En las comunicaciones por radio , utilizadas en transmisiones de radio y televisión , teléfonos celulares , radios bidireccionales , redes inalámbricas y comunicaciones por satélite , entre muchos otros usos, las ondas de radio se utilizan para transportar información a través del espacio desde un transmisor a un receptor, modulando la Señal de radio (impresión de una señal de información en la onda de radio variando algún aspecto de la onda) en el transmisor. En el radar , utilizado para localizar y rastrear objetos como aviones, barcos, naves espaciales y misiles, un haz de ondas de radio emitido por un transmisor de radar se refleja en el objeto objetivo y las ondas reflejadas revelan la ubicación del objeto. En los sistemas de radionavegación como GPS y VOR , un instrumento de navegación móvil recibe señales de radio de radiobalizas de navegación cuya posición se conoce y, midiendo con precisión el tiempo de llegada de las ondas de radio, el receptor puede calcular su posición en la Tierra. En los dispositivos inalámbricos de control remoto por radio, como drones , abridores de puertas de garaje y sistemas de entrada sin llave , las señales de radio transmitidas desde un dispositivo controlador controlan las acciones de un dispositivo remoto.
La existencia de ondas de radio fue demostrada por primera vez por el físico alemán Heinrich Hertz el 11 de noviembre de 1886. [4] A mediados de la década de 1890, aprovechando las técnicas que los físicos utilizaban para estudiar las ondas electromagnéticas, Guglielmo Marconi desarrolló el primer aparato para comunicaciones por radio a larga distancia. [5] enviando un mensaje inalámbrico en código Morse a un destinatario a más de un kilómetro de distancia en 1895, [6] y la primera señal transatlántica el 12 de diciembre de 1901. [7] La primera transmisión de radio comercial se transmitió el 2 de noviembre de 1920, cuando la transmisión en vivo Los resultados de las elecciones presidenciales de Harding-Cox fueron transmitidos por Westinghouse Electric and Manufacturing Company en Pittsburgh, bajo el distintivo de llamada KDKA . [8]
La palabra "radio" se deriva de la palabra latina "radius", que significa "hablo de una rueda, haz de luz, rayo". Se aplicó por primera vez a las comunicaciones en 1881 cuando, por sugerencia del científico francés Ernest Mercadier [fr] , Alexander Graham Bell adoptó "radioteléfono" (que significa "sonido irradiado") como nombre alternativo para su sistema de transmisión óptica fotófono . [9] [10]
Tras el descubrimiento por parte de Heinrich Hertz de la existencia de ondas de radio en 1886, se utilizó inicialmente el término "ondas hertzianas" para esta radiación. [11] Los primeros sistemas prácticos de comunicaciones por radio, desarrollados por Guglielmo Marconi en 1894-1895, transmitían señales telegráficas mediante ondas de radio, [4] por lo que la comunicación por radio se denominó por primera vez " telegrafía inalámbrica ". Hasta aproximadamente 1910, el término "telegrafía inalámbrica" también incluía una variedad de otros sistemas experimentales para transmitir señales telegráficas sin cables, incluida la inducción electrostática , la inducción electromagnética y la conducción acuática y terrestre , por lo que era necesario un término más preciso que se refiriera exclusivamente a radiación electromagnética. [12] [13]
El físico francés Édouard Branly , que en 1890 desarrolló el cohesor detector de ondas de radio , lo llamó en francés radioconductor . [14] [15] El prefijo radio- se utilizó más tarde para formar palabras descriptivas adicionales compuestas y con guiones, especialmente en Europa. Por ejemplo, a principios de 1898 la publicación británica The Practical Engineer incluía una referencia al "radiotelegrafo" y la "radiotelegrafía". [14] [16]
El uso de "radio" como palabra independiente se remonta al menos al 30 de diciembre de 1904, cuando las instrucciones emitidas por la Oficina de Correos británica para transmitir telegramas especificaban que "La palabra 'Radio'... se envía en las Instrucciones de servicio". [14] [17] Esta práctica fue adoptada universalmente, y la palabra "radio" introducida internacionalmente, por el Convenio Radiotelegráfico de Berlín de 1906, que incluía un Reglamento de Servicio que especificaba que "Los radiotelegramas deberán indicar en el preámbulo que el servicio es 'Radio ' " . . [14]
El cambio a "radio" en lugar de "inalámbrico" se produjo de forma lenta y desigual en el mundo de habla inglesa. Lee de Forest ayudó a popularizar la nueva palabra en los Estados Unidos: a principios de 1907, fundó la DeForest Radio Telephone Company, y su carta del 22 de junio de 1907 en Electrical World sobre la necesidad de restricciones legales advertía que "el caos radiofónico será sin duda el resultado hasta que se aplique una regulación tan estricta". [18] La Marina de los Estados Unidos también desempeñaría un papel. Aunque su traducción de la Convención de Berlín de 1906 utilizó los términos "telégrafo inalámbrico" y "telegrama inalámbrico", en 1912 comenzó a promover el uso de "radio". El término comenzó a ser preferido por el público en general en la década de 1920 con la introducción de la radiodifusión.
Las ondas de radio son irradiadas por cargas eléctricas que sufren aceleración . [21] [22] Se generan artificialmente mediante corrientes eléctricas que varían en el tiempo , y consisten en electrones que fluyen hacia adelante y hacia atrás en un conductor metálico llamado antena. [23] [24]
A medida que se alejan de la antena transmisora, las ondas de radio se propagan de modo que la intensidad de su señal ( intensidad en vatios por metro cuadrado) disminuye, por lo que las transmisiones de radio solo se pueden recibir dentro de un rango limitado del transmisor, la distancia depende de la potencia del transmisor. el patrón de radiación de la antena , la sensibilidad del receptor, el nivel de ruido y la presencia de obstrucciones entre el transmisor y el receptor. Una antena omnidireccional transmite o recibe ondas de radio en todas las direcciones, mientras que una antena direccional o una antena de alta ganancia transmite ondas de radio en un haz en una dirección particular, o recibe ondas de una sola dirección. [25] [26] [27]
Las ondas de radio viajan a la velocidad de la luz en el vacío. [28] [29]
Los otros tipos de ondas electromagnéticas, además de las ondas de radio, infrarrojas , luz visible , ultravioleta , rayos X y rayos gamma , también pueden transportar información y utilizarse para la comunicación. El amplio uso de las ondas de radio para las telecomunicaciones se debe principalmente a sus deseables propiedades de propagación derivadas de su gran longitud de onda. [24]
Comunicación por radio
Comunicación por radio. La información, como el sonido, se convierte mediante un transductor, como un micrófono , en una señal eléctrica, que modula una onda de radio producida por el transmisor . Un receptor intercepta la onda de radio y extrae la señal de modulación que contiene información, que se convierte nuevamente a una forma utilizable por humanos con otro transductor, como un altavoz .Comparación de ondas de radio moduladas AM y FM.
En los sistemas de comunicación por radio, la información se transporta a través del espacio mediante ondas de radio. En el extremo emisor, la información que se va a enviar se convierte mediante algún tipo de transductor en una señal eléctrica variable en el tiempo llamada señal de modulación. [24] [30] La señal de modulación puede ser una señal de audio que representa el sonido de un micrófono , una señal de video que representa imágenes en movimiento de una cámara de video o una señal digital que consiste en una secuencia de bits que representan datos binarios de una computadora. La señal de modulación se aplica a un transmisor de radio . En el transmisor, un oscilador electrónico genera una corriente alterna que oscila a una radiofrecuencia , llamada onda portadora porque sirve para "llevar" la información a través del aire. La señal de información se utiliza para modular la portadora, variando algún aspecto de la onda portadora, grabando la información en la portadora. Diferentes sistemas de radio utilizan diferentes métodos de modulación : [31]
AM ( modulación de amplitud ): en un transmisor de AM, la amplitud (fuerza) de la onda portadora de radio varía según la señal de modulación; [31] : 3
También se utilizan muchos otros tipos de modulación. En algunos tipos no se transmite una onda portadora sino sólo una o ambas bandas laterales de modulación . [33]
La portadora modulada se amplifica en el transmisor y se aplica a una antena transmisora que irradia la energía en forma de ondas de radio. Las ondas de radio transportan la información hasta la ubicación del receptor. [34]
En el receptor, la onda de radio induce un pequeño voltaje oscilante en la antena receptora que es una réplica más débil de la corriente en la antena transmisora. [24] [30] Este voltaje se aplica al receptor de radio , que amplifica la señal de radio débil para que sea más fuerte, luego la demodula , extrayendo la señal de modulación original de la onda portadora modulada. La señal de modulación se convierte mediante un transductor a una forma utilizable por humanos: una señal de audio se convierte en ondas sonoras mediante un altavoz o unos auriculares, una señal de vídeo se convierte en imágenes mediante una pantalla , mientras que una señal digital se aplica a una computadora. o microprocesador, que interactúa con los usuarios humanos. [31]
Las ondas de radio de muchos transmisores pasan por el aire simultáneamente sin interferir entre sí porque las ondas de radio de cada transmisor oscilan a una velocidad diferente, en otras palabras, cada transmisor tiene una frecuencia diferente , medida en hercios (Hz), kilohercios (kHz), megahercios (MHz) o gigahercios (GHz). La antena receptora normalmente capta las señales de radio de muchos transmisores. El receptor utiliza circuitos sintonizados para seleccionar la señal de radio deseada entre todas las señales captadas por la antena y rechazar las demás. Un circuito sintonizado (también llamado circuito resonante o circuito tanque) actúa como un resonador , similar a un diapasón . [30] Tiene una frecuencia de resonancia natural a la que oscila. El usuario ajusta la frecuencia de resonancia del circuito sintonizado del receptor a la frecuencia de la estación de radio deseada; esto se llama "sintonización". La señal de radio oscilante de la estación deseada hace que el circuito sintonizado resuene , oscile en simpatía y pasa la señal al resto del receptor. Las señales de radio en otras frecuencias son bloqueadas por el circuito sintonizado y no se transmiten. [35]
Banda ancha
Espectro de frecuencia de una señal de radio AM o FM modulada típica. Consiste en un componente C en la frecuencia de la onda portadora con la información ( modulación ) contenida en dos bandas estrechas de frecuencias llamadas bandas laterales ( SB ) justo encima y debajo de la frecuencia portadora.
