE2. La intensidad media que se propaga es justo la mitad de la expresión anterior.

La intensidad de la onda electromagnética al espandirse en el espacio disminuuye con el cuadrado de la distancia y como "I "es proporcional a E2 y por tanto a sen2Q . Por lo tanto existen direcciones preferenciales de propagación.

MEDIOS DE TRANSMISION GUIADOS Y ANTENAS

Dependiendo de la forma de conducir la señal a través del medio, los medios de transmisión se pueden clasificar en dos grandes grupos: medios de transmisión guiados y medios de transmisión no guiados. Según el sentido de la transmisión podemos encontrarnos con tres tipos diferentes: simplex, half-duplex y full-duplex. También los medios de transmisión se caracterizan por utilizarse en rangos de frecuencia de trabajo diferentes.

Medios de transmisión guiados

Los de transmisión guiados están constituidos por un cable que se encarga de la conducción (o guiado) de las señales desde un extremo al otro. Las principales características de los medios guiados son el tipo de conductor utilizado, la velocidad máxima de transmisión, las distancias máximas que puede ofrecer entre repetidores, la inmunidad frente a interferencias electromagnéticas, la facilidad de instalación y la capacidad de soportar diferentes tecnologías de nivel de enlace.La velocidad de transmisión depende directamente de la distancia entre los terminales, y de si el medio se utiliza para realizar un enlace punto a punto o un enlace multipunto. Debido a esto los diferentes medios de transmisión tendrán diferentes velocidades de conexión que se adaptarán a utilizaciones dispares.Dentro de los medios de transmisión guiados, los más utilizados en el campo de las comunicaciones y la interconexión de ordenadores son:

El par trenzado: consiste en un par de hilos de cobre conductores cruzados entre sí, con el objetivo de reducir el ruido de diafonía. A mayor número de cruces por unidad de longitud, mejor comportamiento ante el problema de diafonía. Existen dos tipos de par trenzado:

Protegido: Shielded Twisted Pair (STP)

No protegido: Unshielded Twisted Pair (UTP): es un cable de pares trenzado y sin recubrimiento metálico externo, de modo que es sensible a las interferencias. Es importante guardar la numeración de los pares, ya que de lo contrario el efecto del trenzado no será eficaz, disminuyendo sensiblemente o incluso impidiendo la capacidad de transmisión. Es un cable barato, flexible y sencillo de instalar. Las aplicaciones principales en las que se hace uso de cables de par trenzado son:

Bucle de abonado: es el último tramo de cable existente entre el teléfono de un abonado y la central a la que se encuentra

conectado. Este cable suele ser UTP Cat.3 y en la actualidad es uno de los medios más utilizados para transporte debanda ancha, debido a que es una infraestructura que esta implantada en el 100% de las ciudades.

Redes LAN: en este caso se emplea UTP Cat.5 o Cat.6 para transmisión de datos, consiguiendo velocidades de varios centenares de Mbps. Un ejemplo de este uso lo constituyen las redes 10/100/1000BASE-T.

El cable coaxial: se compone de un hilo conductor, llamado núcleo, y un mallazo externo separados por un dieléctrico o aislante.

La fibra óptica.

Medios de transmisión no guiados

En este tipo de medios tanto la transmisión como la recepción de información se lleva a cabo mediante antenas. A la hora de transmitir, la antena irradia energía electromagnética en el medio. Por el contrario, en la recepción la antena capta las ondas electromagnéticas del medio que la rodea.La configuración para las transmisiones no guiadas puede ser direccional y omnidireccional. En la direccional, la antena transmisora emite la energía electromagnética concentrándola en un haz, por lo que las antenas emisora y receptora deben estar alineadas. En la omnidireccional, la radiación se hace de manera dispersa, emitiendo en todas direcciones, pudiendo la señal ser recibida por varias antenas. Generalmente, cuanto mayor es la frecuencia de la señal transmitida es más factible confinar la energía en un haz direccional.La transmisión de datos a través de medios no guiados añade problemas adicionales, provocados por la reflexión que sufre la señal en los distintos obstáculos existentes en el medio. Resultando más importante el espectro de frecuencias de la señal transmitida que el propio medio de transmisión en sí mismo.Según el rango de frecuencias de trabajo, las transmisiones no guiadas se pueden clasificar en tres tipos: radio, microondas y luz (infrarrojos/láser).

Medio de transmisión según su sentido

Simplex

Este modo de transmisión permite que la información discurra en un solo sentido y de forma permanente. Con esta fórmula es difícil la corrección de errores causados por deficiencias de línea (por ejemplo, la señal de TV).

