Polarización de antenas

La polarización de una antena es la polarización de la onda radiada por dicha antena en una dirección dada.

La polarización de una onda es la figura geométrica determinada por el extremo del vector que representa al campo eléctrico en función del tiempo, en una posición dada. Para ondas con variación sinusoidal dicha figura es en general una elipse. Hay una serie de casos particulares.

Si la figura trazada es una recta, la onda se denomina linealmente polarizada, si es un círculo circularmente polarizada.

El sentido de giro del campo eléctrico, para una onda que se aleja del observador, determina si la onda está polarizada circularmente a derechas o a izquierda. Si el sentido de giro coincide con las agujas del reloj, la polarización es circular a derechas. Si el sentido de giro es contrario a las agujas del reloj, la polarización es circular a izquierdas. El mismo convenio aplica a las ondas con polarización elíptica.

Se define la relación axial de una onda polarizada elípticamente, como la relación entre los ejes mayor y menor de la elipse de polarización. La relación axial toma valores comprendidos entre 1 e infinito.

Los campos se pueden representar en notación fasorial. Para determinar la variación temporal es suficiente con determinar el valor real de cada una de las componentes. Los ejemplos que se citan a continuación son para  ondas planas que se propagan en la dirección del eje z.

Las expresiones siguientes representan campos con polarización lineal:

Las expresiones siguientes representan campos con polarización circular, la primera a izquierdas y la segunda a derechas

Finalmente los siguientes ejemplos corresponden a polarizaciones elípticas

Se produce una polarización lineal cuando las fases de dos componentes ortogonales del campo eléctrico difieren un múltiplo entero de p radianes. Se produce polarización circular cuando las amplitudes son iguales y la diferencia de fase entre las componentes es p/2 o 3p/2. La polarización es elíptica en los demás casos.

Cualquier onda se puede descomponer en dos polarizaciones lineales ortogonales, sin más que proyectar el campo eléctrico sobre vectores unitarios orientados según dichas direcciones. Aplicando el mismo principio, cualquier onda se puede descomponer en dos ondas polarizadas circularmente a derechas o izquierdas.

Por ejemplo la siguiente expresión representa una onda polarizada elípticamente a derechas, con relación axial  3.

 

 Se puede descomponer en dos ondas polarizadas linealmente de amplitudes 3 y –1, o bien en dos ondas porlarizadas circularmente a derechas e izquierdas

 Resolviendo el siguiente sistema de ecuaciones se determinan los valores de A y B

Parámetros de Antenas

Las antenas se caracterizan por una serie de parámetros que son los siguientes:

DIAGRAMA DE RADIACIÓN

Es la representación gráfica de las características de radiación de una antena, en función de la dirección. 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.

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.

* Lóbulo secundario: 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:

El ancho de banda de la antena se define como el rango de frecuencias sobre las cuales la operación de la antena es "satisfactoria". Esto, por lo general se toma entre los puntos de media potencia, pero a veces se refiere a las variaciones en la impedancia de entrada de la antena. 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.

GANANCIA:

La ganancia de una antena se define como la relación entre la densidad de potencia radiada en una dirección, a una distancia y la densidad de potencia que radiaría a la misma distancia una antena isotrópica con la misma potencia entregada.

EFICIENCIA:

Relación entre la potencia radiada y la potencia entregada a la antena. También se puede definir como la relación entre ganancia y directividad.

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.

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.

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).

RELACIÓN DELANTE/ATRAS:

Este parámetro se define como la relación existente entre la máxima potencia radiada en una dirección geométrica y la potencia radiada en la dirección opuesta a esta.

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 radiación y el nivel de radiación 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.

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.

Rr=P/i^2

Siendo:

Rr= Resistencia de radiación (Ohms)

P = Potencia radiada por la antena (Watts)

i = Corriente de la antena en el punto de alimentación (Amperes)

El Panel Solar

Panel Solar

La energía solar una de las fuentes renovables con mayor potencial de la cual hemos aprendido a sacarle un gran provecho, muchos expertos aseguran que la era de la energía producida por el petróleo está llegando a su fin, aunque también es verdad que hay un largo camino por recorrer.

Como ya sabemos, para aprovechar la energía solar necesitamos de los paneles solares fotovoltaicos. Pero, ¿realmente cómo funcionan?