Una onda de radio modulada, que transporta una señal de información, ocupa un rango de frecuencias . La información ( modulación ) en una señal de radio generalmente se concentra en bandas de frecuencia estrechas llamadas bandas laterales ( SB ), justo por encima y por debajo de la frecuencia portadora . El ancho en hercios del rango de frecuencia que ocupa la señal de radio, la frecuencia más alta menos la frecuencia más baja, se llama ancho de banda ( BW ). [31] [36] Para cualquier relación señal-ruido dada , una cantidad de ancho de banda puede transportar la misma cantidad de información ( velocidad de datos en bits por segundo) independientemente de en qué parte del espectro de radiofrecuencia se encuentre, por lo que el ancho de banda es una medida de la capacidad de transportar información . El ancho de banda requerido por una transmisión de radio depende de la velocidad de datos de la información (señal de modulación) que se envía y de la eficiencia espectral del método de modulación utilizado; Cuántos datos puede transmitir en cada kilohercio de ancho de banda. Los diferentes tipos de señales de información transmitidas por radio tienen diferentes velocidades de datos. Por ejemplo, una señal de televisión (vídeo) tiene una mayor velocidad de datos que una señal de audio . [31] [37]
El espectro radioeléctrico , la gama total de frecuencias radioeléctricas que se pueden utilizar para la comunicación en una zona determinada, es un recurso limitado. [36] [3] Cada transmisión de radio ocupa una parte del ancho de banda total disponible. El ancho de banda de radio se considera un bien económico que tiene un coste monetario y cuya demanda va en aumento. En algunas partes del espectro radioeléctrico, el derecho a utilizar una banda de frecuencia o incluso un único canal de radio se compra y vende por millones de dólares. Por tanto, existe un incentivo para emplear tecnología que minimice el ancho de banda utilizado por los servicios de radio. [37]
A finales de la década de 1990 comenzó una lenta transición de las tecnologías de transmisión de radio analógicas a digitales . [38] [39] Parte de la razón de esto es que la modulación digital a menudo puede transmitir más información (una mayor velocidad de datos) en un ancho de banda determinado que la modulación analógica , mediante el uso de algoritmos de compresión de datos , que reducen la redundancia en los datos que se enviarán. y una modulación más eficiente. Otras razones para la transición es que la modulación digital tiene mayor inmunidad al ruido que la analógica, los chips de procesamiento de señales digitales tienen más potencia y flexibilidad que los circuitos analógicos y se puede transmitir una amplia variedad de tipos de información utilizando la misma modulación digital. [31]
La UIT divide arbitrariamente el espectro de radio 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 veces una potencia de diez, y cada una cubre una década de frecuencia o longitud de onda. [3] [40] Cada una de estas bandas tiene un nombre tradicional: [41]
Se puede observar que el ancho de banda , el rango de frecuencias, contenido en cada banda no es igual sino que aumenta exponencialmente a medida que aumenta la frecuencia; cada banda contiene diez veces el ancho de banda de la banda anterior. [42]
El término "frecuencia tremendamente baja" (TLF) se ha utilizado para longitudes de onda de 1 a 3 Hz (300 000 a 100 000 km), [43] pero la UIT no ha definido el término. [41]
Regulación
Las ondas son un recurso compartido por muchos usuarios. Dos transmisores de radio en la misma área que intenten transmitir en la misma frecuencia interferirán entre sí, lo que provocará una recepción confusa, por lo que ninguna de las transmisiones podrá recibirse con claridad. [36] Las interferencias en las transmisiones de radio no sólo pueden tener un gran coste económico, sino que también pueden poner en peligro la vida (por ejemplo, en el caso de interferencias en las comunicaciones de emergencia o en el control del tráfico aéreo ). [44] [45]
Para evitar interferencias entre diferentes usuarios, la emisión de ondas de radio está estrictamente regulada por leyes nacionales, coordinadas por un organismo internacional, la Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT), que asigna bandas en el espectro radioeléctrico para diferentes usos. [36] [3] Los transmisores de radio deben contar con licencia de los gobiernos, bajo una variedad de clases de licencia según el uso, y están restringidos a ciertas frecuencias y niveles de potencia. En algunas clases, como las estaciones de radio y televisión, el transmisor recibe un identificador único que consta de una cadena de letras y números llamado distintivo de llamada , que debe usarse en todas las transmisiones. [46] Para ajustar, mantener o reparar internamente transmisores de radioteléfono, las personas deben poseer una licencia gubernamental, como la licencia general de operador de radioteléfono en los EE. UU., obtenida mediante la realización de una prueba que demuestre conocimientos técnicos y legales adecuados sobre el funcionamiento seguro de la radio. [47]
A continuación se muestran algunos de los usos más importantes de la radio, organizados por función.