Half-duplex

En este modo la transmisión fluye en los dos sentidos, pero no simultánemnete, solo una de las dos estaciones del enlace punto a punto puede transmitir. Este método también se denomina en dos sentidos alternos (p. ej., el walkie-talkie).

Full-duplex

Es el método de comunicación más aconsejable puesto que en todo momento la comunicación puede ser en dos sentidos posibles, es decir, que las dos estaciones simultáneamente pueden enviar y recibir datos y así pueden corregir los errores de manera instantánea y permanente.

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.

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.

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:

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

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.

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.

Polarización

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 el sentido opuesto.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.

En donde: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.

RADIOPROPAGACIÓN

Propagación de radio es el comportamiento de las ondas de radio cuando se transmite o propaga de un punto sobre la Tierra a otro, o en varias partes de la atmósfera. Como una forma de radiación electromagnética, como las ondas de luz, ondas de radio se ven afectados por los fenómenos de la reflexión, la refracción, la difracción, la absorción , la polarización y la dispersión . Propagación de radio se ve afectada por los cambios diarios de vapor de agua en la troposfera y la ionización en la atmósfera superior, debido a la dom. Comprender los efectos de diferentes condiciones de propagación de radio tiene muchas aplicaciones prácticas, desde la elección de las frecuencias para el transporte internacional de onda corta los organismos de radiodifusión, para el diseño fiables de telefonía móvil de sistemas, de radioayudas para la navegación, a la operación del radar de sistemas. Propagación de radio también se ve afectada por varios otros factores determinados por su trayectoria de punto a punto. Esta ruta puede ser una directa línea de visión ruta de acceso o un over-the- horizonte de ruta con la ayuda de la refracción en la ionosfera, que es una región comprendida entre aproximadamente 60 y 600 km. Factores que influyen en la propagación ionosférica señal de radio puede incluir esporádica-E, la propagación-F, las erupciones solares, las tormentas geomagnéticas, la capa de la ionosfera se inclina, y eventos solares de protones . Las ondas de radio a diferentes frecuencias se propagan en diferentes maneras. En supletorias bajas frecuencias (ELF) y frecuencias muy bajas, la longitud de onda es mucho mayor que la separación entre la superficie de la tierra y la capa D de la ionosfera, las ondas electromagnéticas así puede propagar en esta región como una guía de ondas. De hecho, para frecuencias inferiores a 20 kHz, la onda se propaga como un modo de guía de onda única con un campo magnético horizontal y vertical de campo eléctrico. La interacción de las ondas de radio con las regiones ionizadas de la atmósfera hace que la propagación de radio más complejo para predecir y analizar que en el espacio libre. La propagación ionosférica de radio tiene una fuerte conexión con el clima espacial. Una brusca perturbación ionosférica o el desvanecimiento de onda corta se observa cuando los rayos X asociados a una llamarada solar ioniza la ionosfera D-región ionización mejorado en esa región aumenta la absorción de señales de radio que pasan a través de él. Durante

más fuertes los rayos X solares de las erupciones, la absorción completa de la práctica totalidad ionospherically propagan las señales de radio en el hemisferio iluminado por el sol pueden ocurrir. Estas erupciones solares pueden interrumpir el radio de alta frecuencia y afectan a la propagación de GPS de precisión. Las predicciones de las condiciones de propagación promedio era necesario e hizo durante la Segunda guerra mundial. Un código más detallado desarrollado por Karl Rawer se aplicó en el alemán Wehrmacht , y después de la guerra por la Marina francesa. Dado que la propagación de radio no es totalmente predecible, los servicios tales como transmisores de localización, en el vuelo de comunicación con el océano de cruce de aeronaves, y algunos de televisión de radiodifusión se han trasladado a los satélites de comunicaciones. Un enlace por satélite, aunque costoso, puede ofrecer la línea más previsible y estable de la cobertura de la vista de un área determinada.