Lo primero que tenemos que saber para comprender cómo funciona un panel solar es que los paneles solares están formados de muchas celdas solares, es importante no confundir estos dos términos, una cosa es una celda solar y otra cosa es un panel solar. Las celdas solares son pequeñas células hechas de silicio cristalino y/o arseniuro de galio, que son materiales semiconductores, esto quiere decir que son materiales que pueden comportarse como conductores de electricidad o como aislante depende del estado en que se encuentren. Generalmente, los paneles solares que te vas a encontrar en el mercado están hechos con silicio.

 

Cómo Funciona un Panel Solar

La energía solar una de las fuentes renovables con mayor potencial de la cual hemos aprendido a sacarle un gran provecho, muchos expertos aseguran que la era de la energía producida por el petróleo está llegando a su fin, aunque también es verdad que hay un largo camino por recorrer.

Como ya sabemos, para aprovechar la energía solar necesitamos de los paneles solares fotovoltaicos. Pero, ¿realmente cómo funcionan?

Lo primero que tenemos que saber para comprender cómo funciona un panel solar es que los paneles solares están formados de muchas celdas solares, es importante no confundir estos dos términos, una cosa es una celda solar y otra cosa es un panel solar. Las celdas solares son pequeñas células hechas de silicio cristalino y/o arseniuro de galio, que son materiales semiconductores, esto quiere decir que son materiales que pueden comportarse como conductores de electricidad o como aislante depende del estado en que se encuentren. Generalmente, los paneles solares que te vas a encontrar en el mercado están hechos con silicio.

 

Estos dos materiales se mezclan con otros, como por ejemplo el fósforo o el boro, la idea es darle una carga positiva y una carga negativa, es así como se logra que las celdas tengan las dos cargas y puedan generar electricidad, de lo contrario no podrían generar electricidad.

Entonces, ya sabemos que una celda solar se construye con un material semiconductor al que le sobran electrones con carga negativa y otra parte se hace con un material semiconductor al que le faltan electrones con carga positiva, cuando las celdas solares se exponen a la luz del sol directamente producen corriente, la energía del sol mueve los electrones de la parte de la celda que le sobran hacia la parte de la célula que le faltan. Este movimiento de electrones es justamente la corriente eléctrica por lo tanto de esta forma ya se ha conseguido generar corriente eléctrica de un punto a otro.

Todas las celdas solares trabajando en conjunto hacen que se produzca un campo eléctrico en el panel solar y es así como los paneles solares pueden generar energía que posteriormente podemos utilizar como electricidad.

El Radio telescopio.

Radiotelescopio

El radiotelescopio más grande del mundo, construido en sólo cinco años en la provincia de Guizhou, en el sur de China, ha captado sus primeras señales del espacio.

Con sus 500 metros de diámetro, el radiotelescopio FAST (llamado así por las iniciales en inglés de Telescopio Esférico de Quinientos metros de Apertura) supera los 305 metros del telescopio de Arecibo en Puerto Rico, que era el más grande hasta ahora.

Está diseñado para escuchar ondas de radio procedentes de fuentes cósmicas lejanas como púlsares (estrellas de neutrones que giran con gran rapidez) y cuásares (regiones que rodean a agujeros negros supermasivos en el centro de galaxias).

Según ha informado la televisión estatal china CCTV, el radiotelescopio ha captado la señal de un púlsar situado a 1.351 años luz de la Tierra en uno de sus primeros tests. A partir de ahora, habrá que esperar unos tres años para que la instalación esté a pleno rendimiento, ya que habrá que calibrar todos sus componentes.

La Academia de Ciencias China ha destacado que el radiotelescopio servirá para buscar vida extraterrestre, con el argumento de que una civilización avanzada emitirá probablemente ondas de radio al espacio como hace la humanidad. Aunque esta idea ha originado el popular proyecto Seti de búsqueda de inteligencia extraterrestre, en el que está basada la película Contact donde aparece el radiotelescopio de Arecibo, este es un campo de investigación minoritario dentro de la radioastronomía.

El radiotelescopio FAST es una prueba de las ambiciones de China para ser reconocida como una potencia científica. Al igual que ha ocurrido en los campos de la supercomputación y de la genómica, China ha incorporado tecnologías desarrolladas en Estados Unidos y Europa y ha invertido en grandes instalaciones que se han convertido en las más potentes del mundo.

Las autoridades chinas esperan que el radiotelescopio se convierta también en una atracción turística como lo es el de Arecibo, que atrae a 90.000 visitantes cada año.

