Qué son las ondas de radio o electromagnéticas (1)

Nuestra sociedad contemporánea vive inmersa en la tecnología, de tal modo que no nos sorprende en absoluto el milagro de la televisión, los teléfonos celulares o las comunicaciones por satélite. Pero, en sus primeras aplicaciones las ondas de radio fueron una auténtica revolución, algo que para los profanos de la ciencia se identificaba más con un hecho sobrenatural que con un descubrimiento científico.

Guglielmo Marconi fue el primero en dar aplicación práctica a las ondas de radio, un fenómeno electromagnético que fuera estudiado anteriormente por el físico alemán Heinrich Hertz, de ahí que hoy en día se les denomine «ondas herzianas».

Para entender qué es una onda herziana, tendríamos que comenzar por explicar cómo se mueven los electrones en un conductor y cuáles son sus efectos sobre él. En el Blog de Natureduca, puedes leer el artículo «Qué es la electricidad«, donde se describe la electricidad básica con términos asequibles a los menos entendidos. A partir de ahí, intentaré explicar el fenómeno herziano.

Cuando los electrones circulan a través de un conductor producen a su alrededor un campo magnético. En la corriente alterna que utilizamos en nuestros hogares, esos electrones «alternan» su sentido 50 veces por segundo, es decir, primero circulan por el conductor en un sentido y después regresan en sentido contrario, así hasta completar 50 ciclos de ida y vuelta. La «frecuencia», un término que seguramente utilizaremos muy a menudo en lo sucesivo, es precisamente el número de ciclos de ida y vuelta que se desarrollan en un segundo.

La frecuencia es el número de ciclos de ida y vuelta que se desarrollan en un segundo.

Cuando la electricidad se mueve por los conductores de nuestra instalación eléctrica, se está comportando como una emisora de radio muy rudimentaria, emitiendo en la frecuencia de 50 ciclos por segundo (50 cps). De hecho, si sintonizamos un receptor de radio en la banda de onda media, y lo acercamos a algún electrodoméstico, especialmente allí donde contenga bobinados, como un transformador o un motor, observaremos que al mover el dial aparece en alguno de sus puntos un armónico en forma de zumbido o ruido de sierra, producido por las ondas electromagnéticas que emiten los cables. Este zumbido es captado en ocasiones de forma indeseada por los receptores de radio, televisión y otros aparatos, como los ordenadores, de ahí que la mayoría de estos equipos se fabriquen con filtros de red (a veces integrados en el propio cable), con objeto de que estas ondas no interfieran en su funcionamiento.

En esta base de un monitor plano se puede observar un filtro de red insertado en medio del cable

Pero, la frecuencia de 50 cps no es apta para ser utilizada en la radiodifusión. Es tan baja, que aunque su señal sólo alcanzara unos pocos metros de distancia, los equipos emisores serían inmensamente grandes, e igualmente sus antenas. Además, no podrían enviar señales de audio (voz u otro tipo audible), ya que la propia frecuencia de 50 cps se encuentra dentro de la banda audible, que es de 20 a 20.000 ciclos; un violín, por ejemplo, sonaría entre los 10.000 y 15.000 ciclos.

Así pues, para que una onda de radio pueda desplazarse, llevar información y ser captada a larga distancia, es necesario elevar su frecuencia mucho más allá de los 20.000 ciclos, alejándola de la banda audible. La banda comercial de radio de onda media (OM), por ejemplo, trabaja en frecuencias que van desde 535.000 hasta 1.700.000 ciclos -el término más apropiado sería herzios (Hz), y así lo describiré en lo sucesivo-.

Para manejar mejor estas frecuencias matemáticamente, se utilizan múltiplos: 1000 Hz = 1 Khz; 1000 Khz = 1 Mhz; 1000 Mhz = 1 Ghz.

Entre 3 y 30 Mhz (3 y 30 millones de herzios) las ondas pueden desplazarse en mayor o menor grado a lo largo de la Tierra, rebotando en la atmósfera (en una capa llamada ionosfera), dando la vuelta al globo y pudiendo ser recibida por receptores que se encuentran en las antípodas del emisor. En este margen de frecuencias se encuentra la onda corta (OC), que tiempos atrás tuvo mayor protagonismo, durante las guerras y posguerras, entre desplazados y emigrantes que seguían los sucesos en sus países de origen gracias a los aparatos de radio que cubrían esta banda de frecuencias.