La transmisión de las ondas

Cualquier transmisión tanto de radio como de televisión se hace a través de las denominadas Ondas electromagnéticas. Este tipo de ondas se caracterizan porque están formadas, como su nombre indica por la conjunción de un campo eléctrico y otro magnético. La unión de estos campos es la que permite que este tipo de ondas se pueda transmitir por el espacio. Este tipo de ondas se propaga por el espacio (independientemente de cuál sea su frecuencia) a la velocidad de la luz; a la particularidad que tiene este tipo de ondas de viajar por el espacio es a lo que se le denomina técnicamente como propagación de las ondas electromagnéticas.Una onda electromagnética se define con tres parámetros: a. La frecuencia: nos define el número de ondas que se transmiten en un segundo. b. La velocidad: que como decíamos es siempre la misma ya que es independiente de la frecuencia. Esta velocidad es igual a la velocidad de la luz (300.000 kilómetros por segundo). c. La longitud de onda: que es el resultado de dividir la velocidad de propagación (la velocidad de la luz) por la frecuencia. El resultado viene expresado en metros.La siguiente tabla muestra la clasificación de las ondas electromagnéticas a tenor de los tres parámetros antes enunciados: Longitud de onda Frecuencia

SiglasValores Denominación Valores Denominación100km => 10km ondas miriamétricas 3 khz => 30 khz frecuencias muy

bajas V.L.F.

10 km => 1 km ondas kilométricas 30 khz => 300 khz Frecuencias bajas L.F.1000 m => 100 m ondas hectométricas 300 Khz => 3000

Khz Frecuencias medias M.F.

100 m => 10 m ondas decamétricas 3 Mhz => 30 Mhz Frecuencias altas H.F.

10 m => 1 m ondas métricas 30 Mhz => 300 Mhz

Frecuencias muy elevadas V.H.F.

100 cm => 10 cm Ondas decimétricas 300 Mhz => 3000

MhzFrecuencias ultra-elevadas U.H.F

10 cm => 1 cm Ondas centimétricas 3000 Mhz => 30000 Mhz

Frecuencias super-elevadas S.H.F.

La transmisión de las ondas: principios

Una onda electromagnética la podemos crear y transmitir, luego, con los aparatos adecuados, la podemos recibir y utilizar. Para poner una onda electromagnética en el espacio necesitamos una serie de elementos: vamos a poner como ejemplo una emisora de radio (pero sería aplicable a cualquier otro tipo de emisión), en este caso lo que queremos transmitir es la voz; nuestra voz, al estar delante del micrófono, se convierte en corrientes eléctricas que un emisor se encarga de convertir en corrientes de Radio Frecuencia (R.F.), estas corrientes se aplican a una antena de emisión (que es la encargada de convertir las corrientes del emisor en ondas electromagnéticas).Estas ondas viajan por el espacio, si dentro del alcance de estas ondas ponemos un receptor, la antena de este receptor se encarga de convertir esas ondas electromagnéticas en débiles corrientes eléctricas; estas corrientes el receptor las amplifica y las trata de forma conveniente para que sean capaces de excitar el altavoz.El transmisor mas sencillo que podemos construir se basaría en un circuito electrónico llamado oscilador, que en este caso debería oscilar dentro de la gama de las R.F.; esa R.F., aplicada a una antena, generaría ondas electromagnéticas que se propagarían por el espacio. Pero este sencillo transmisor no nos serviría de mucho porque el receptor (dependiendo del tipo de receptor que elijamos) o bien nos emite un pitido constante o bien no emite ningún tipo de sonido. Vamos a poner por caso que yo, de alguna manera, hago que la señal de R.F. se corte durante unos instantes, a la antena llegarán trenes de pulsos de R.F. que serán irradiados.

Si yo tengo un receptor de los que emiten un pitido, cuando está presente la señal de R.F., conseguiré "oir" las pulsaciones que alguien haga en el manipulador de mi emisora; estamos en el principio de la transmisión Morse por lo que puedo transmitir mensajes.Esta sencilla emisora Morse que acabo de diseñar es muy probable que no me llegase a funcionar porque: por un lado, al conectar el oscilador directamente a la antena, la potencia de salida sería muy pequeña y la potencia de salida va a estar ligada íntimamente al alcance de la emisora: a mas potencia mas alcance; por otro lado la antena absorbe una potencia un poco grande lo que hará que el oscilador se esté corriendo continuamente de frecuencia.Para salvar estos inconvenientes, entre el oscilador y la antena, se colocan una serie de amplificadores, especiales para estos casos, que se llaman amplificadores de R.F. A cada amplificador de R.F. se le denomina etapa, un emisor tendrá tantas etapas como sean necesarias para dar su potencia de salida. A la primera etapa, la que va inmediatamente detrás del oscilador, se le denomina amplificador separador o buffer; a las etapas que siguen la buffer se le va denominando consecutivamente primera etapa de potencia, segunda etapa de potencia, etc. Al amplificador final, el que va conectado a la antena, se le denomina amplificador (o etapa) final de potencia.Una onda electromagnética la podemos crear y transmitir, luego, con los aparatos adecuados, la podemos recibir y utilizar. Para poner una onda electromagnética en el espacio necesitamos una serie de elementos: vamos a poner como ejemplo una emisora de radio (pero sería aplicable a cualquier otro tipo de emisión), en este caso lo que queremos transmitir es la voz; nuestra voz, al estar delante del micrófono, se convierte en corrientes eléctricas que un emisor se encarga de convertir en corrientes de Radio Frecuencia (R.F.), estas corrientes se aplican a una antena de emisión (que es la encargada de convertir las corrientes del emisor en ondas electromagnéticas).