El coste de construcción de FAST se ha cifrado en una cantidad equivalente a 160 millones de euros. Esta cifra no incluye las indemnizaciones que está previsto pagar a las 8.000 personas de ocho pueblos que han sido desalojadas para no interferir con el radiotelescopio, que requiere que no haya señales de radio en cinco kilómetros a la redonda.

Frecuencias de Televisión abierta (obtenidas en clase)

Frecuencias  (MHz)	λ=c/f         Dónde:  c=2.94x108	H=λ/4
Canal 2= 55.25	5.3212	1.3303
Canal 5= 77.25	3.8058	0.9514
Canal 7=175.25	1.6776	0.4194
Canal 11= 199.25	1.4755	0.3688
Canal 22= 519.25	0.5662	0.1415
Canal 31=573.25	0.5128	0.1282
Canal 40= 627.25	0.4687	0.1171

Rango de Frecuencias de telefonía móvil y televisión.

REDES CELULARES

Así como esta industria es la más interesante desde un punto de vista de negocios, también lo es desde la perspectiva técnica –específicamente, en lo relativo al uso de las frecuencias.

Los teléfonos celulares funcionan conectándose a antenas ubicadas sobre torres y edificios, en lo que se conoce como radio bases. Cada radio base cubre una zona circular con un radio de algunos cientos de metros; las radio bases están ubicadas lo suficientemente cerca como para que sus respectivas zonas de coberturas alcancen a empalmarse un poco –a fin de que no queden áreas sin cobertura–, pero al mismo tiempo no deben quedar demasiado cerca, para así maximizar el área cubierta por todas las antenas en su conjunto.

Ese concepto de una región geográfica cubierta por una serie de círculos contiguos, nos recuerda en cierto modo a un panal, donde cada uno de esos círculos correspondería a una celda (cell), de ahí que el sistema se conozca como telefonía celular.

Bandas usadas por las redes celulares

Los operadores celulares, en general, tienen frecuencias en bandas distintas del espectro:

Alrededor de los 850 MHz (la que originalmente se asignó para la telefonía celular).

Alrededor de 1,870 y 1,950 MHz (la llamada banda de ‘PCS’, subastada en 1997).

Alrededor de 1,750 y 2,150 (subastada a principios de este año).

Alrededor de 1,890 y 1,970 (subastada a principios de este año).

Esta dispersión de frecuencias incrementa los costos operativos, pues aparte de que implica tener equipo compatible con cada una de estas bandas y se incrementa la complejidad tecnológica de la red, también se vuelve necesario que los clientes cuenten con handsets Multibanda –lo cual los encarece, ya sea vía subsidio-tarifas o en su venta directa al consumidor.

TELEVISIÓN

Aquí hay otro tema candente. La televisión tradicional se transmite en tres bandas de frecuencias, y cada canal utiliza 6 MHz de espectro:

54 a 72 MHz: canales 2, 3 y 4

76 a 88 MHz: canales 5 y 6

174-216 MHz: canales 7 a 13

Esta franja del espectro tiene características técnicas que resultan adecuadas para comunicaciones móviles de voz y datos; y como esos servicios aportan a la sociedad mucho más valor que la tele, en todo el mundo se está trabajando para que las empresas de televisión migren a otras bandas y desocupen esas frecuencias.

La migración de los canales de televisión no se restringirá a únicamente cambiar de frecuencias. La intención es que al mismo tiempo se dejen atrás las emisiones analógicas y los canales se transmitan en formato digital, lo cual tendría beneficios en cuanto al aprovechamiento del espectro (las señales digitales se prestan para la compresión), y habilitación de servicios de valor agregado en los canales.

Ondas Sísmicas

Si desplazamos un diapasón de su posición de equilibrio y lo soltamos repentinamente, percibimos su sonido característico. Lo mismo sucede en la Tierra, un sismo consiste precisamente en la liberación repentina de los esfuerzos impuestos al terreno. De esta manera, la tierra es puesta en vibración. Esta vibración es debida a la propagación de ondas como en el caso del diapasón.

    En un terremoto se transmiten ondas que viajan por el interior de la tierra. Siguen caminos curvos debido a la variada densidad y composición del interior de la Tierra. Este efecto es similar al de la refracción de ondas de luz. A este tipo de ondas se llaman ondas internas, centrales o de cuerpo, transmiten los temblores preliminares de un terremoto pero poseen poco poder destructivo. Las ondas de cuerpo son divididas en dos grupos: ondas primarias (P) y secundarias (S).