Radiodifusión
La radiodifusión es la transmisión unidireccional de información desde un transmisor a receptores pertenecientes a una audiencia pública. [49] Dado que las ondas de radio se debilitan con la distancia, una estación de radiodifusión sólo puede recibirse dentro de una distancia limitada de su transmisor. [50] Los sistemas que transmiten desde satélites generalmente pueden recibirse en todo un país o continente. La radio y la televisión terrestres más antiguas las pagan la publicidad comercial o los gobiernos. En sistemas de suscripción como televisión por satélite y radio por satélite el cliente paga una cuota mensual. En estos sistemas, la señal de radio está cifrada y sólo puede ser descifrada por el receptor, que está controlado por la empresa y puede desactivarse si el cliente no paga. [51]
La radiodifusión utiliza varias partes del espectro radioeléctrico, según el tipo de señales transmitidas y el público objetivo deseado. Las señales de onda larga y media pueden brindar una cobertura confiable de áreas de varios cientos de kilómetros de diámetro, pero tienen una capacidad de transporte de información más limitada y, por lo tanto, funcionan mejor con señales de audio (voz y música), y la calidad del sonido puede verse degradada por el ruido de radio natural. y fuentes artificiales. Las bandas de onda corta tienen un mayor alcance potencial pero están más sujetas a interferencias de estaciones distantes y condiciones atmosféricas variables que afectan la recepción. [52] [53]
En la banda de frecuencia muy alta , superior a 30 megahercios, la atmósfera terrestre tiene un efecto menor en el alcance de las señales y la propagación con línea de visión se convierte en el modo principal. Estas frecuencias más altas permiten el gran ancho de banda requerido para la transmisión de televisión. Dado que las fuentes de ruido natural y artificial están menos presentes en estas frecuencias, es posible la transmisión de audio de alta calidad mediante modulación de frecuencia . [54] [55]
Audio: Transmisión de radio
La radiodifusión significa la transmisión de audio (sonido) a receptores de radio pertenecientes a una audiencia pública. El audio analógico es la forma más antigua de transmisión de radio. La transmisión por AM comenzó alrededor de 1920. La transmisión por FM se introdujo a fines de la década de 1930 con una fidelidad mejorada . Un receptor de radiodifusión se llama radio . La mayoría de las radios pueden recibir tanto AM como FM. [56]
Transmisión de onda corta : las estaciones de radio heredadas también permiten la transmisión AM en las bandas de onda corta . Dado que las ondas de radio en estas bandas pueden viajar distancias intercontinentales reflejándose en la ionosfera mediante ondas celestes o propagación por "salto", las estaciones internacionales utilizan la onda corta y transmiten a otros países. [58] [59]
La radio digital implica una variedad de estándares y tecnologías para transmitir señales de radio digitales por aire. Algunos sistemas, como HD Radio y DRM , operan en las mismas bandas de ondas que las transmisiones analógicas, ya sea como reemplazo de estaciones analógicas o como servicio complementario. Otros, como DAB/DAB+ e ISDB _Tsb, operan en bandas de ondas tradicionalmente utilizadas para servicios de televisión o satélite. [61]
Radio "Roberts" para DAB
La transmisión de audio digital (DAB) debutó en algunos países en 1998. Transmite audio como una señal digital en lugar de una señal analógica como lo hacen AM y FM. [62] DAB tiene el potencial de proporcionar un sonido de mayor calidad que FM (aunque muchas estaciones eligen no transmitir con una calidad tan alta), tiene mayor inmunidad al ruido de radio y a las interferencias, hace un mejor uso del escaso ancho de banda del espectro de radio y proporciona servicios avanzados para usuarios. funciones como guías electrónicas de programas . Su desventaja es que es incompatible con radios anteriores por lo que hay que adquirir un nuevo receptor DAB. [63] Varios países han fijado fechas para apagar las redes FM analógicas en favor de DAB/DAB+, en particular Noruega en 2017 [64] y Suiza en 2024. [65]
Una sola estación DAB transmite una señal de ancho de banda de 1500 kHz que transporta entre 9 y 12 canales de audio digital modulado por OFDM entre los que el oyente puede elegir. Las emisoras pueden transmitir un canal a diferentes velocidades de bits , por lo que diferentes canales pueden tener diferente calidad de audio. En diferentes países, las estaciones DAB transmiten en la banda III (174–240 MHz) o en la banda L (1,452–1,492 GHz) en el rango UHF, por lo que la recepción de FM está limitada por el horizonte visual a aproximadamente 40 millas (64 km). [66] [63]
Digital Radio Mondiale (DRM) es un estándar de radio digital terrestre competitivo desarrollado principalmente por emisoras como un reemplazo de mayor eficiencia espectral para las transmisiones heredadas de AM y FM. Mondiale significa "mundial" en francés e italiano; DRM se desarrolló en 2001 y actualmente cuenta con el respaldo de 23 países y fue adoptado por algunas emisoras europeas y orientales a partir de 2003. El modo DRM30 utiliza las bandas de transmisión comerciales por debajo de 30 MHz y está pensado como reemplazo de la transmisión AM estándar en el bandas de onda larga , onda media y onda corta . El modo DRM+ utiliza frecuencias VHF centradas alrededor de la banda de transmisión de FM y está pensado como reemplazo de la transmisión de FM. Es incompatible con los receptores de radio existentes, por lo que requiere que los oyentes compren un nuevo receptor DRM. La modulación utilizada es una forma de OFDM llamada COFDM en la que se transmiten hasta 4 portadoras en un canal anteriormente ocupado por una única señal AM o FM, modulada por modulación de amplitud en cuadratura (QAM). [71] [59]
El sistema DRM está diseñado para ser lo más compatible posible con los transmisores de radio AM y FM existentes, de modo que gran parte del equipo de las estaciones de radio existentes pueda continuar en uso, complementado con equipos de modulación DRM. [71] [59]
La radiodifusión televisiva es la transmisión de imágenes en movimiento por radio, que consisten en secuencias de imágenes fijas, que se muestran en una pantalla de un receptor de televisión (un "televisor" o televisor) junto con un canal de audio (sonido) sincronizado. Las señales de televisión ( vídeo ) ocupan un ancho de banda más amplio que las señales de radiodifusión ( audio ). La televisión analógica , la tecnología de televisión original, requería 6 MHz, por lo que las bandas de frecuencia de televisión se dividen en canales de 6 MHz, ahora llamados "canales RF". [74]
El estándar de televisión actual, introducido a partir de 2006, es un formato digital llamado televisión de alta definición (HDTV), que transmite imágenes con una resolución más alta, normalmente 1.080 píxeles de alto por 1.920 píxeles de ancho, a una velocidad de 25 o 30 fotogramas por segundo. Los sistemas de transmisión de televisión digital (DTV), que reemplazaron a la antigua televisión analógica en una transición que comenzó en 2006, utilizan compresión de imágenes y modulación digital de alta eficiencia como OFDM y 8VSB para transmitir vídeo HDTV dentro de un ancho de banda menor que los antiguos canales analógicos, ahorrando escasos espacio del espectro radioeléctrico . Por lo tanto, cada uno de los canales de RF analógicos de 6 MHz transmite ahora hasta 7 canales DTV; estos se denominan "canales virtuales". Los receptores de televisión digital tienen un comportamiento diferente en presencia de mala recepción o ruido que la televisión analógica, lo que se denomina efecto " acantilado digital ". A diferencia de la televisión analógica, en la que una recepción cada vez más deficiente hace que la calidad de la imagen se degrade gradualmente, en la televisión digital la calidad de la imagen no se ve afectada por una mala recepción hasta que, en cierto momento, el receptor deja de funcionar y la pantalla se queda en negro. [75] [76]
La televisión terrestre , la televisión por aire (OTA) o la televisión abierta : la tecnología de televisión más antigua, es la transmisión de señales de televisión desde estaciones de televisión terrestres a receptores de televisión (llamados televisores o televisores) en los hogares de los espectadores. La radiodifusión de televisión terrestre utiliza las bandas de 41 a 88 MHz ( banda baja de VHF o Banda I , que transmite los canales de RF 1 a 6), 174 a 240 MHz (banda alta de VHF o Banda III ; que transmite los canales de RF 7 a 13) y 470 – 614 MHz ( Banda UHF IV y Banda V ; transporta canales de RF 14 en adelante). [77] Los límites de frecuencia exactos varían en diferentes países. [78] La propagación se realiza por línea de visión , por lo que la recepción está limitada por el horizonte visual. [79] En los EE. UU., la potencia radiada efectiva (ERP) de los transmisores de televisión se regula según la altura sobre el terreno promedio . [80] Los espectadores más cercanos al transmisor de televisión pueden usar una simple antena dipolo de "orejas de conejo" en la parte superior del televisor, pero los espectadores en áreas de recepción marginales generalmente requieren una antena exterior montada en el techo para obtener una recepción adecuada. [79]
(izquierda) Super Dish 121 de DISH Network montado en una azotea. (derecha) Una torre residencial con antenas parabólicas de televisión utilizadas por varios usuarios
Los servicios gubernamentales de señales horarias y frecuencias estándar operan estaciones de radio horarias que transmiten continuamente señales horarias extremadamente precisas producidas por relojes atómicos , como referencia para sincronizar otros relojes. [83] Algunos ejemplos son BPC , DCF77 , JJY , MSF , RTZ , TDF , WWV e YVTO . [84] Un uso es en relojes de radio y relojes, que incluyen un receptor automático que periódicamente (generalmente semanalmente) recibe y decodifica la señal horaria y restablece el reloj de cuarzo interno del reloj a la hora correcta, permitiendo así que un reloj pequeño o de escritorio Tiene la misma precisión que un reloj atómico. Las estaciones horarias gubernamentales están disminuyendo en número porque los satélites GPS y el Protocolo de hora de la red de Internet (NTP) proporcionan estándares horarios igualmente precisos. [85]
Comunicación de voz bidireccional