La manipulación de las ondas de R.F.

En el ejemplo propuesto anteriormente del transmisor Morse, nos debe quedar claro que la onda del oscilador en sí no nos transmitiría nada; cuando manipulamos esa onda es cuando conseguimos que se transmita información. A la onda que genera el oscilador y que nos sirve para llevar la información es a lo que se denomina onda portadora.Decíamos antes que si pusiésemos solo la onda portadora en la antena, en los receptores podía ocurrir o que no se escuchase nada o que se oyese un pitido (dependiendo del tipo de receptor).

Esto se produce porque en el receptor otro oscilador está trabajando a la misma frecuencia que el oscilador del transmisor, a esta adecuación de frecuencias es a lo que se le conoce como sintonización del receptor. Cuando se produce la sintonización, ambos osciladores están en la misma frecuencia, en el receptor una de las etapas amplificadoras se va a encargar te tratar la onda portadora, bien anulándola (caso del receptor con sonido nulo), bien amplificando solo la portadora que está sintonizada y anulando el resto de las que llegan a la antena (receptor con el pitido).

El transmisor que nos ha servido de ejemplo sería el típico transmisor de onda continua, la manipulación sobre la portadora se hace poniendo en antena trozos mas o menos grandes de esta portadora. Este tipo de transmisión se suele utilizar en comunicaciones a largas distancias.

Una variante de este tipo de transmisión es la transmisión por onda continua modulada, empleada principalmente en comunicaciones de emergencia; la única diferencia entre los dos estriba en que en este último tipo se utilizan dos osciladores: el de R.F., que genera la portadora, y el de Audio Frecuencia (A.F.). Las señales de los osciladores, en este tipo de transmisores se mezclan de forma que la señal de A.F. se monta sobre la señal de R.F. (modulación).

Lo que se transmite son trozos de portadora convenientemente modulada. En el dibujo se la izquierda se ha intentado representar la señal que tendríamos en la etapa final de R.F., donde observaríamos "trozos de portadora (convenientemente modulada) y espacios de silencio o ausencia de portadora

Para la transmisión del sonido y la imagen se utilizan dos métodos : la transmisión por modulación de amplitud y la transmisión por modulación de frecuencia. La transmisión por modulación de amplitud no difiere de la transmisión por onda continua modulada, en este

caso el oscilador de A.F. se sustituye por los sonidos de este tipo recogidos por un micrófono, un dispositivo de música, una cámara, etc.La señal captada por estos dispositivos se amplifica convenientemente y se utilizar para modular la portadora; si enganchásemos un osciloscopio en la etapa final de R.F. veríamos una señal parecida a la de la derecha, En este caso, en la transmisión, siempre tenemos portadora, cuando el micrófono capte un sonido, la portadora se modulará (tramos mas estrechos) y en los silencios la portadora se transmitirá con toda su amplitud.

La transmisión por modulación de frecuencia consiste en modular la portadora de forma que la señal de entrada le haga aumentar o disminuir su frecuencia (no su amplitud como en el caso anterior). En este caso, también, la portadora se está irradiando continuamente por la antena: en los silencios la portadora saldrá con la frecuencia del oscilador , cuando el dispositivo de sonido o imagen capte una señal, ésta modulará la portadora haciéndole variar su frecuencia.Un osciloscopio colocado en la etapa final de R.F. vería "acortamientos y estiramientos continuos" de la portadora.(EN este gráfico, el tramo azul, sí forma parte de la señal, se ha representado así para resaltar la modulación).

Zona de Fresnel

Tanto en óptica como en comunicaciones por radio o inalámbricas, la zona de Fresnel es una zona de despeje adicional que hay que tener en consideración además de haber una visibilidad directa entre las dos antenas.

r = radio en metros (m).d = distancia en kilómetros (km).f = frecuencia transmitida en megahercios (MHz).

