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.