Fundamentos del Espectro Electromagnético y Propagación de Ondas

Espectro Electromagnético

El espectro electromagnético se define como la distribución energética del conjunto de las ondas electromagnéticas en función de su frecuencia.

Extremos y Segmentación

• Extremos del espectro: Va desde la menor longitud de onda (rayos cósmicos, gamma, X) hasta la mayor longitud de onda (ondas de radio).
• Ondas audibles: No corresponden al espectro electromagnético; se sitúan entre 20 Hz y 20 kHz y solo tienen interés en etapas de baja frecuencia.
• Segmentación del espectro: Se divide en bandas, aunque algunas frecuencias tienen varios usos y pueden quedar incluidas en dos rangos.
• Origen de la división en bandas: Definida por el Consejo Consultivo Internacional de las Comunicaciones de Radio (CCIR) en el año 1953.
• Espectro radioeléctrico (Telecomunicaciones): Ondas de radiodifusión para radio y televisión que abarcan desde los 10 kHz hasta los 3.000 GHz (o de 8,3 kHz a 3.000 GHz según el CNAF).

Expresión de Unidades (ITU)

• kHz: Hasta 3.000 kHz inclusive.
• MHz: Desde 3 MHz hasta 3.000 MHz inclusive.
• GHz: Desde 3 GHz hasta 3.000 GHz inclusive.

Clasificación de Bandas

• VLF (Muy baja frecuencia): 3 kHz a 30 kHz
• LF (Baja frecuencia): 30 kHz a 300 kHz
• MF (Media frecuencia): 300 kHz a 3 MHz
• HF (Alta frecuencia): 3 MHz a 30 MHz
• VHF (Muy alta frecuencia): 30 MHz a 300 MHz
• UHF (Ultra alta frecuencia): 300 MHz a 3 GHz
• SHF (Super alta frecuencia): 3 GHz a 30 GHz
• EHF (Extra alta frecuencia): 30 GHz a 300 GHz
• THF (Tremendamente alta frecuencia): 300 GHz a 3.000 GHz

Marco Legal en España

La CNMC (Comisión Nacional de los Mercados y la Competencia) es el organismo que integró en 2013 a la antigua CMT. Las leyes marco son la Ley de Telecomunicaciones del 10 de mayo de 2014 y la Ley General de la Comunicación Audiovisual del 31 de marzo de 2010.

Propagación de Ondas y Capas Ionosféricas

El CNAF (Cuadro Nacional de Atribución de Frecuencias) es el instrumento legal para asignar bandas a los distintos servicios de radiocomunicación, regulando el uso del espectro desde los 8,3 kHz hasta los 3.000 GHz bajo normativas de la UE, ITU y ETSI.

Conceptos Clave de Propagación

• Definición: Conjunto de fenómenos físicos que conducen las ondas de radio con el mensaje desde el transmisor hasta el receptor.
• Disminución de energía: La energía disminuye debido a la absorción del medio.
• Factores de alteración: Depende de la frecuencia y características de las capas terrestres (densidad, hora del día, ionización).
• Rayo: Línea imaginaria trazada a lo largo de la dirección de propagación.
• Frente de onda: Superficie geométrica formada por puntos con fase constante.
• Propagación en el vacío: Las ondas viajan en línea recta; con contacto visual, la comunicación es altamente eficiente.
• Comunicación más allá del horizonte: Posible gracias a la refracción, reflexión y difracción.

Modos Principales de Propagación

1. Onda de superficie: A bajas frecuencias, usa la difracción para seguir la curvatura terrestre.
2. Onda directa: A frecuencias superiores a 30 MHz, exige contacto visual directo.
3. Ionosférica o celeste: Para MF y HF, la ionosfera actúa como espejo.

La Ionosfera y sus Capas

La ionosfera es una capa ionizada (80-600 km) cuyo comportamiento depende de la radiación solar:

• Capa D (69-90 km): Solo diurna; refleja frecuencias bajas y atenúa MF y HF.
• Capa E (90-130 km): Propaga ondas HF hasta 1.600 km.
• Capa F1 (150-250 km): Solo diurna; refleja ondas HF.
• Capa F2 (300-450 km): Capa principal de reflexión de HF a larga distancia.

El fading es la anulación o pérdida de señal por desfase mutuo de ondas que llegan por caminos distintos.

Pérdidas y Ruido

Pérdidas en el Espacio Libre (FSL)

La atenuación es proporcional al cuadrado de la distancia y al cuadrado de la frecuencia. A menor frecuencia, mayor alcance y penetración; a mayor frecuencia, mayor capacidad de datos pero menor alcance.

El Ruido en Radiocomunicaciones

• Ruido artificial: Producido por actividad humana; intenso en frecuencias bajas.
• Ruido atmosférico: Causado por rayos; afecta principalmente a la banda de HF.
• Ruido espacial: Incluye ruido solar, lunar y cósmico (relevante entre 8 MHz y 1,5 GHz).
• Ruido interno: Incluye el ruido térmico (movimiento de electrones, Pn = k · T · B) y el ruido de granalla (llegada aleatoria de portadores de carga).