Una radio bidireccional es un transceptor de audio , un receptor y un transmisor en un mismo dispositivo, que se utiliza para la comunicación de voz bidireccional de persona a persona con otros usuarios con radios similares. Un término más antiguo para este modo de comunicación es radiotelefonía . El enlace de radio puede ser semidúplex , como en un walkie-talkie , utilizando un único canal de radio en el que sólo un radio puede transmitir a la vez, por lo que diferentes usuarios se turnan para hablar, presionando un botón " push to talk " en su radio. que apaga el receptor y enciende el transmisor. O el enlace de radio puede ser full duplex , un enlace bidireccional que utiliza dos canales de radio para que ambas personas puedan hablar al mismo tiempo, como en un teléfono móvil. [86]
Teléfono celular : un teléfono inalámbrico portátil que se conecta a la red telefónica mediante señales de radio intercambiadas con una antena local en una estación base celular ( torre celular ). [87] El área de servicio cubierta por el proveedor se divide en pequeñas áreas geográficas llamadas "células", cada una de las cuales cuenta con una antena de estación base independiente y un transceptor multicanal . Todos los teléfonos móviles de una célula se comunican con esta antena en canales de frecuencia separados, asignados a partir de un conjunto común de frecuencias. El propósito de la organización celular es conservar el ancho de banda de radio mediante la reutilización de frecuencias . Se utilizan transmisores de baja potencia para que las ondas de radio utilizadas en una celda no viajen mucho más allá de la celda, lo que permite reutilizar las mismas frecuencias en celdas geográficamente separadas. Cuando un usuario que lleva un teléfono celular pasa de un celular a otro, su teléfono se "entrega" automáticamente y sin problemas a la nueva antena y se le asignan nuevas frecuencias. Los teléfonos móviles tienen un transceptor digital dúplex completo altamente automatizado que utiliza modulación OFDM y dos canales de radio digitales, cada uno de los cuales transmite una dirección de la conversación bidireccional, así como un canal de control que maneja la marcación de llamadas y "entrega" el teléfono a otra torre de telefonía celular. Las redes 2G , 3G y 4G más antiguas utilizan frecuencias en el rango UHF y microondas bajo, entre 700 MHz y 3 GHz. El transmisor del teléfono celular ajusta su potencia de salida para utilizar la potencia mínima necesaria para comunicarse con la torre celular; 0,6 W cerca de la torre, hasta 3 W cuando está más lejos. La potencia del transmisor del canal de la torre de telefonía móvil es de 50 W. Los teléfonos de la generación actual, llamados smartphones , tienen muchas funciones además de realizar llamadas telefónicas y, por lo tanto, tienen varios otros transmisores y receptores de radio que los conectan con otras redes: generalmente un módem Wi-Fi , un módem Bluetooth. y un receptor GPS . [88] [89] [90]
(izquierda) Antena de onda milimétrica 5G, Alemania (derecha) Teléfonos inteligentes 5G polacos
Red celular 5G : redes celulares de próxima generación que comenzaron a implementarse en 2019. Su principal ventaja son velocidades de datos mucho más altas que las redes celulares anteriores, hasta 10 Gbps ; 100 veces más rápido que la tecnología celular anterior, 4G LTE . Las velocidades de datos más altas se logran en parte mediante el uso de ondas de radio de mayor frecuencia, en la banda superior de microondas de 3 a 6 GHz, y en la banda de ondas milimétricas , alrededor de 28 y 39 GHz. Dado que estas frecuencias tienen un alcance más corto que las bandas de teléfonos móviles anteriores, las celdas serán más pequeñas que las de las redes celulares anteriores, que podrían tener muchos kilómetros de diámetro. Las celdas de ondas milimétricas tendrán sólo unas pocas cuadras de largo y, en lugar de una estación base celular y una torre de antena, tendrán muchas antenas pequeñas conectadas a postes de servicios públicos y edificios. [91] [92]
Teléfonos satelitales, que muestran las grandes antenas necesarias para comunicarse con el satélite.
Teléfono satelital ( satphone ): un teléfono inalámbrico portátil similar a un teléfono celular, conectado a la red telefónica a través de un enlace de radio a un satélite de comunicaciones en órbita en lugar de a través de torres de telefonía celular . Son más caros que los móviles; pero su ventaja es que, a diferencia de un teléfono móvil que se limita a zonas cubiertas por torres de telefonía móvil, los teléfonos por satélite pueden utilizarse en la mayor parte o en toda el área geográfica de la Tierra. Para que el teléfono se comunique con un satélite mediante una pequeña antena omnidireccional , los sistemas de primera generación utilizan satélites en órbita terrestre baja , a unas 400 a 700 millas (640 a 1100 km) sobre la superficie. Con un período orbital de unos 100 minutos, un satélite sólo puede estar a la vista de un teléfono durante unos 4 a 15 minutos, por lo que la llamada se "pasa" a otro satélite cuando uno pasa más allá del horizonte local. Por lo tanto, se requiere una gran cantidad de satélites, entre 40 y 70, para garantizar que al menos un satélite esté visible continuamente desde cada punto de la Tierra. Otros sistemas de telefonía por satélite utilizan satélites en órbita geoestacionaria , en los que sólo se necesitan unos pocos satélites, pero que no pueden utilizarse en latitudes elevadas debido a las interferencias terrestres. [93] [94]
Teléfono inalámbrico : un teléfono fijo en el que el auricular es portátil y se comunica con el resto del teléfono mediante un enlace de radio dúplex completo de corto alcance , en lugar de estar conectado mediante un cable. Tanto el teléfono como la estación base tienen transceptores de radio de baja potencia que manejan el enlace de radio bidireccional de corto alcance. [95] A partir de 2022 [actualizar], los teléfonos inalámbricos en la mayoría de los países utilizan el estándar de transmisión DECT . [96]
Motorola SCR-536 de la Segunda Guerra Mundial, el primer walkie-talkie
Sistema de radio móvil terrestre : transceptores de radio semidúplex móviles o portátiles de corto alcance que funcionan en la banda VHF o UHF y que se pueden utilizar sin licencia. A menudo se instalan en vehículos y las unidades móviles se comunican con un despachador en una estación base fija . Los servicios de primeros auxilios utilizan sistemas especiales con frecuencias reservadas ; servicios de policía, bomberos, ambulancias y emergencias, y otros servicios gubernamentales. Otros sistemas están diseñados para ser utilizados por empresas comerciales, como taxis y servicios de entrega. Los sistemas VHF utilizan canales en el rango de 30 a 50 MHz y de 150 a 172 MHz. Los sistemas UHF utilizan la banda de 450 a 470 MHz y, en algunas áreas, el rango de 470 a 512 MHz. En general, los sistemas VHF tienen un alcance mayor que los UHF pero requieren antenas más largas. Se utiliza principalmente la modulación AM o FM, pero se están introduciendo sistemas digitales como DMR . La potencia radiada suele estar limitada a 4 vatios. [87] Estos sistemas tienen un alcance bastante limitado, generalmente de 3 a 20 millas (4,8 a 32 km), dependiendo del terreno. Los repetidores instalados en edificios altos, colinas o picos de montañas se utilizan a menudo para aumentar el alcance cuando se desea cubrir un área mayor que la línea de visión. Ejemplos de sistemas móviles terrestres son CB , FRS , GMRS y MURS . Los sistemas digitales modernos, llamados sistemas de radio troncalizados , cuentan con un sistema de gestión de canales digitales mediante un canal de control que asigna automáticamente canales de frecuencia a grupos de usuarios. [97]
Bombero que utiliza un moderno walkie-talkie
Walkie-talkie : radio bidireccional semidúplex portátil que funciona con baterías y que se utiliza en sistemas de radio móviles terrestres. [98]
Airband : sistema de radio semidúplex utilizado por pilotos de aviones para hablar con otros aviones y controladores de tráfico aéreo en tierra . Este vital sistema es el principal canal de comunicación para el control del tráfico aéreo . Para la mayoría de las comunicaciones en vuelos terrestres en corredores aéreos se utiliza un sistema VHF-AM que utiliza canales entre 108 y 137 MHz en la banda VHF . Este sistema tiene un alcance de transmisión típico de 200 millas (320 km) para aviones que vuelan a altitud de crucero. [99] [100] Para vuelos en áreas más remotas, como vuelos transoceánicos de aerolíneas, los aviones utilizan la banda HF o canales en los satélites de telefonía satelital Inmarsat o Iridium . [101] Los aviones militares también utilizan una banda UHF-AM dedicada de 225,0 a 399,95 MHz. [102]
Radio marina VHF en un barco
Radio marina : transceptores de alcance medio en barcos, utilizados para comunicaciones de barco a barco, de barco a aire y de barco a costa con capitanes de puerto . Utilizan canales de FM entre 156 y 174 MHz en la banda VHF con hasta 25 vatios de potencia, lo que les da un alcance de aproximadamente 60 millas (97 km). Algunos canales son half-duplex y otros full-duplex , para ser compatibles con la red telefónica, para permitir a los usuarios realizar llamadas telefónicas a través de un operador marítimo. [103]
Radioaficionado : radio bidireccional semidúplex de largo alcance utilizada por aficionados con fines no comerciales: contactos de radio recreativos con otros aficionados, comunicación de emergencia voluntaria durante desastres, concursos y experimentación. Los radioaficionados deben tener una licencia de radioaficionado y reciben un indicativo único que debe utilizarse como identificador en las transmisiones. La radioafición está restringida a pequeñas bandas de frecuencia, las bandas de radioaficionado , espaciadas a lo largo del espectro radioeléctrico a partir de 136 kHz. Dentro de estas bandas, los aficionados tienen la libertad de transmitir en cualquier frecuencia utilizando una amplia variedad de métodos de modulación de voz, junto con otras formas de comunicación, como la televisión de barrido lento (SSTV) y el radioteletipo (RTTY). Además, los aficionados se encuentran entre los únicos operadores de radio que todavía utilizan la radiotelegrafía en código Morse . [104]
Comunicación de voz unidireccional
La transmisión de radio unidireccional y unidireccional se llama simplex .