La fórmula genérica de cálculo de las zonas de Fresnel es:

Donde:rn = radio de la enésima zona de Fresnel.d1 = distancia desde el transmisor al objeto en km.d2 = distancia desde el objeto al receptor en km.d = distancia total del enlace en km.f = frecuencia en MHz.

PROPAGACIÓN TERRESTRE

Ondas aéreas

Son aquellas que parten de la antena del emisor y llegan hasta la antena del receptor a través del propio aire pero sin llegar a la ionosfera.  Según su trayectoria pueden ser: Ondas directas, reflejadas y otras influenciadas por ciertos efectos como son por refracción troposférica o por difracción.

 Onda directa

Tocar terreno ni ionosfera. La atenuación es mínima, siendo únicamente la que se produce por el espacio abierto o agentes meteorológicos (lluvia, nieve,... ) Es la típica de frecuencias superiores a 30MHz (V-U-SHF).Un claro ejemplo lo tenemos en los emisores de radiodifusión FM y TV, en los que para conseguir máximas distancias es imprescindible tener la antena emisora lo más alta posible (o ubicaciones de repetidores o reemisores en cotas altas del terreno). Otro ejemplo lo tenemos en los radioenlaces de microondas (SHF o frecuencias >3GHz) en los que es imprescindible que haya visión directa para establecerse la comunicación.

Onda reflejada

Llega al receptor después de reflejarse en la tierra (o mar). Sufre gran atenuación por la propia naturaleza del terreno y depende mucho de éste. En ocasiones favorece el establecimiento de la comunicación a largas distancias.

Refracción Troposférica

Cuando una capa de aire frío se encuentra entre dos capas de aire caliente, puede ocurrir que la onda de refracte, esto es, que modifique su trayectoria.

Difracción (filo de la navaja)

Cuando entre el emisor y el receptor se encuentra una montaña o cordillera, puede ocurrir que las ondas modifiquen su trayectoria debido a la naturaleza del terreno (temperatura, humedad, etc) consiguiéndose incluso, niveles de ganancia, en lugar de atenuaciones.

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

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):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.

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

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.

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) .

Reflexión y refracción.

  La información necesaria para una conexión que utiliza una reflexión sobre la capa E de la ionosfera es la potencia del emisor; el diagrama de radiación de la antena la posición geográfica de cada una de las dos estaciones y también 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 dadoLa 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.

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

      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.

Propagación en función de la gama de frecuencia

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

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

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.

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

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

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 100MHzSe conoce:      La potencia de salida del emisor;      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;      El perfil del terreno entre la estación de emisión y el punto de recepción, teniendo en cuenta la redondez de la Tierra       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.

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.

  Ejemplos de líneas de transmisión

        Del emisor a la antena se utilizará un cable coaxial que podrá soportar tensiones de varios centenares o millares de voltios sin distensión eléctrica.      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.      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.      Sobre ondas cortas los radioaficionados utilizan a veces líneas de dos hilos para alimentar su antena.      Los circuitos selectivos utilizados en los aparatos que funcionan a muy alta frecuencia (superior a 300 MHz) son muy a menudo líneas.

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)

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.

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 máximos de tensión aún llamados vientres de tensión correspondientes a nudos de corriente de los mínimos de tensión o nudos de tensión asociados a máximos de corriente (vientres de corriente).      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.

CONCLUSIONES

Las ondas electromagnéticas cubren un amplio espectro de frecuencias. Dado que todas las ondas electromagnéticas tienen igual velocidad c (velocidad de la luz) que es una constante es decir no cambia, la relación c= f* l (recordemos que la explicación de velocidad de la onda era el espacio recorrido dividido el tiempo para recorrerlo.Cuando el espacio es una longitud de onda, el tiempo se llama período "T" y la inversa del período es lo que denominábamos frecuencia de la onda; de allí surge la igualdad anterior, dándole a la velocidad la notación que corresponde por ser la velocidad de la luz) define todo el espectro posible, abarcando desde las ondas de radio de baja frecuencia y gran longitud de onda, las cuales son ondas electromagnéticas producidas por cargas que oscilan en una antena transmisora, las ondas de luz con frecuencias mayores (cada color de la luz blanca corresponde a una longitud de onda determinada) se producen cuando determinados electrones oscilan dentro de los sistemas atómicos.Las ondas electromagnéticas fuera del campo visible como las ultravioletas, los rayos x, los rayos g rayos cósmicos, que son vibraciones de otros electrones, o desaceleraciones de los mismos.