Comunicaciones analógicas
Toda comunicación a distancia usa el mismo recurso escaso: el espectro electromagnético. Qué frecuencia se elige determina hasta dónde llega la señal, qué la interrumpe, qué antena hace falta y cuánta información entra.
01El sistema de comunicación
Siempre son los mismos bloques: una fuente de información, un transmisor que la adapta al canal, el canal —que agrega ruido y atenuación—, y un receptor que la recupera.
- Tamaño de la antena. Una antena eficiente mide del orden de media longitud de onda. Para la voz humana —300 a 3400 Hz— eso serían cientos de kilómetros de antena. Subiendo la señal a 1 MHz, la antena baja a unos 150 m; a 100 MHz, a 1,5 m.
- Compartir el espectro. Si todos transmitieran en banda base, todas las señales se superpondrían. Modulando, cada uno ocupa su lugar en el espectro.
- Elegir el canal. Cada banda se propaga distinto: con la frecuencia se elige cómo viaja la señal.
02El espectro electromagnético
| Banda | Frecuencia | λ | Se usa para |
|---|---|---|---|
| VLF · LF | 3 – 300 kHz | 100 – 1 km | Comunicación con submarinos, señales horarias. Atraviesa el agua y el terreno. |
| MF | 300 kHz – 3 MHz | 1000 – 100 m | Radio AM (535 – 1705 kHz). Onda de tierra de día, ionosférica de noche. |
| HF | 3 – 30 MHz | 100 – 10 m | Radioaficionados, marina, aviación de larga distancia: rebota en la ionosfera y da la vuelta al mundo. |
| VHF | 30 – 300 MHz | 10 – 1 m | Radio FM (88 – 108 MHz), TV baja, aviación, handies. |
| UHF | 300 MHz – 3 GHz | 1 m – 10 cm | TV digital, telefonía celular, WiFi de 2,4 GHz, GPS. |
| SHF | 3 – 30 GHz | 10 – 1 cm | Enlaces de microondas, satélites, WiFi de 5 GHz, radar. |
| EHF | 30 – 300 GHz | 10 – 1 mm | 5G milimétrico, radar de automóvil, radioastronomía. |
Nadie transmite donde quiere: en Argentina lo administra el ENACOM y a nivel mundial la UIT. Hay bandas de uso libre —las ISM: 433 MHz, 915 MHz, 2,4 GHz, 5,8 GHz— donde se puede transmitir sin licencia respetando límites de potencia; ahí viven el WiFi, el Bluetooth y los módulos de radio de los proyectos. Todo lo demás requiere autorización, y transmitir fuera de norma —potencia de más, banda equivocada, armónicos— es una infracción con consecuencias reales.
03Cómo viaja la onda
| Modo | Bandas | Alcance | De qué depende |
|---|---|---|---|
| Onda de tierra | VLF a MF | Cientos de km | Sigue la curvatura del terreno. Mejora con suelo húmedo y conductor; empeora al subir la frecuencia. |
| Onda ionosférica | HF | Miles de km | Rebota en las capas E y F. Depende de la hora, la estación y la actividad solar: de noche la capa D desaparece y la AM se escucha lejísimos. |
| Línea de vista | VHF en adelante | Decenas de km | Prácticamente rectilínea: sólo llega hasta el horizonte radioeléctrico, más un poco por difracción. |
| Dispersión troposférica | UHF · SHF | Hasta 500 km | Aprovecha irregularidades de la atmósfera. Requiere mucha potencia y antenas grandes. |
El horizonte radioeléctrico es algo mayor que el óptico, porque la atmósfera curva levemente la onda:
- Antena de FM a 100 m y receptor a 2 m: d = 4,12 × (10 + 1,41) = 47 km.
- Subiendo la antena a 200 m: d = 4,12 × (14,14 + 1,41) = 64 km.
- Duplicar la altura da un 36 % más de alcance; duplicar la potencia, mucho menos. Por eso las antenas se ponen en torres altas y en lo alto de los cerros.
La señal llega por varios caminos —directo, reflejado en el suelo, en un edificio, en una capa de la atmósfera— y esas copias se suman con distinta fase. Si llegan en contrafase, se cancelan: eso es el desvanecimiento. Explica que la radio del auto se corte en un lugar puntual y que el WiFi ande bien un metro más allá. Las soluciones habituales son la diversidad —dos antenas separadas— y las técnicas digitales que toleran el eco.
04Decibeles y presupuesto de enlace
En radiocomunicaciones todo se expresa en dB, porque las relaciones son enormes y porque así las multiplicaciones se convierten en sumas.
| Unidad | Qué mide | Referencia |
|---|---|---|
| dB | Relación entre dos potencias | 10·log(P₂/P₁). Doble potencia = 3 dB; diez veces = 10 dB. |
| dBm | Potencia absoluta | 0 dBm = 1 mW · 30 dBm = 1 W · −100 dBm = 0,1 pW |
| dBW | Potencia absoluta | 0 dBW = 1 W = 30 dBm |
| dBi | Ganancia de antena | Respecto de una antena isotrópica ideal |
Enlace de 10 km en 2400 MHz, con 20 dBm de transmisor y antenas de 12 dBi en cada extremo. El receptor necesita al menos −85 dBm.