Monitor de bebé : un aparato colocado junto a la cuna para padres de bebés que transmite los sonidos del bebé a un receptor que llevan los padres, para que puedan monitorear al bebé mientras está en otras partes de la casa. [105] Las bandas de ondas utilizadas varían según la región, pero los vigilabebés analógicos generalmente transmiten con baja potencia en las bandas de ondas de 16, 9,3 a 49,9 o 900 MHz, y los sistemas digitales en la banda de ondas de 2,4 GHz. [106] Muchos monitores para bebés tienen canales dúplex para que los padres puedan hablar con el bebé y cámaras para mostrar videos del bebé. [107]
Micrófono inalámbrico : micrófono alimentado por batería con un transmisor de corto alcance que se puede llevar en la mano o en el cuerpo de una persona y que transmite su sonido por radio a una unidad receptora cercana conectada a un sistema de sonido. Los oradores públicos, artistas y personalidades de la televisión utilizan micrófonos inalámbricos para poder moverse libremente sin arrastrar el cable del micrófono. Tradicionalmente, los modelos analógicos transmiten en FM en porciones no utilizadas de las frecuencias de transmisión de televisión en las bandas VHF y UHF. Algunos modelos transmiten en dos canales de frecuencia para una recepción diversa y evitar que los nulos interrumpan la transmisión cuando el artista se mueve. [108] Algunos modelos utilizan modulación digital para evitar la recepción no autorizada por parte de receptores de radio de escáner; estos operan en las bandas ISM de 900 MHz, 2,4 GHz o 6 GHz . [109] Las normas europeas también admiten sistemas de audio multicanal inalámbricos (WMAS) que pueden soportar mejor el uso de una gran cantidad de micrófonos inalámbricos en un solo evento o lugar. A partir de 2021 [actualizar], los reguladores estadounidenses estaban considerando adoptar reglas para WMAS. [110]
Comunicación de datos
Redes inalámbricas : enlaces de radio automatizados que transmiten datos digitales entre computadoras y otros dispositivos inalámbricos utilizando ondas de radio, vinculando los dispositivos de forma transparente en una red informática . Las redes informáticas pueden transmitir cualquier forma de datos: además de correo electrónico y páginas web, también transmiten llamadas telefónicas ( VoIP ), contenidos de audio y vídeo (llamados medios de streaming ). La seguridad es más un problema para las redes inalámbricas que para las redes cableadas, ya que cualquier persona cercana con un módem inalámbrico puede acceder a la señal e intentar iniciar sesión. Las señales de radio de las redes inalámbricas están cifradas mediante WPA . [111]
LAN inalámbrica ( red de área local inalámbrica o Wi-Fi ) – basadas en los estándares IEEE 802.11 , estas son las redes informáticas más utilizadas, utilizadas para implementar redes de área local sin cables, vinculando computadoras, portátiles, teléfonos móviles, consolas de videojuegos , televisores inteligentes e impresoras en una casa u oficina juntos, y a un enrutador inalámbrico que los conecta a Internet con una conexión de alambre o cable. Los enrutadores inalámbricos en lugares públicos como bibliotecas, hoteles y cafeterías crean puntos de acceso inalámbrico ( puntos de acceso ) para permitir al público acceder a Internet con dispositivos portátiles como teléfonos inteligentes , tabletas o computadoras portátiles . Cada dispositivo intercambia datos mediante un módem inalámbrico (controlador de interfaz de red inalámbrica), un transmisor de microondas automatizado y un receptor con una antena omnidireccional que funciona en segundo plano, intercambiando paquetes de datos con el enrutador. Wi-Fi utiliza canales en las bandas ISM de 2,4 GHz y 5 GHz con modulación OFDM ( multiplexación por división de frecuencia ortogonal ) para transmitir datos a altas velocidades. Los transmisores de los módems Wi-Fi están limitados a una potencia radiada de 200 mW a 1 vatio, según el país. Tienen un alcance máximo en interiores de aproximadamente 150 pies (50 m) en 2,4 GHz y 50 pies (20 m) en 5 GHz. [112]
Enrutador WAN inalámbrico de vecindario en un poste telefónico
WAN inalámbrica (red inalámbrica de área amplia, WWAN): una variedad de tecnologías que brindan acceso inalámbrico a Internet en un área más amplia que las redes Wi-Fi, desde un edificio de oficinas hasta un campus, un vecindario o una ciudad entera. Las tecnologías más comunes utilizadas son: módems celulares , que intercambian datos de computadora por radio con torres de telefonía celular ; acceso a internet satelital; y frecuencias más bajas en la banda UHF, que tienen un alcance más largo que las frecuencias de Wi-Fi. Dado que las redes WWAN son mucho más caras y complicadas de administrar que las redes Wi-Fi, hasta ahora su uso se ha limitado generalmente a redes privadas operadas por grandes corporaciones. [112]
Bluetooth : una interfaz inalámbrica de muy corto alcance en un dispositivo inalámbrico portátil que se utiliza como sustituto de una conexión por cable, principalmente para intercambiar archivos entre dispositivos portátiles y conectar teléfonos móviles y reproductores de música con auriculares inalámbricos . En el modo más utilizado, la potencia de transmisión está limitada a 1 milivatio, lo que le otorga un alcance muy corto de hasta 10 m (30 pies). El sistema utiliza transmisión de espectro ensanchado por salto de frecuencia , en la que paquetes de datos sucesivos se transmiten en orden pseudoaleatorio en uno de los 79 canales Bluetooth de 1 MHz entre 2,4 y 2,83 GHz en la banda ISM . Esto permite que las redes Bluetooth funcionen en presencia de ruido , otros dispositivos inalámbricos y otras redes Bluetooth que utilizan las mismas frecuencias, ya que la posibilidad de que otro dispositivo intente transmitir en la misma frecuencia al mismo tiempo que el módem Bluetooth es baja. En caso de tal "colisión", el módem Bluetooth simplemente retransmite el paquete de datos en otra frecuencia. [113]
Radio de paquetes : una red ad-hoc inalámbrica de larga distancia entre pares en la que se intercambian paquetes de datos entre módems de radio controlados por computadora (transmisores/receptores) llamados nodos, que pueden estar separados por millas y tal vez sean móviles. Cada nodo solo se comunica con los nodos vecinos, por lo que los paquetes de datos se pasan de un nodo a otro hasta que llegan a su destino utilizando el protocolo de red X.25 . Los sistemas de radio por paquetes se utilizan de forma limitada por las empresas de telecomunicaciones comerciales y por la comunidad de radioaficionados . [114]
Mensajería de texto (mensajes de texto): este es un servicio en teléfonos celulares que permite al usuario escribir un mensaje alfanumérico corto y enviarlo a otro número de teléfono, y el texto se muestra en la pantalla del teléfono del destinatario. Se basa en el servicio de mensajes cortos (SMS), que transmite utilizando ancho de banda adicional en el canal de radio de control utilizado por los teléfonos celulares para manejar funciones en segundo plano como marcación y transferencia de celulares. Debido a limitaciones técnicas del canal, los mensajes de texto están limitados a 160 caracteres alfanuméricos. [115]
Antenas parabólicas de enlaces de retransmisión de microondas en una torre en Australia
Relé de microondas : un enlace de transmisión de datos digitales punto a punto de gran ancho de banda y larga distancia que consiste en un transmisor de microondas conectado a una antena parabólica que transmite un haz de microondas a otra antena parabólica y a un receptor. Dado que las antenas deben estar en la línea de visión, las distancias están limitadas por el horizonte visual a 30 a 40 millas (48 a 64 km). Los enlaces de microondas se utilizan para datos comerciales privados, redes informáticas de área amplia (WAN) y compañías telefónicas para transmitir llamadas telefónicas de larga distancia y señales de televisión entre ciudades. [116] [117]
Telemetría : transmisión automatizada unidireccional (símplex) de mediciones y datos de operación desde un proceso o dispositivo remoto a un receptor para su monitoreo. La telemetría se utiliza para el monitoreo en vuelo de misiles, drones, satélites y radiosondas de globos meteorológicos , el envío de datos científicos a la Tierra desde naves espaciales interplanetarias, la comunicación con sensores biomédicos electrónicos implantados en el cuerpo humano y el registro de pozos . A menudo se transmiten múltiples canales de datos mediante multiplexación por división de frecuencia o multiplexación por división de tiempo . [118] La telemetría está comenzando a utilizarse en aplicaciones de consumo como:
