El espectro radioeléctrico es la parte del espectro electromagnético con frecuencias desde 3 Hz hasta 3.000 GHz (3 THz ). Las ondas electromagnéticas en este rango de frecuencia, llamadas ondas de radio , se utilizan ampliamente en la tecnología moderna, particularmente en las telecomunicaciones . Para evitar interferencias entre diferentes usuarios, la generación y transmisión de ondas de radio está estrictamente regulada por leyes nacionales, coordinadas por un organismo internacional, la Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT). [1]
La UIT asigna diferentes partes del espectro radioeléctrico para diferentes tecnologías y aplicaciones de transmisión de radio; En el Reglamento de Radiocomunicaciones (RR) de la UIT se definen unos 40 servicios de radiocomunicaciones . [2] En algunos casos, partes del espectro radioeléctrico se venden o se conceden licencias a operadores de servicios privados de transmisión de radio (por ejemplo, operadores de telefonía celular o estaciones de televisión abierta). A menudo se hace referencia a los rangos de frecuencias asignadas por su uso previsto (por ejemplo, espectro celular o espectro de televisión). [3] Debido a que es un recurso fijo demandado por un número cada vez mayor de usuarios, el espectro radioeléctrico se ha congestionado cada vez más en las últimas décadas, y la necesidad de utilizarlo de manera más efectiva está impulsando innovaciones en telecomunicaciones modernas, como los sistemas de radio troncalizados . espectro ensanchado , banda ultraancha , reutilización de frecuencias , gestión dinámica del espectro , agrupación de frecuencias y radio cognitiva .
Los límites de frecuencia del espectro radioeléctrico son una cuestión de convención en física y son algo arbitrarios. Dado que las ondas de radio son la categoría de frecuencia más baja de las ondas electromagnéticas , no existe un límite inferior para la frecuencia de las ondas de radio. [4] Las ondas de radio son definidas por la UIT como: "ondas electromagnéticas de frecuencias arbitrariamente inferiores a 3000 GHz, propagadas en el espacio sin guía artificial". [5] En el extremo de alta frecuencia, el espectro radioeléctrico está limitado por la banda infrarroja . El límite entre las ondas de radio y las ondas infrarrojas se define en diferentes frecuencias en diferentes campos científicos. La banda de terahercios , desde 300 gigahercios hasta 3 terahercios, puede considerarse como microondas o infrarroja. Es la banda más alta categorizada como ondas de radio por la Unión Internacional de Telecomunicaciones . [4] pero los científicos espectroscópicos consideran que estas frecuencias forman parte de las bandas del infrarrojo lejano y del infrarrojo medio.
Por tratarse de un recurso fijo, los límites prácticos y las consideraciones físicas básicas del espectro radioeléctrico, las frecuencias útiles para las radiocomunicaciones , están determinadas por limitaciones tecnológicas imposibles de superar. [6] Entonces, aunque el espectro de radio se está volviendo cada vez más congestionado, no hay forma posible de agregar ancho de banda de frecuencia adicional fuera del actualmente en uso. [6] Las frecuencias más bajas utilizadas para las comunicaciones por radio están limitadas por el tamaño cada vez mayor de las antenas de transmisión requeridas. [6] El tamaño de la antena necesaria para irradiar potencia de radio de manera eficiente aumenta en proporción a la longitud de onda o inversamente a la frecuencia. Por debajo de aproximadamente 10 kHz (una longitud de onda de 30 km), se requieren antenas de alambre elevado de kilómetros de diámetro, por lo que muy pocos sistemas de radio utilizan frecuencias por debajo de esta. Un segundo límite es el ancho de banda decreciente disponible en bajas frecuencias, lo que limita la velocidad de datos que se puede transmitir. [6] Por debajo de aproximadamente 30 kHz, la modulación de audio no es práctica y sólo se utiliza comunicación de datos a baja velocidad en baudios. Las frecuencias más bajas que se han utilizado para las comunicaciones por radio son alrededor de 80 Hz, en sistemas de comunicaciones submarinas ELF construidos por las armadas de algunas naciones para comunicarse con sus submarinos sumergidos a cientos de metros bajo el agua. Estos emplean enormes antenas dipolo terrestres de 20 a 60 km de largo excitadas por megavatios de potencia del transmisor y transmiten datos a una velocidad extremadamente lenta de aproximadamente 1 bit por minuto (17 milibits por segundo , o aproximadamente 5 minutos por carácter).