    También se propagan ondas por la superficie. Son las que más tardan en llegar.  Debido a su baja frecuencia provocan resonancia en edificios con mayor facilidad que las ondas de cuerpo causando los efectos más devastadores. Hay ondas superficiales de dos tipos: de Rayleigh y de Love.

Ondas Primarias (P)

Las ondas P (PRIMARIAS) son ondas longitudinales, lo cual significa que el suelo es alternadamente comprimido y dilatado en la dirección de la propagación. Estas ondas generalmente viajan a una velocidad 1.73 veces de las ondas S y pueden viajar a través de cualquier tipo de material. Velocidades típicas son 330m/s en el aire, 1450m/s en el agua y cerca de 5000m/s en el granito.

Ondas Secundarias (S)

Las ondas S (SECUNDARIAS) son ondas transversales o de corte, lo cual significa que el suelo es desplazado perpendicularmente a la dirección de propagación, alternadamente hacia un lado y hacia el otro. Las ondas S pueden viajar únicamente a través de sólidos debido a que los líquidos no pueden soportar esfuerzos de corte. Su velocidad es alrededor de 58% la de una onda P para cualquier material sólido. Usualmente la onda S tiene mayor amplitud que la P y se siente más fuerte que ésta.

Ondas de Rayleigh

 Cuando un sólido posee una superficie libre, como la superficie de la tierra, pueden generarse ondas que viajan a lo largo de la superficie. Estas ondas tienen su máxima amplitud en la superficie libre, la cual decrece exponencialmente con la profundidad, y son conocidas como ondas de Rayleigh en honor al científico que predijo su existencia. La trayectoria que describen las partículas del medio al propagarse la onda es elíptica retrógrada y ocurre en el plano de propagación de la onda. Una analogía de estas ondas lo constituyen las ondas que se producen en la superficie del agua.

Ondas de Love

Otro tipo de ondas superficiales son ondas de Love llamadas así en honor del científico que las estudió. Estas se generan sólo cuando un medio elástico se encuentra estratificado, situación que se cumple en nuestro planeta pues se encuentra formado por capas de diferentes características físicas y químicas. Las ondas de Love se propagan con un movimiento de las partículas, perpendicular a la dirección de propagación, como las ondas S, sólo que polarizadas en el plano de la superficie de la Tierra, es decir sólo poseen las componentes horizontales a superficie. Las ondas de Love pueden considerarse como ondas S "atrapadas" en la superficie. Como para las ondas de Rayleigh, la amplitud de las mismas decrece rápidamente con la profundidad. En general su existencia se puede explicar por la presencia del vacío o un medio de menor rigidez, tiende a compensar la energía generando este tipo especial de vibraciones.

Velocidad de las Ondas

Se puede demostrar teóricamente y se observa experimentalmente que la velocidad de las ondas es tal que:  VR,L < Vs < Vp. Donde Vp, Vs y VR,L son las velocidades de las ondas P, S y de Rayleigh y Love respectivamente. Entre estas dos últimas no puede establecerse un orden de velocidades porque esta depende de muchos factores y no siempre viajan con la misma velocidad.

Las velocidades de las diferentes ondas dependen de las características del medio; por ejemplo, en rocas ígneas la velocidad de las ondas P es del orden de 6 Km/s, mientras que en rocas poco consolidadas es de aproximadamente 2 Km/s o menor.

La secuencia típica de un terremoto es: primero el arribo de un ruido sordo causado por las ondas("P"), luego las ondas ("S") y finalmente el "retumbar" de la tierra causado por las ondas superficiales.

Antena Hertz.

Antena Hertz

Una antena es un dispositivo formado por un conjunto de conductores que, unido a un generador, permite la emisión de ondas de radio frecuencia, o que, conectado a una impedancia, sirve para captar las ondas emitidas por una fuente lejana para este fin existen diferentes tipos:

Antena Colectiva:    Antena receptora que, mediante la conveniente amplificación y el uso de distribuidores,  permite su utilización por diversos usuarios

Antena de Cuadro:    Antena de escasa sensibilidad, formada por una bobina de una o varias espiras arrolladas en un cuadro, cuyo funcionamiento bidireccional la hace útil en radiogoniometría

Antena de Reflector o Parabólica:    Antena provista de un reflector metálico, de forma parabólica, esférica o de bocina, que limita las radiaciones a un cierto espacio, concentrando la potencia de las ondas; se utiliza especialmente para la transmisión y recepción vía satélite.