Cobro de peaje electrónico : en las carreteras de peaje , una alternativa al cobro manual de peajes en una cabina de peaje, en la que un transpondedor de un vehículo, cuando se activa por un transmisor en la carretera, transmite una señal a un receptor en la carretera para registrar el uso de la carretera por parte del vehículo. , lo que permite facturar el peaje al propietario. [120]
Etiqueta RFID de un DVD
Identificación por radiofrecuencia (RFID): etiquetas de identificación que contienen un pequeño transpondedor de radio ( receptor y transmisor ) que se adjuntan a la mercancía. Cuando recibe un pulso de interrogación de ondas de radio de una unidad lectora cercana, la etiqueta transmite un número de identificación, que puede usarse para inventariar productos. Las etiquetas pasivas, el tipo más común, tienen un chip alimentado por la energía de radio recibida del lector, rectificada por un diodo, y pueden ser tan pequeñas como un grano de arroz. Se incorporan en productos, ropa, vagones de ferrocarril, libros de biblioteca, etiquetas de equipaje de aerolíneas y se implantan debajo de la piel en mascotas y ganado ( implante de microchip ) e incluso en personas. Los problemas de privacidad se han abordado con etiquetas que utilizan señales cifradas y autentican al lector antes de responder. Las etiquetas pasivas utilizan bandas ISM de 125 a 134 kHz, 13, 900 MHz y 2,4 y 5 GHz y tienen un alcance corto. Las etiquetas activas, alimentadas por una batería, son más grandes pero pueden transmitir una señal más fuerte, lo que les da un alcance de cientos de metros. [121]
Comunicación submarina : cuando están sumergidos, los submarinos quedan aislados de toda comunicación por radio ordinaria con sus autoridades de mando militar debido al agua de mar conductora. Sin embargo, las ondas de radio de frecuencias suficientemente bajas, en las bandas VLF (30 a 3 kHz) y ELF (por debajo de 3 kHz), pueden penetrar el agua de mar. Las armadas operan grandes estaciones de transmisión costeras con una potencia de salida del orden de los megavatios para transmitir mensajes cifrados a sus submarinos en los océanos del mundo. Debido al pequeño ancho de banda, estos sistemas no pueden transmitir voz, sólo mensajes de texto a una velocidad de datos lenta. El canal de comunicación es unidireccional, ya que las largas antenas necesarias para transmitir ondas VLF o ELF no caben en un submarino. Los transmisores VLF utilizan antenas de alambre de kilómetros de largo, como antenas tipo paraguas . Algunas naciones utilizan transmisores ELF que operan alrededor de 80 Hz, que pueden comunicarse con submarinos a menores profundidades. Estos utilizan antenas aún más grandes llamadas dipolos de tierra , que consisten en dos conexiones a tierra (Tierra) separadas por 23 a 60 km (14 a 37 millas), unidas por líneas de transmisión aéreas a un transmisor de una planta de energía. [122] [123]
Se trata de comunicación por radio entre una nave espacial y una estación terrestre terrestre u otra nave espacial. La comunicación con las naves espaciales implica las distancias de transmisión más largas de todos los enlaces de radio, hasta miles de millones de kilómetros para las naves espaciales interplanetarias . Para recibir señales débiles de naves espaciales distantes, las estaciones terrestres de satélite utilizan grandes antenas parabólicas "parabólicas" de hasta 25 metros (82 pies) de diámetro y receptores extremadamente sensibles. Se utilizan altas frecuencias en la banda de microondas , ya que las microondas pasan a través de la ionosfera sin refracción , y en las frecuencias de microondas las antenas de alta ganancia necesarias para enfocar la energía de radio en un haz estrecho dirigido al receptor son pequeñas y ocupan un mínimo de espacio. en un satélite. Porciones de las bandas UHF , L , C , S , k u y k a están asignadas para las comunicaciones espaciales. Un enlace de radio que transmite datos desde la superficie de la Tierra a una nave espacial se llama enlace ascendente , mientras que un enlace que transmite datos desde la nave espacial a la Tierra se llama enlace descendente. [125]
Satélite de comunicaciones perteneciente a Azerbaiyán
Satélite de comunicaciones : satélite artificial utilizado como retransmisor de telecomunicaciones para transmitir datos entre puntos muy separados de la Tierra. Se utilizan porque las microondas utilizadas para las telecomunicaciones viajan según la línea de visión y, por lo tanto, no pueden propagarse alrededor de la curva de la Tierra. A 1 de enero de 2021 [actualizar], había 2224 satélites de comunicaciones en órbita terrestre. [126] La mayoría están en órbita geoestacionaria a 22.200 millas (35.700 km) sobre el ecuador , de modo que el satélite parece estacionario en el mismo punto en el cielo, por lo que las antenas parabólicas de las estaciones terrestres pueden apuntar permanentemente a ese punto y no Tienes que moverte para rastrearlo. En una estación terrestre de satélite , un transmisor de microondas y una gran antena parabólica transmiten un haz de microondas de enlace ascendente al satélite. La señal de enlace ascendente transporta muchos canales de tráfico de telecomunicaciones, como llamadas telefónicas de larga distancia, programas de televisión y señales de Internet, utilizando una técnica llamada multiplexación por división de frecuencia (FDM). En el satélite, un transpondedor recibe la señal, la traduce a una frecuencia de enlace descendente diferente para evitar interferir con la señal del enlace ascendente y la retransmite a otra estación terrestre, que puede estar muy separada de la primera. Allí se demodula la señal descendente y el tráfico de telecomunicaciones que transporta se envía a sus destinos locales a través de líneas fijas. Los satélites de comunicaciones suelen tener varias docenas de transpondedores en diferentes frecuencias, que son alquilados por diferentes usuarios. [127]
Satélite de transmisión directa : un satélite de comunicación geoestacionario que transmite programación minorista directamente a receptores en los hogares y vehículos de los suscriptores en la Tierra, en sistemas de radio y televisión por satélite . Utiliza una potencia de transmisión más alta que otros satélites de comunicaciones, para permitir que los consumidores reciban la señal con una antena pequeña y discreta. Por ejemplo, la televisión por satélite utiliza frecuencias de enlace descendente de 12,2 a 12,7 GHz en la banda ku transmitidas de 100 a 250 vatios, que pueden recibirse mediante antenas parabólicas relativamente pequeñas de 43 a 80 cm (17 a 31 pulgadas) montadas en el exterior de los edificios. . [128]
Radar
El controlador de tráfico aéreo militar en un portaaviones de la Marina de los EE. UU. monitorea los aviones en la pantalla del radar
El radar es un método de radiolocalización que se utiliza para localizar y rastrear aviones, naves espaciales, misiles, barcos, vehículos y también para mapear patrones climáticos y terreno. Un equipo de radar consta de un transmisor y un receptor. [129] [130] El transmisor emite un haz estrecho de ondas de radio que se extiende por el espacio circundante. Cuando el haz incide en un objeto objetivo, las ondas de radio se reflejan de regreso al receptor. La dirección del haz revela la ubicación del objeto. Dado que las ondas de radio viajan a una velocidad constante cercana a la velocidad de la luz , midiendo el breve retraso entre el pulso saliente y el "eco" recibido, se puede calcular el alcance hasta el objetivo. Los objetivos a menudo se muestran gráficamente en un mapa llamado pantalla de radar . El radar Doppler puede medir la velocidad de un objeto en movimiento midiendo el cambio en la frecuencia de las ondas de radio de retorno debido al efecto Doppler . [131]
Los equipos de radar utilizan principalmente altas frecuencias en las bandas de microondas , porque estas frecuencias crean fuertes reflejos en objetos del tamaño de vehículos y pueden enfocarse en haces estrechos con antenas compactas. [130] Las antenas parabólicas (parabólicas) se utilizan ampliamente. En la mayoría de los radares, la antena transmisora también sirve como antena receptora; esto se llama radar monoestático . Un radar que utiliza antenas transmisoras y receptoras separadas se denomina radar biestático . [132]
Antena de radar de vigilancia aeroportuaria ASR-8. Gira una vez cada 4,8 segundos. La antena rectangular en la parte superior es el radar secundario.