Las frecuencias más altas útiles para las comunicaciones por radio están limitadas por la absorción de energía de microondas por la atmósfera. [6] A medida que la frecuencia aumenta por encima de 30 GHz (el comienzo de la banda de ondas milimétricas ), los gases atmosféricos absorben cantidades cada vez mayores de energía, por lo que la potencia en un haz de ondas de radio disminuye exponencialmente con la distancia desde la antena transmisora. A 30 GHz, la comunicación útil se limita a aproximadamente 1 km, pero a medida que aumenta la frecuencia, disminuye el alcance en el que se pueden recibir las ondas. En la banda de terahercios por encima de 300 GHz, las ondas de radio se atenúan a cero en unos pocos metros debido a la absorción de radiación electromagnética por parte de la atmósfera (principalmente debido al ozono , el vapor de agua y el dióxido de carbono ), que es tan grande que esencialmente es opaco a las emisiones electromagnéticas , hasta volverse transparente nuevamente cerca del infrarrojo y en los rangos de luz visible . [7] [8]
una banda de radio es una pequeña banda de frecuencias (una sección contigua del rango del espectro radioeléctrico) en la que se suelen utilizar o reservar canales para el mismo fin. Para evitar interferencias y permitir un uso eficiente del espectro radioeléctrico, servicios similares se asignan en bandas. Por ejemplo, los dispositivos de radiodifusión, radio móvil o navegación se asignarán en gamas de frecuencias que no se superpongan.
Para cada banda de radio, la UIT tiene un plan de banda (o plan de frecuencia ) que dicta cómo debe usarse y compartirse, para evitar interferencias y establecer un protocolo para la compatibilidad de transmisores y receptores . [9]
Cada plan de frecuencia define el rango de frecuencia que se incluirá, cómo se definirán los canales y qué se transmitirá en esos canales. Las definiciones típicas establecidas en un plan de frecuencia son:
Las bandas de frecuencia autorizadas reales están definidas por la UIT [10] y las agencias reguladoras locales como la Comisión Federal de Comunicaciones de EE. UU. (FCC) [11] y las mejores prácticas voluntarias ayudan a evitar interferencias. [12]
Por convención, la UIT divide el espectro radioeléctrico en 12 bandas, cada una de las cuales comienza en una longitud de onda que es una potencia de diez (10 n ) metros, con una frecuencia correspondiente de 3 × 10 8 − n hercios , y cada una cubre una década. de frecuencia o longitud de onda. Cada una de estas bandas tiene un nombre tradicional. Por ejemplo, el término alta frecuencia (HF) designa el rango de longitud de onda de 100 a 10 metros, correspondiente a un rango de frecuencia de 3 a 30 MHz. Esto es sólo un símbolo y no está relacionado con la asignación; La UIT divide además cada banda en subbandas asignadas a diferentes servicios. Por encima de 300 GHz, la absorción de radiación electromagnética por la atmósfera terrestre es tan grande que la atmósfera es efectivamente opaca, hasta que vuelve a ser transparente en los rangos de frecuencia del infrarrojo cercano y de la ventana óptica .
Estas bandas de radio de la UIT están definidas en el Reglamento de Radiocomunicaciones de la UIT . El artículo 2, disposición No. 2.1 establece que "el espectro radioeléctrico se subdividirá en nueve bandas de frecuencias, las cuales se designarán mediante números enteros progresivos de acuerdo con el siguiente cuadro". [13]
La tabla se originó a partir de una recomendación de la cuarta reunión del CCIR , celebrada en Bucarest en 1937, y fue aprobada por la Conferencia Internacional de Radiocomunicaciones celebrada en Atlantic City, Nueva Jersey, en 1947. La idea de dar a cada banda un número, en el que el número es el logaritmo de la media geométrica aproximada de los límites superior e inferior de la banda en Hz, originado por B. C. Fleming-Williams, quien lo sugirió en una carta al editor de Wireless Engineer en 1942. Por ejemplo, la media geométrica aproximada de la banda 7 es 10 MHz, o 10 7 Hz. [14]
El nombre de banda "frecuencia tremendamente baja" (TLF) se ha utilizado para frecuencias de 1 a 3 Hz (longitudes de onda de 300 000 a 100 000 km), [15] pero la UIT no ha definido el término. [dieciséis]
Las bandas de frecuencia en el rango de microondas se designan con letras. Esta convención comenzó alrededor de la Segunda Guerra Mundial con designaciones militares para las frecuencias utilizadas en el radar , que fue la primera aplicación de las microondas. Desafortunadamente, existen varios sistemas de denominación incompatibles para las bandas de microondas, e incluso dentro de un sistema determinado, el rango de frecuencia exacto designado por una letra puede variar algo entre diferentes áreas de aplicación. Un estándar ampliamente utilizado son las bandas de radar IEEE establecidas por el Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos de EE. UU .
Las frecuencias de 1 a 3 Hz (longitudes de onda de 300 000 a 100 000 km) se conocen con el nombre de banda "frecuencia tremendamente baja" (TLF), [15] pero el término no ha sido definido por la UIT. [24]
Frecuencias de transmisión:
Las designaciones para las frecuencias de transmisión de televisión y radio FM varían entre países; consulte Frecuencias de canales de televisión y banda de transmisión de FM . Dado que las frecuencias VHF y UHF son deseables para muchos usos en áreas urbanas, en América del Norte algunas partes de la antigua banda de transmisión de televisión se han reasignado a teléfonos celulares y diversos sistemas de comunicaciones móviles terrestres. Incluso dentro de la asignación todavía dedicada a la televisión, los dispositivos de banda de TV utilizan canales sin emisoras locales.