- FSPL = 32,44 + 20·log(2400) + 20·log(10) = 32,44 + 67,60 + 20 = 120,0 dB.
- Potencia recibida = 20 + 12 + 12 − 120 = −76 dBm.
- Margen = −76 − (−85) = 9 dB. Alcanza, pero es un margen ajustado: la lluvia, la vegetación y el desalineamiento se comen esos 9 dB rápido.
Con antenas de 24 dBi en vez de 12 el margen sube a 33 dB, y ahí el enlace es confiable. En radioenlaces, la ganancia de antena es casi siempre más barata que la potencia.
05En el laboratorio
Con un receptor de AM y FM, y si hay uno disponible, un receptor de radio definida por software (RTL-SDR), recorrer las bandas y anotar qué se escucha en cada una: emisoras locales, servicios, ruido. Comparar de día y de noche en la banda de AM: la diferencia en cantidad de emisoras lejanas es la ionosfera en acción.
Calcular λ para cinco frecuencias de servicios reales y construir con alambre una antena de media onda para la banda de FM (1,5 m). Comprobar con un receptor que la señal mejora respecto de un cable de longitud arbitraria. Es la comprobación práctica de la fórmula.
Con dos handies de VHF o UHF, medir hasta dónde hay comunicación clara: en línea recta despejada, con un edificio en el medio, y desde el punto más alto disponible. Anotar las distancias y compararlas con el cálculo del horizonte radioeléctrico.
Calcular el presupuesto de un enlace WiFi entre dos edificios de la ciudad, con datos reales de distancia y equipos comerciales. Determinar si hace falta cambiar la antena, y en cuánto mejora el margen. Después verificar la medición real con la herramienta de diagnóstico del equipo.
06Errores frecuentes
| Síntoma | Causa habitual |
|---|---|
| Se espera alcance de HF en una banda de UHF | Por encima de VHF no hay rebote ionosférico: el alcance es de línea de vista. |
| El enlace anda de noche y no de día | En HF, la capa D absorbe de día. En AM, es el fenómeno cotidiano de escuchar emisoras lejanas al anochecer. |
| La señal se corta en un punto y a un metro está bien | Desvanecimiento por multitrayecto: dos copias llegan en contrafase. |
| Se duplicó la potencia y casi no cambió el alcance | Duplicar la potencia son 3 dB; la pérdida crece 6 dB por cada duplicación de distancia. La antena rinde mucho más. |
| El equipo transmite pero nadie lo recibe | Antena mal adaptada, cable con pérdidas o conector mal armado: la potencia se disipa en la línea. |
| Interferencia sobre otros servicios | Armónicos del transmisor o banda no autorizada. Hace falta filtro de salida y respetar la asignación. |
| Se compara dBm con dB | dBm es potencia absoluta y dB es una relación. Sumar dB a dBm da dBm; sumar dBm con dBm no significa nada. |
07Autoevaluación
¿Cuál es la longitud de onda de una señal de 150 MHz?
λ = 300/150 = 2 m. Una antena de media onda mediría 1 m.
¿Por qué es imposible transmitir la voz sin modular?
Porque a 1 kHz la longitud de onda es de 300 km: una antena eficiente sería inviable. Además, todas las señales se superpondrían en la misma banda.
¿Por qué la radio AM se escucha mucho más lejos de noche?
Porque de noche desaparece la capa D de la ionosfera, que de día absorbe las ondas de esa banda. Sin ella, la señal rebota en las capas altas y vuelve a la Tierra a cientos o miles de kilómetros.
Antenas a 50 m y a 10 m de altura: ¿cuál es el alcance por línea de vista?
d = 4,12 × (√50 + √10) = 4,12 × (7,07 + 3,16) = 42 km aproximadamente.
¿Cuánta pérdida agrega duplicar la distancia de un enlace?
6 dB, porque la pérdida de espacio libre va con 20·log(d). Lo mismo agrega duplicar la frecuencia.
Calcular la pérdida de espacio libre de 5 km a 900 MHz.
FSPL = 32,44 + 20·log(900) + 20·log(5) = 32,44 + 59,08 + 13,98 = 105,5 dB.
¿Qué diferencia hay entre dB, dBm y dBi?
dB es una relación entre dos potencias; dBm es potencia absoluta referida a 1 mW; dBi es ganancia de antena referida a una isotrópica ideal.
Un transmisor de 1 W: ¿cuántos dBm son?
30 dBm. Y 10 W serían 40 dBm: cada factor diez suma 10 dB.
¿Qué es el desvanecimiento por multitrayecto?
La cancelación parcial que ocurre cuando la señal llega por varios caminos y las copias se suman en contrafase. Se combate con diversidad de antenas o con técnicas digitales tolerantes al eco.
¿Qué son las bandas ISM y qué límite tienen?
Bandas de uso libre sin licencia —433 MHz, 915 MHz, 2,4 GHz, 5,8 GHz— sujetas a límites de potencia y de ancho de banda. Hay que aceptar la interferencia de otros usuarios y no causar interferencia perjudicial.