Antena Lineal: La que está constituida por un conductor rectilíneo, generalmente en posición vertical.

Antena Multibanda:    La que permite la recepción de ondas cortas en una amplitud de banda que abarca muy diversas frecuencias

Dipolo de Media Onda:    El dipolo de media onda lineal o dipolo simple es una de las antenas más ampliamente utilizadas en frecuencias arriba de 2MHz. En frecuencias abajo de 2 MHz, la longitud física de una antena de media longitud de onda es prohibitiva. Al dipolo de media onda se le refiere por lo general como antena de Hertz.

Una antena de Hertz es una antena resonante. O Sea, es un múltiplo de un cuarto de longitud de onda de largo y de circuito abierto en el extremo más lejano. Las ondas estacionarias de voltaje y de corriente existen a lo largo de una antena resonante.

La figura anterior podemos observar las distribuciones de corriente y voltaje ideales a lo largo de un dipolo de media onda. Cada polo de la antena se ve como una sección abierta de un cuarto de longitud de onda de una linea de transmisión. Por lo tanto en los extremos hay un máximo voltaje y un mínimo de corriente y un mínimo de voltaje y un máximo de corriente en el centro. En consecuencia, suponiendo que el punto de alimentación esta en el centro de la antena, la impedancia de entrada es Eminimo / Imaximo y un valor mínimo. La impedancia en los extremos de la antena de Emaximo / Iminimo y un valor máximo.

La figura siguiente muestra la curva de impedancia para un dipolo de media onda alimentado en el centro:

La impedancia varia de un valor máximo en los extremos de aproximadamente 2500 W a un valor mínimo en el punto de alimentación de aproximadamente 73 W (de los cuales entre 68 y 70 W es la impedancia de radiación).

El patrón de radiación de espacio libre para un dipolo de media onda depende de la localización horizontal o vertical de la antena con relación a la superficie de la tierra.

La figura siguiente muestra el patrón de radiación vertical para un dipolo de media onda montado verticalmente. Obsérvese que los dos lóbulos principales que irradian en direcciones opuestas están en ángulo derecho a la antena, los lóbulos no son círculos, se obtienen solo en el caso ideal donde la corriente es constante a todo lo largo de la antena, y esto es inalcanzable en una antena real.

Distancia entre la Tierra y Marte

Distancia entre la Tierra y Marte

Nuestro planeta y Marte convergen hacia un encuentro cercano. La distancia entre ambos se está reduciendo unos 300 kilómetros por minuto, de modo que cuando la convergencia culmine, a mediados de abril según los expertos, el abismo que existe entre la Tierra y Marte se habrá reducido a sólo 92 millones de kilómetros, una distancia pequeña en la escala del sistema solar.

Los astrónomos llaman a este evento una «oposición de Marte», porque Marte y el Sol están en lados opuestos del cielo. Marte sale por el este al atardecer, y se eleva a lo alto del cielo a medianoche, con su brillo naranja quemado casi 10 veces más brillante que el de una estrella de primera magnitud.

Estas llamadas «oposiciones de Marte» se producen cada 26 meses. De un encuentro similar en el siglo XIX, el astrónomo Percival Lowell escribió que «Marte resplandece sobre el fondo oscuro del espacio con un esplendor que eclipsa a Sirio y rivaliza con el mismo gigante Júpiter».

Hay dos fechas de especial significación. La primera de ellas es el 8 de abril, cuando Marte, la Tierra y el Sol están dispuestos en una línea casi recta. Si las órbitas de Marte y la Tierra fueran perfectamente circulares, el 8 de abril también sería la fecha de máxima aproximación.

Sin embargo, las órbitas planetarias son elípticas, por lo que la fecha real de máximo acercamiento no llega hasta casi una semana después. El 14 de abril, la Tierra y Marte estarán en su distancia mínima, a unos 92.000.000 kilómetros, un vuelo de seis meses para los cohetes más veloces de la NASA.

Esa noche no habrá ningún problema para encontrar a Marte. La Luna marcará la posición del planeta rojo, en la constelación de Virgo, proporcionando un «hito» inconfundible en el cielo de medianoche. Sorprendente mente, en la misma noche que Marte está más cerca de la Tierra, habrá un eclipse total de Luna. La luna llena del 14 al 15 de abril se pondrá roja como el propio planeta.

