propiedades físicas que rigen la propagación de ondas electromagnéticas

Principios de propagación de señales

Ing. Gustavo Yael Guerra Aguayo

Instituto Tecnológico del Norte de Nayarit

¿Qué son las ondas electromagnéticas?

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.

Estructura básica de un sistema de comunicación

Dato curioso

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.

La luz es considerada como un limite cósmico que nada ni nadie puede superar

Sin embargo cabe mencionar que en base a la teoría de la relatividad de Albert Einstein si el sol desapareciera o se apagara, los últimos rayos de sol llegarían a la tierra en 8 minutos

Estas a su vez son parte del efecto de la aurora boreal

Recordando

Tras la obtención de Hertz de las ondas electro-magnéticas en 1988, varios científicos e inventores en diversos países trabajaron en su desarrollo. El ingeniero e inventor italiano G. Marconi perfecciono el sistema y en 1901 consiguió la primera transmisión entre Europa y América.

La transmisión de la voz humana y de la música se consiguió cuando se descubrió como modular la amplitud de las ondas electro-magneticas

Recordando

 Las ondas sonoras tienen frecuencias del orden de cientos de herzios (Hz), mientras que las ondas de radio tienen frecuencias de kHz y MHz. Es necesario un proceso intermedio que permita transmitir una onda de baja frecuencia usando una de mayor frecuencia. Este proceso se llama modulación.

Propagación de las O.E.M.

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.

Una carga eléctrica acelerada crea un campo eléctrico variable y, como explican las leyes de Maxwell, los campos pueden abandonar la fuente que los produce y viajar por el espacio sin soporte material.

Propagación de las O.E.M.

Los campos no necesitan un medio deformable que vibre a su paso, lo único que vibra son los valores de los campos E y B en cada lugar.

Las ecuaciones de Maxwell explican esta propagación:

En efecto, un campo eléctrico variable engendra un campo magnético variable que, a su vez, engendra otro eléctrico y así avanzan por el espacio.

Mecanismo de propagación

Por mecanismos de propagación se entienden los procesos físicos que intervienen en la propagación de las ondas electromagnéticas: principalmente atenuación, reflexión especular, reflexión difusa, difracción, refracción y dispersión

atenuación

En telecomunicación, se denomina atenuación de una señal, sea esta acústica, eléctrica u óptica, a la pérdida de potencia sufrida por la misma al transitar por cualquier medio de transmisión.

Reflexión especular

Ocurre cuando los rayos luminosos que caen en una superficie reflectora muy plana son reflejados de modo que el ángulo incidente es igual al ángulo reflejado 

Reflexión difusa

Ocurre cuando los rayos paralelos que caen en una superficie rugosa, reflejan los rayos luminosos con ángulos dispersos, de modo que no se puede observar una imagen en la superficie. Este fenómeno ocurre por que las macro o micro rugosidades desvían la luz en distintos ángulos. De todas maneras, en este caso también se cumple que los rayos incidentes individuales son reflejados con ángulos idénticos al incidente.

difracción

La difracción es junto con la interferencia un fenómeno típicamente ondulatorio. La difracción se observa cuando se distorsiona una onda por un obstáculo cuyas dimensiones son comparables a la longitud de onda

refracción

Es el cambio de dirección que experimenta un rayo de luz cuando pasa de un medio transparente a otro también transparente. Este cambio de dirección está originado por la distinta velocidad de la luz en cada medio.

Dispersión

La dispersión es el fenómeno de separación de las ondas de distinta frecuencia al atravesar un material. Todos los medios materiales son más o menos dispersivos, y la dispersión afecta a todas las ondas.

Las ondas electro-magnéticas dando soporte a las telecomunicaciones

Las O.E.M. son también soporte de las telecomunicaciones y el funcionamiento complejo del mundo actual.

En la tabla siguiente puedes conocer las bandas del espectro de radiofrecuencias

¿Porqué darles un uso?

Los usos de las distintas bandas del espectro vienen determinadas por el hecho de que, a mayor frecuencia de la onda, mayor cantidad de información es capaz de transportar. Por esto se utilizan mayores frecuencias en la televisión que envía señales de imagen y sonido, que en la radio que sólo envía señales de sonido.

¿Cómo llegan al receptor?

Las ondas emitidas por las antenas emisoras deben llegar a los receptores. Las ondas se propagan por el espacio en todas direcciones y llegan a los receptores directamente o mediante reflexiones, en la superficie terrestre o en la capa de la atmósfera llamada ionosfera. En la ionosfera se reflejan las ondas de radio, sobre todo las de las bandas de LF y MF

Usos laborales

El radar (Radio Detection And Ranging) utiliza microondas SHF para localizar la posición y la velocidad de los aviones, barcos, nubes u otros objetos. Está formado por una antena que emite pulsos electromagnéticos y que actúa también como receptora de la onda reflejada por el objeto.

SISTEMAS SATELITALES Han sido una tecnología muy

utilizada para comunicaciones a áreas alejadas y de difícil acceso.

Permiten transmitir múltiples servicios de voz, datos y video a velocidades de Mbps.

Hacen posible comunicaciones donde otros medios no pueden penetrar por su alto costo.

Desventaja de microondas

La principal desventaja de esta tecnología se genera principalmente en la salud del ser humano presentando síntomas como : Migrañas, crisis de hipertensión, incremento de la frecuencia cardiaca, problemas de memoria, entre otras, son algunas de las alteraciones de salud que hoy en día propician las ondas electromagnéticas, reportaron expertos canadienses.

Bibliografía

http://teleformacion.edu.aytolacoruna.es/FISICA/document/fisicaInteractiva/Ondasbachillerato/ondasEM/ondasEleMag_indice.htm

http://salauztemoltzi.wikispaces.com/2.1.+Propiedades+f%C3%ADsicas+que+rigen+la+propagaci%C3%B3n+de+ondas+electromagn%C3%A9ticas.

http://fisica1m.blogspot.mx/2009/08/reflexion-especular.html

http://teleformacion.edu.aytolacoruna.es/FISICA/document/fisicaInteractiva/OptGeometrica/reflex_Refrac/Refraccion.htm

http://www.astromia.com/glosario/dispersion.htm

http://www.milenio.com/tendencias/Ondas-electromagneticas-afectan-salud-humana_0_104989581.html