Radar de vigilancia de aeropuertos : en la aviación , el radar es la principal herramienta de control del tráfico aéreo . Una antena parabólica giratoria barre un haz vertical de microondas en forma de abanico alrededor del espacio aéreo y el conjunto de radar muestra la ubicación de la aeronave como "destellos" de luz en una pantalla llamada pantalla de radar. El radar de aeropuerto funciona entre 2,7 y 2,9 GHz en la banda S de microondas . En los aeropuertos grandes, la imagen del radar se muestra en múltiples pantallas en una sala de operaciones llamada TRACON ( Terminal Radar Approach Control ), donde los controladores de tráfico aéreo dirigen las aeronaves por radio para mantener una separación segura entre las aeronaves. [133]
Radar de vigilancia secundario : las aeronaves llevan transpondedores de radar , transceptores que, cuando se activan con la señal de radar entrante, transmiten una señal de microondas de retorno. Esto hace que el avión aparezca con más fuerza en la pantalla del radar. El radar que activa el transpondedor y recibe el haz de retorno, normalmente montado en la parte superior del plato del radar primario, se denomina radar de vigilancia secundario . Dado que el radar no puede medir la altitud de una aeronave con precisión, el transpondedor también transmite la altitud de la aeronave medida por su altímetro y un número de identificación que identifica la aeronave, que se muestra en la pantalla del radar. [134]
Contramedidas electrónicas (ECM): sistemas electrónicos defensivos militares diseñados para degradar la eficacia del radar enemigo o engañarlo con información falsa para evitar que los enemigos ubiquen fuerzas locales. A menudo consta de potentes transmisores de microondas que pueden imitar las señales de radar del enemigo para crear indicaciones falsas de objetivos en las pantallas de radar del enemigo. [135]
Antena de radar marino giratoria en un barco
Radar marino : un radar de banda S o X en barcos que se utiliza para detectar barcos cercanos y obstrucciones como puentes. [136] Una antena giratoria barre un haz vertical de microondas en forma de abanico alrededor de la superficie del agua que rodea la nave hasta el horizonte.
Radar de matriz en fase : un conjunto de radar que utiliza una matriz en fase , una antena controlada por computadora que puede dirigir el haz del radar rápidamente para apuntar en diferentes direcciones sin mover la antena. Los militares desarrollaron radares de matriz en fase para rastrear misiles y aviones que se mueven rápidamente. Se utilizan ampliamente en equipos militares y ahora se están extendiendo a aplicaciones civiles. [138]
Radar de apertura sintética (SAR): un conjunto de radar aerotransportado especializado que produce un mapa de alta resolución del terreno terrestre. El radar está montado en un avión o nave espacial y la antena del radar irradia un haz de ondas de radio lateralmente en ángulo recto con la dirección del movimiento, hacia el suelo. Al procesar la señal de retorno del radar, el movimiento del vehículo se utiliza para simular una antena grande, dando al radar una resolución más alta. [139]
Radar de penetración terrestre : un instrumento de radar especializado que se hace rodar a lo largo de la superficie del suelo en un carro y transmite un haz de ondas de radio al suelo, produciendo una imagen de los objetos del subsuelo. Se utilizan frecuencias desde 100 MHz hasta unos pocos GHz. Dado que las ondas de radio no pueden penetrar mucho en la Tierra, la profundidad del GPR está limitada a unos 50 pies. [140]
Sistema para evitar colisiones : un radar de corto alcance o sistema LIDAR en un automóvil o vehículo que detecta si el vehículo está a punto de chocar con un objeto y aplica los frenos para evitar la colisión. [141]
Espoleta de radar : detonador de una bomba aérea que utiliza un altímetro de radar para medir la altura de la bomba sobre el suelo mientras cae y la detona a una determinada altitud. [142]
Radiolocalización
Radiolocalización es un término genérico que abarca una variedad de técnicas que utilizan ondas de radio para encontrar la ubicación de objetos o para la navegación. [143]
Uno de los primeros iPhone con su aplicación de navegación GPS en uso.
Sistema de posicionamiento global (GPS): el sistema de navegación por satélite más utilizado, mantenido por la Fuerza Aérea de EE. UU., que utiliza una constelación de 31 satélites en órbita terrestre baja . Las órbitas de los satélites están distribuidas de modo que en cualquier momento al menos cuatro satélites estén sobre el horizonte sobre cada punto de la Tierra. Cada satélite tiene un reloj atómico a bordo y transmite una señal de radio continua que contiene una señal horaria precisa, así como su posición actual. Se utilizan dos frecuencias, 1,2276 y 1,57542 GHz. Dado que la velocidad de las ondas de radio es prácticamente constante, el retraso de la señal de radio de un satélite es proporcional a la distancia del receptor al satélite. Al recibir señales de al menos cuatro satélites, un receptor GPS puede calcular su posición en la Tierra comparando el tiempo de llegada de las señales de radio. Dado que la posición de cada satélite se conoce con precisión en un momento dado, a partir del retardo se puede calcular la posición del receptor mediante un microprocesador instalado en el receptor. La posición se puede mostrar como latitud y longitud, o como un marcador en un mapa electrónico. Los receptores GPS están incorporados en casi todos los teléfonos móviles y en vehículos como automóviles, aviones y barcos, y se utilizan para guiar drones , misiles , misiles de crucero e incluso proyectiles de artillería hacia su objetivo, y se producen receptores GPS portátiles para excursionistas y militar. [145] [146]
Radiobaliza : transmisor de radio terrestre de ubicación fija que transmite una señal de radio continua utilizada por aviones y barcos para la navegación . La ubicación de las balizas se traza en mapas de navegación utilizados por aviones y barcos. [147]
Rango omnidireccional VHF (VOR): un sistema mundial de radionavegación de aeronaves que consta de radiobalizas terrestres fijas que transmiten entre 108,00 y 117,95 MHz en la banda de muy alta frecuencia (VHF). Un instrumento de navegación automatizado en la aeronave muestra un rumbo hacia un transmisor VOR cercano. Una baliza VOR transmite dos señales simultáneamente en diferentes frecuencias. Una antena direccional transmite un haz de ondas de radio que gira como un faro a una velocidad fija, 30 veces por segundo. Cuando el haz direccional mira hacia el norte, una antena omnidireccional transmite un pulso. Al medir la diferencia de fase de estas dos señales, una aeronave puede determinar con precisión su rumbo (o "radial") desde la estación. Al tomar rumbo con dos balizas VOR, una aeronave puede determinar su posición (llamada "fijación") con una precisión de aproximadamente 90 metros (300 pies). La mayoría de las balizas VOR también tienen una capacidad de medición de distancia, llamada equipo de medición de distancia (DME); estos se llaman VOR/DME. La aeronave transmite una señal de radio a la baliza VOR/DME y un transpondedor transmite una señal de retorno. A partir del retardo de propagación entre la señal transmitida y recibida, la aeronave puede calcular su distancia a la baliza. Esto permite que una aeronave determine su ubicación "fija" desde una sola baliza VOR. Dado que se utilizan frecuencias VHF con línea de visión, las balizas VOR tienen un alcance de aproximadamente 200 millas para aviones a altitud de crucero. TACAN es un sistema de radiobaliza militar similar que transmite en 962-1213 MHz, y una baliza VOR y TACAN combinada se llama VORTAC . El número de balizas VOR está disminuyendo a medida que la aviación cambia al sistema RNAV que se basa en la navegación por satélite del Sistema de Posicionamiento Global . [148] [149]
Baliza localizadora de emergencia EPIRB en un barco
Baliza de localización de emergencia : un transmisor de radio portátil alimentado por batería que se utiliza en emergencias para localizar aviones, embarcaciones y personas en peligro y que necesitan rescate inmediato. Aviones, barcos, vehículos, excursionistas y esquiadores de fondo llevan distintos tipos de balizas de localización de emergencia. En caso de una emergencia, como el accidente de un avión, el hundimiento del barco o la pérdida de un excursionista, el transmisor se despliega y comienza a transmitir una señal de radio continua, que es utilizada por los equipos de búsqueda y rescate para encontrar rápidamente la emergencia y prestar ayuda. Las balizas de rescate indicadoras de posición de emergencia (EPIRB) de última generación contienen un receptor GPS y transmiten a los equipos de rescate su ubicación exacta dentro de un radio de 20 metros. [151]
Cospas-Sarsat : un consorcio humanitario internacional de agencias gubernamentales y privadas que actúa como despachador de operaciones de búsqueda y rescate . Opera una red de alrededor de 47 satélites que llevan receptores de radio, que detectan señales de socorro de balizas de localización de emergencia en cualquier lugar de la Tierra que transmiten en la frecuencia internacional de socorro Cospas de 406 MHz. Los satélites calculan la ubicación geográfica de la baliza en un radio de 2 km midiendo el cambio de frecuencia Doppler de las ondas de radio debido al movimiento relativo del transmisor y el satélite, y transmiten rápidamente la información a las organizaciones locales de primeros auxilios apropiadas , que realizan la investigación. búsqueda y rescate . [152] [153]