Mensajes entre la Tierra, la Luna y Marte:

Tarde o temprano, es posible, habrá cientos o miles de humanos viviendo fuera de la Tierra, y necesitaremos comunicarnos con ellos. Incluso antes de que esto ocurra, las sondas que enviamos al espacio -dotadas de instrumentos cada vez más precisos- requieren de canales de banda lo suficientemente ancha como para poder transmitirnos los datos que recogen con la suficiente velocidad. Una nueva tecnología presentada por la NASA, denominada Laser Communications Relay Demostration (LCRD), promete convertirse en el sistema de comunicaciones espaciales definitivo.

Las comunicaciones rápidas y eficientes constituyen uno de los más importantes factores a la hora de idear una estrategia de expansión eficiente. Si los seres humanos que enviamos primero no tienen forma de transmitirnos lo que están viendo o pedirnos ayuda si lo necesitan, estarán en problemas. Y en el otro sentido ocurre lo mismo: necesitamos poder enviar datos, información y respuestas a nuestras colonias lejanas. Esto ha sido así desde la época en que las “comunicaciones” eran rollos de papel enviados por barco de un extremo al otro del mundo hasta hoy, cuando los hombres comienzan a explorar el espacio.

Mensajes entre la Tierra, la Luna y Marte

La NASA está especialmente interesada en implementar sistemas de comunicaciones capaces de cubrir enormes distancias y que posean un ancho de banda lo suficientemente grande como para que los datos que envían sus vehículos robóticos (y los que enviarán dentro de algunos años sus astronautas) lleguen sin demora a nuestro planeta. A la sonda Mars Reconnaissance Orbiter (MRO), que orbita Marte, por ejemplo, le lleva unos 90 minutos transmitir una fotografía a la Tierra. Si dispusiésemos de un sistema mejor, ese tiempo podría reducirse a unos pocos minutos. Es por ello que la agencia ha invertido 175 millones de dólares para desarrollar tres proyectos relacionados con la conquista del espacio, uno de los cuales intenta justamente solucionar este problema. Se trata de una tecnología denominada Laser Communications Relay Demostration (LCRD). La LCRD -como su nombre lo indica- utiliza un rayo láser para establecer una conexión óptica entre el transmisor y receptor, y posee un ancho de banda de unos 100Mbps. Las imágenes del MRO, por ejemplo, solo demorarían 5 minutos en transmitirse por ese canal.

Una complicación

La NASA se ha decidido por el uso del láser porque sabe que para una masa, tamaño y carga energética determinada, un sistema óptico es capaz de proporcionar tasas de transmisión de datos mucho mayores que las permitidas por las frecuencias de radio utilizadas normalmente. Pero no todas son buenas noticias, ya que un sistema como el LCRD requiere de que el transmisor y el receptor“se vean” entre sí, algo que suele ser bastante complicado en algunas oportunidades, sobre todo cuando uno de los extremos de la comunicación se encuentra sepultado debajo de una capa atmosférica lo suficientemente espesa, como la que posee la Tierra. Pero aún teniendo en cuenta estas dificultadas, la agencia cree que el LCRD funcionará bien como enlace entre la Tierra, la Luna y Marte, permitiendo incluso la transmisión de vídeo en vivo en HD.

Vector de Poyting

Vector Poyting

Se denomina vector de Poynting al vector cuyo módulo representa la intensidad instantánea de energía electromagnética que fluye a través de una unidad de área perpendicular a la dirección de propagación de la onda electromagnética, y cuyo sentido es el de propagación. Recibe su nombre del físico inglés John Henry Poynting.

Se expresa mediante el símbolo:  

El vector de Poynting puede definirse como el producto vectorial del campo eléctrico y el campo magnético, cuyo módulo es la intensidad de la onda:

Donde:
 

es el campo eléctrico.

 es la intensidad del campo magnético.

 Es la permeabilidad magnética del medio.

 Es el campo de inducción magnética.

Dado que los campos eléctrico y magnético de una onda electromagnética oscilan con la frecuencia de la onda, la magnitud del vector de Poynting cambia en el tiempo. El promedio del vector de Poynting sobre un período muy superior al periodo de la onda es llamado irradiancia, I:

La irradiancia representa el flujo de energía asociado a la radiación electromagnética en la dirección perpendicular a su dirección de propagación.