ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS

Las ondas electromagnéticas constituyen el cuarto de los sistemas de transporte de señales de telecomunicación.

Desde hace tiempo se conocen dos fenómenos que están interrelacionados entre sí: "un campo magnético variable, genera a su alrededor un campo eléctrico variable" y viceversa “un campo eléctrico variable genera un campo magnético variable”.

El físico inglés Maxwell, en 1865, con la sola ayuda de papel y lápiz, nada de experimentos, fue capaz de imaginar y proponer esta relación. En su libro sobre la teoría que él llamaba de “Energía electromagnética” decía:

"Si un campo eléctrico produce un campo magnético y un campo magnético

produce un campo eléctrico, el campo eléctrico producirá un magnético que producirá un eléctrico, es decir, se va producir ahí una forma de energía en el cual basta que yo genere un campo eléctrico variable, para que él genere un magnético que a su vez un eléctrico, que a su vez genere un magnético, que a su vez..."

Maxwell decía que las ondas electromagnéticas tenían que existir y que se iban a poder transmitir y dio las fórmulas que deberían cumplir, las famosas 4 leyes de Maxwell, especificando que el campo eléctrico era máximo cuando el campo magnético era mínimo, que son campos perpendiculares, la fórmula que los relacionaba; hizo toda una teoría basándose en los conocimientos que había en aquel momento de las ondas, de los campos eléctricos y magnéticos.

La comprobación empírica de la teoría se la debemos al físico alemán Hertz en 1887. Aunque el primero que encontró una aplicación comercial a este fenómeno fue el italiano Marconi, en 1895; A finales del siglo XIX ya se había inventado el teléfono y la telegrafía existía desde hacía 70 años y estaba muy extendida. Europa estaba comunicada con América por cables submarinos, pero con esto no se podía hablar con los barcos.

De manera que la aplicación práctica que le dio Marconi fue hablar en Morse por radio con los barcos, tanto es así que durante muchos años a esto se le llamó telegrafía sin hilos (TSH).

El punto de partida se inicia al descubrimiento del electrón en 1897 por J.J. Thomson, dado a conocer ante la Royal Institution de Londres el 30 de abril del mismo año; no obstante, no fue hasta la exposición de la teoría científica del Dr. Lee de Forest sobre el funcionamiento de la válvula de tres electrodos (año 1920) que se empezaron a producir los avances más importantes y prácticos sobre la Radio.

La contribución de Marconi. (1874-1937).

A los 20 años de edad el joven italiano Guillermo Marconi (reconocido mundialmente como el Padre de la Radio), basándose en las experiencias de Hertz y Branly consiguió realizar un sistema emisor-receptor, utilizando respectivamente el carrete de Ruhmkorff y el cohesor de Branly. Conectó ambos aparatos a tierra y los dotó de antenas, consistentes en hilo de cobre suspendido en el espacio, y de considerable longitud lo cual hizo que la transmisión se realizara en onda larga, contrariamente a las experiencias de Hertz y Branly realizadas con ondas cortas (centimétricas).

¿Qué es lo que hizo Marconi? Lo primero, generar un campo eléctrico variable mediante un generador de electricidad, como los que producen la electricidad que usamos a 50 Hz, pero a muchísima más frecuencia, de miles de Hz (un oscilador o generador de radio). La corriente eléctrica que producía este generador la hacía pasar por unos hilos y al llegar a un determinado punto abría los hilos, uno en una dirección y otro en la opuesta. Normalmente, los ponía a gran distancia, por ejemplo, sujetos entre los mástiles de un barco, constituyendo una antena llamada un “dipolo”.

La electricidad llegaba hasta la base del dipolo, pasaba a ambos hilos y generaba alrededor un campo eléctrico variable a miles de Hz que a su vez generaba alrededor un campo magnético variable y así sucesivamente, resultando una onda electromagnética que se va transmitiendo por el espacio, tal y como se puede ver en la figura 2.6.

Campo electromagnético (CEM)

λ Campo Magnético Dirección de Propagación Campo Eléctrico Emisor _Receptor

Figura 2.6. Las ondas electromagnéticas se componen de un campo eléctrico acompañado de otro magnético, que se propagan por el espacio.

2.5.1. Enlace de microondas

Para la transmisión de señales vía radio de muy alta frecuencia (ondas electromagnéticas con una longitud de onda de centímetros) llamadas microondas, se utilizan dos estaciones, una emisora y otra receptora, que han de tener un enlace visual, es decir, visualizarse directamente entre sí, y que utilizan antenas parabólicas (conjunto de emisor/captador de señal y reflector) de dimensiones adecuadas, según la longitud de onda (frecuencia) de la señal a transmitir y de los márgenes de potencia disponibles.

El enlace puede ser tanto terrestre (entre dos estaciones situadas sobre el terreno) como espacial (utilizando un satélite de comunicaciones como repetidor intermedio de la señal). Un ejemplo actual de uso se da en los sistemas de transmisión punto - multipunto LMDS (acceso radio inalámbrico) y MMDS, el primero de los cuales permite cubrir con una única antena un círculo de entre 3 y 5 km de radio, mientras que con el segundo se alcanza un distancia mucho mayor.

Las microondas se suelen utilizar en sustitución del cable coaxial o las fibras ópticas ya que se necesitan menos repetidores y amplificadores, aunque se necesitan antenas alineadas. Se usan para transmisión de televisión, voz y datos.

La principal causa de pérdidas en estos sistemas es la atenuación debido a que las pérdidas aumentan con el cuadrado de la distancia (con cable coaxial y par trenzado son logarítmicas). La atenuación aumenta con las lluvias. Las interferencias son otro inconveniente de las microondas ya que al proliferar estos sistemas, puede haber más solapamientos de señales.