Oficial de vida silvestre rastrea a un puma marcado por radio
Radiogoniometría (RDF): se trata de una técnica general, utilizada desde principios del siglo XX, que consiste en utilizar receptores de radio especializados con antenas direccionales (receptores RDF) para determinar la orientación exacta de una señal de radio y determinar la ubicación del transmisor. La ubicación de un transmisor terrestre se puede determinar mediante una simple triangulación a partir de marcaciones tomadas por dos estaciones RDF separadas geográficamente, como el punto donde se cruzan las dos líneas de marcación, esto se denomina "fijo". Las fuerzas militares utilizan el RDF para localizar fuerzas enemigas mediante sus transmisiones de radio tácticas, los servicios de contrainteligencia lo utilizan para localizar transmisores clandestinos utilizados por agentes de espionaje y los gobiernos lo utilizan para localizar transmisores sin licencia o fuentes de interferencia. Los receptores RDF más antiguos usaban antenas de cuadro giratorias ; la antena se gira hasta que la intensidad de la señal de radio es más débil, lo que indica que el transmisor está en uno de los dos puntos nulos de la antena . Los nulos se utilizan porque son más nítidos que los lóbulos de la antena (máximos). Los receptores más modernos utilizan antenas en fase que tienen una resolución angular mucho mayor. [154] [155]
El dron MQ-1 Predator de la Fuerza Aérea de EE. UU. volado de forma remota por un piloto en tierra
El control remoto por radio es el uso de señales de control electrónico enviadas por ondas de radio desde un transmisor para controlar las acciones de un dispositivo en una ubicación remota. Los sistemas de control remoto también pueden incluir canales de telemetría en la otra dirección, utilizados para transmitir información en tiempo real sobre el estado del dispositivo a la estación de control. Las naves espaciales sin tripulación son un ejemplo de máquinas controladas remotamente, controladas por comandos transmitidos por estaciones terrestres satelitales . La mayoría de los controles remotos portátiles utilizados para controlar productos electrónicos de consumo como televisores o reproductores de DVD en realidad funcionan con luz infrarroja en lugar de ondas de radio, por lo que no son ejemplos de control remoto por radio. Un problema de seguridad con los sistemas de control remoto es la suplantación de identidad , en la que una persona no autorizada transmite una imitación de la señal de control para tomar el control del dispositivo. [157] Ejemplos de control remoto por radio:
Vehículo aéreo no tripulado (UAV, dron): un dron es un avión sin piloto a bordo, pilotado por control remoto por un piloto en otro lugar, generalmente en una estación de pilotaje en tierra. Son utilizados por el ejército para reconocimiento y ataque terrestre, y más recientemente por el mundo civil para reportajes de noticias y fotografías aéreas . El piloto utiliza controles del avión como un joystick o un volante, que crean señales de control que se transmiten al dron por radio para controlar las superficies de vuelo y el motor. Un sistema de telemetría transmite una imagen de vídeo desde una cámara del dron para permitir al piloto ver hacia dónde se dirige el avión, y datos de un receptor GPS que proporciona la posición en tiempo real del avión. Los UAV tienen sofisticados sistemas de piloto automático a bordo que mantienen un vuelo estable y solo requieren control manual para cambiar de dirección. [158]
Mando a distancia para entrada sin llave de un coche
Sistema de entrada sin llave : un transmisor de llavero portátil de corto alcance alimentado por batería , incluido con la mayoría de los automóviles modernos, que puede bloquear y desbloquear las puertas de un vehículo desde el exterior, eliminando la necesidad de usar una llave. Cuando se presiona un botón, el transmisor envía una señal de radio codificada a un receptor en el vehículo, operando las cerraduras. El mando debe estar cerca del vehículo, normalmente entre 5 y 20 metros. Norteamérica y Japón utilizan una frecuencia de 315 MHz, mientras que Europa utiliza 433,92 y 868 MHz. Algunos modelos también pueden arrancar el motor de forma remota para calentar el coche. Un problema de seguridad con todos los sistemas de entrada sin llave es un ataque de repetición , en el que un ladrón utiliza un receptor especial ("capturador de códigos") para grabar la señal de radio durante la apertura, que luego puede reproducirse para abrir la puerta. Para evitar esto, los sistemas sin llave utilizan un sistema de código variable en el que un generador de números pseudoaleatorios en el control remoto genera una clave aleatoria diferente cada vez que se utiliza. Para evitar que los ladrones simulen el generador pseudoaleatorio para calcular la siguiente clave, la señal de radio también está cifrada . [159]
Abridor de puerta de garaje : un transmisor portátil de corto alcance que puede abrir o cerrar la puerta de garaje eléctrica de un edificio desde el exterior, de modo que el propietario pueda abrir la puerta al llegar y cerrarla después de la salida. Cuando se presiona un botón, el control transmite una señal de radio FSK codificada a un receptor en el abridor, subiendo o bajando la puerta. Los abridores modernos utilizan 310, 315 o 390 MHz. Para evitar que un ladrón utilice un ataque de repetición , los abridores modernos utilizan un sistema de código variable . [160] [161]
Modelos controlados por radio : un pasatiempo popular es jugar con modelos de barcos, automóviles, aviones y helicópteros ( cuadricópteros ) controlados por radio, que se controlan mediante señales de radio desde una consola portátil con un joystick . Los transmisores más recientes utilizan la banda ISM de 2,4 GHz con múltiples canales de control modulados con PWM , PCM o FSK. [162]
Timbre inalámbrico : un timbre residencial que utiliza tecnología inalámbrica para eliminar la necesidad de pasar cables a través de las paredes del edificio. Consiste en un botón de timbre al lado de la puerta que contiene un pequeño transmisor que funciona con baterías. Cuando se presiona el timbre, envía una señal a un receptor dentro de la casa con un altavoz que suena para indicar que hay alguien en la puerta. Suelen utilizar la banda ISM de 2,4 GHz. El propietario generalmente puede cambiar el canal de frecuencia utilizado en caso de que otro timbre cercano esté usando el mismo canal. [163] [164]
Interferencia
La interferencia de radio es la radiación deliberada de señales de radio diseñadas para interferir con la recepción de otras señales de radio. Los dispositivos de interferencia se denominan "supresores de señal" o "generadores de interferencias" o simplemente bloqueadores. [165]
Durante tiempos de guerra, los militares utilizan la interferencia para interferir con las comunicaciones tácticas por radio de los enemigos. Dado que las ondas de radio pueden traspasar las fronteras nacionales, algunos países totalitarios que practican la censura utilizan la interferencia para impedir que sus ciudadanos escuchen transmisiones de estaciones de radio de otros países. La interferencia generalmente se logra mediante un transmisor potente que genera ruido en la misma frecuencia que el transmisor objetivo. [166] [167]
La ley federal de EE. UU. prohíbe la operación o venta no militar de cualquier tipo de dispositivo de interferencia, incluidos los que interfieren con GPS, celulares, Wi-Fi y radares policiales. [168]
Investigación científica
La radioastronomía es el estudio científico de las ondas de radio emitidas por objetos astronómicos. Los radioastrónomos utilizan radiotelescopios , grandes antenas de radio y receptores para recibir y estudiar las ondas de radio de fuentes de radio astronómicas . Dado que las fuentes de radio astronómicas están tan lejos, las ondas de radio que emiten son extremadamente débiles y requieren receptores extremadamente sensibles, y los radiotelescopios son los receptores de radio más sensibles que existen. Utilizan grandes antenas parabólicas (parabólicas) de hasta 500 metros (2000 pies) de diámetro para recolectar suficiente energía de ondas de radio para estudiar. La electrónica frontal de RF del receptor a menudo se enfría con nitrógeno líquido para reducir el ruido térmico . A menudo se unen varias antenas en conjuntos que funcionan como una sola antena para aumentar la potencia de recolección. En la interferometría de línea de base muy larga (VLBI, por sus siglas en inglés) se conectan radiotelescopios de diferentes continentes, lo que puede alcanzar la resolución de una antena de miles de kilómetros de diámetro. [169] [170]
Teledetección : en radio, la teledetección es la recepción de ondas electromagnéticas irradiadas por objetos naturales o la atmósfera para investigaciones científicas. Todos los objetos calientes emiten microondas y el espectro emitido se puede utilizar para determinar la temperatura. Los radiómetros de microondas se utilizan en meteorología y ciencias de la tierra para determinar la temperatura de la atmósfera y la superficie terrestre, así como las reacciones químicas en la atmósfera. [171] [172]
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La electrónica de la radio - Cambridge University Press
Ingeniería de sistemas de radio - Cambridge University Press
Fundamentos de la transmisión radioelectrónica - SciTech Publishing
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