La banda Apex en los Estados Unidos era una asignación anterior a la Segunda Guerra Mundial para la transmisión de audio VHF; quedó obsoleto después de la introducción de la transmisión en FM.
Banda aérea se refiere a las frecuencias VHF de 108 a 137 MHz, utilizadas para la navegación y la comunicación de voz con aeronaves. Los aviones transoceánicos también llevan transceptores de radio y satélite en ondas decamétricas.
El mayor incentivo para el desarrollo de la radio fue la necesidad de comunicarse con los barcos fuera del alcance visual de la costa. Desde los primeros días de la radio, los grandes buques oceánicos llevaban potentes transmisores de onda larga y media. Las atribuciones de alta frecuencia todavía se asignan a los barcos, aunque los sistemas satelitales han asumido algunas de las aplicaciones de seguridad que antes eran atendidas por 500 kHz y otras frecuencias. 2182 kHz es una frecuencia de onda media que todavía se utiliza para las comunicaciones de emergencia marítimas.
La radio marina VHF se utiliza en aguas costeras y en comunicaciones de alcance relativamente corto entre embarcaciones y estaciones costeras. Las radios están canalizadas y se utilizan diferentes canales para diferentes propósitos; El canal 16 marino se utiliza para llamadas y emergencias.
Las asignaciones de frecuencias de radioaficionados varían en todo el mundo. Varias bandas son comunes para los aficionados en todo el mundo, normalmente en la parte de HF del espectro. Otras bandas son asignaciones nacionales o regionales únicamente debido a diferentes asignaciones para otros servicios, especialmente en las partes VHF y UHF del espectro radioeléctrico.
La radio de banda ciudadana está asignada en muchos países, utilizando radios canalizadas en la parte superior de HF del espectro (alrededor de 27 MHz). Se utiliza para fines personales, de pequeñas empresas y de pasatiempos. Se utilizan otras asignaciones de frecuencia para servicios similares en diferentes jurisdicciones; por ejemplo, UHF CB está asignada en Australia. Existe una amplia gama de servicios de radio personales en todo el mundo, que generalmente enfatizan la comunicación de corto alcance entre individuos o para pequeñas empresas, requisitos de licencia simplificados o, en algunos países, cubiertos por una licencia de clase y, por lo general, transceptores de FM que utilizan alrededor de 1 vatio o menos.
Las bandas ISM se reservaron inicialmente para usos de la energía de RF no relacionados con las comunicaciones, como hornos de microondas , calentamiento por radiofrecuencia y fines similares. Sin embargo, en los últimos años el mayor uso de estas bandas ha sido para sistemas de comunicaciones de corto alcance y baja potencia, ya que los usuarios no necesitan estar en posesión de una licencia de operador de radio. Los teléfonos inalámbricos , las redes informáticas inalámbricas , los dispositivos Bluetooth y los abridores de puertas de garaje utilizan bandas ISM. Los dispositivos ISM no tienen protección regulatoria contra interferencias de otros usuarios de la banda.
Se asignan bandas de frecuencias, especialmente en las partes del espectro VHF y UHF, para la comunicación entre estaciones base fijas y transceptores portátiles o montados en vehículos móviles terrestres . En Estados Unidos, estos servicios se conocen informalmente como radio de banda empresarial . Véase también Radio móvil profesional .
La radio policial y otros servicios de seguridad pública, como los departamentos de bomberos y ambulancias, generalmente se encuentran en las partes del espectro VHF y UHF. Los sistemas troncales se utilizan a menudo para hacer un uso más eficiente del número limitado de frecuencias disponibles.
La demanda de servicios de telefonía móvil ha dado lugar a que se asignen grandes bloques de espectro radioeléctrico a frecuencias celulares .
El control de radio confiable utiliza bandas dedicadas a este propósito. Los juguetes controlados por radio pueden utilizar porciones del espectro sin licencia en las bandas de 27 MHz o 49 MHz, pero los modelos de aviones, barcos o vehículos terrestres más costosos utilizan frecuencias de control de radio dedicadas cercanas a los 72 MHz para evitar interferencias por usos sin licencia. El siglo XXI ha visto un paso hacia los sistemas de control RC de espectro extendido de 2,4 GHz.
Los radioaficionados con licencia utilizan partes de la banda de 6 metros en América del Norte. El control remoto industrial de grúas o locomotoras de ferrocarril utiliza frecuencias asignadas que varían según la zona.
Las aplicaciones de radar utilizan transmisores de impulsos de potencia relativamente alta y receptores sensibles, por lo que el radar funciona en bandas que no se utilizan para otros fines. La mayoría de las bandas de radar se encuentran en la parte del espectro de microondas , aunque algunas aplicaciones importantes para la meteorología utilizan potentes transmisores en la banda UHF.