Conforme vamos elevando la frecuencia más allá de los 30 Mhz las ondas se van comportando de forma más direccional, es decir, se desplazan preferentemente en línea recta y pierden paulatinamente su capacidad de rebotar en los obstáculos, o en la ionosfera, por tanto cualquier receptor que se encuentre al otro lado de una barrera física para las ondas de esta banda, no las podrá captar.

Sin embargo, las ondas direccionales tienen otras importantes ventajas: cuanto más alta sea su frecuencia, más pequeñas pueden ser sus antenas y menos potencia se necesitará para llegar al mismo lugar, lo que se traduce en aparatos más pequeños y manejables. Además, estas ondas son menos vulnerables a las interferencias y a los efectos de la radiación electromagnética del Sol. Así, por ejemplo, las microondas son ondas que se mueven en frecuencias de centenas de millones de herzios; la televisión terrestre utiliza estas frecuencias para distribuir sus señales por todo un territorio antes de que llegue hasta nuestros hogares. Lógicamente, cualquier obstáculo en su camino impediría su avance, por eso se utilizan repetidores que enlazan unos con otros en cadena, normalmente situados en las cúspides de las montañas; en la actualidad, esta operación de enlace se realiza incluso mediante repetidores a bordo de satélites artificiales.

Una de las aplicaciones más interesantes de las microondas de radio es la exploración del espacio exterior. Normalmente, se utilizan frecuencias que superan el Gigaherzio (1.000 Mhz o mil millones de herzios). Gracias a ellas se pueden controlar ingenios espaciales, enviarles órdenes y recibir señales con variados tipos de datos (fotografía, video, telemetría…), con un consumo energético muy pequeño, en comparación con las grandes distancias a las cuales pueden ser enviados. Por supuesto, las comunicaciones entre tierra y los vehículos espaciales tripulados se realizan en esta banda de las microondas. Igualmente, la televisión por satélite es un hecho en nuestros hogares, gracias a estas ondas ultracortas.

Pero, la aplicación más cercana a nosotros, y que recibió un gran impulso en los últimos años, son los teléfonos móviles o celulares. Cuando hablamos o enviamos datos a través de estos aparatos, estamos utilizando una sofisticada expresión de las ondas de radio. Su banda de frecuencias suele estar en los 800-1000 Mhz, por eso las compañías telefónicas que sirven a los móviles requieren de múltiples antenas reemisoras distribuidas por toda la orografía de un territorio, de los cuales cuelgan los teléfonos móviles en forma de «células» dependientes de una central de conmutación automática. Esa central sabe en todo momento dónde se encuentra cada célula activa, y según su movimiento, acercándose o alejándose a una antena, irá conmutando la célula a aquella antena que le envíe la señal más clara o potente, e incluso realizando los cambios de frecuencia si fuera pertinente, todo ello automáticamente, y sin que el usuario se percate de toda la tecnología que se mueve detrás de una conversación o un simple mensaje SMS a través de un teléfono móvil.

He de decir, que las ondas de radio sólo son una mínima expresión del extenso espectro de ondas electromagnéticas, en realidad se encuentran en la parte más baja del espectro. Por encima de las ondas de radio se encuentran las ondas infrarrojas (un uso típico de ellas es el mando a distancia del televisor); le siguen las ondas de luz visible, es decir, las que nos permiten ver los objetos que nos rodean, y que sólo ocupan un estrecho margen de todo el espectro; por encima se encuentran las ondas ultravioleta, muy peligrosas para los seres vivos, y una parte de la cual es emitida por el Sol 

Más allá de las emisiones ultravioleta se encuentran los rayos X, cuya utilización práctica más conocida es el diagnóstico médico mediante la técnica de la radiografía; finalmente, en el extremo del espectro electromagnético se encuentran los rayos gamma, las que llegan a la Tierra son el resultado de los violentos procesos cósmicos que se produjeron en el espacio profundo, como las supernovas.

Hemos sabido qué son y cómo se mueven las ondas electromagnéticas de radio, en los siguientes artículos haré una retrospectiva de las primeras experiencias en las emisiones de radio, e intentaré explicar cómo se envía la información a través de estas ondas.

(véase el artículo: «Una práctica emisora de bolsillo» aquí–>
www.natureduca.com/radioblog/?p=97, sobre introducción al oscilador electrónico)

Continúa en la 2ª parte –>