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El concepto de ondas electromagnéticas surge de los diversos ensayos prácticos realizadas sobre los principios de magnetismo y electricidad. Todas las pruebas y la teoría desarrollada hasta fines del siglo XIX, tienen su punto culmine con las ecuaciones de Maxwell, en las cuales se logra fundamentar la relación de todos los conceptos descubiertos hasta el momento. Estas ecuaciones muestran que un campo magnético variable en el tiempo actúa como fuente de campo eléctrico, y que un campo eléctrico que varía con el tiempo genera un campo magnético. Estos campos y se sostienen uno al otro y forman una onda electromagnética que se propaga a través del espacio, sin la necesidad de la existencia de un medio material.
En las ondas electromagnéticas sinusoidales, los campos eléctrico y magnético son funciones sinusoidales del tiempo y la posición, con frecuencia y longitud de onda definidas. Los distintos tipos de ondas electromagnéticas —luz visible, ondas de radio, rayos x y otras— difieren solo en su frecuencia y longitud de onda.
Estas variables se definen de la siguiente forma.
Período: El tiempo requerido para producir un ciclo completo de una forma de onda
Ciclo: una onda completa de corriente alterna o tensión
Frecuencia (Hz): Cantidad de ciclos por segundo. Un Hertz es igual a un ciclo por segundo
En los sistemas de telecomunicaciones, se puede definir se forma sencilla el medio de transmisión como el camino físico entre el transmisor y el receptor. Una primera clasificación elemental de los medios de transmisión es en medios guiados y no guiados. En los medios guiados, las ondas electromagnéticas se transmiten a través de un medio sólido que las contiene; estos medios puede ser el par trenzado de cobre, un cable coaxial o la fibra óptica.
Por otro lado, los medios no guiados, la transmisión se realiza en forma inalámbrica a través de la atmósfera, el espacio exterior o el agua.
Como se explico con anterioridad, las ondas electromagnéticas se clasifican según su longitud de onda y frecuencia. En el siguiente gráfico se muestra el espectro de ondas electromagnéticas dividido en las diversas frecuencias, como así también los medios que se emplean en cada caso y sus usos en telecomunicaciones.
En cuanto al empleo del espectro electromagnético para las telecomunicaciones en Argentina, el mismo es reglamentado por el Ente Nacional de Comunicaciones (ENACOM), estableciendo su uso de acuerdo al siguiente cuadro:
En la ultima fila encontramos las frecuencias empleadas para uso aeronáutico.
NOCIONES ELEMENTALES DE TRANSMISIÓN Y RECEPCIÓN RADIOELÉCTRICA
Para el estudio de las comunicaciones inalámbricas, se consideran tres intervalos de frecuencias. El primer intervalo, definidos desde 1GHz hasta los 40 GHz, se denomina frecuencias de microondas. En estas frecuencias se consiguen haces altamente direccionales, por lo que las microondas son adecuadas para enlaces punto a punto; también se emplean en comunicaciones satelitales. Las frecuencias que van desde los 30 MHz a 1GHz son adecuadas para aplicaciones omnidireccionales. A este rango se lo denomina ondas de radio. Por último el rango de frecuencias de 3 x 10 11 a 2 x 10 14 Hz, denominado infrarrojo, se emplea para conexiones locales punto a punto o multipunto dentro de áreas confinadas como una habitación.
En los medios no guiados, la transmisión y recepción se realiza mediante una antena.
La antena se puede definir como un conductor eléctrico (o conjunto de ellos) utilizado para radiar o captar energía electromagnética. Para transmitir la señal, la energía eléctrica proveniente del transmisor se convierte en energía electromagnética en la antena, radiándose al entorno cercano (atmósfera, espacio o agua). Para recibir una señal, la energía electromagnética capturada por una antena se convierte en energía eléctrica y pasa al receptor.
En general, una antena radiará potencia en todas las direcciones, si bien normalmente no lo hará igual de bien en todas las direcciones. Una forma habitual de caracterizar las prestaciones de una antena es mediante su diagrama de radiación, el cual consiste en una representación grafica de las propiedades de radiación de la antena en función de la dirección.
La ganancia de la antena es una medida de su direccionalidad. Dada una dirección, se define la ganancia de una antena como la potencia de salida, en esa dirección, comparada con la potencia transmitida en cualquier dirección por una antena omnidireccional ideal.
Nos centraremos a continuación en las ondas clasificadas como ondas de radio, ya que las comunicaciones aeronáuticas se encuentran en ese intervalo. Con el término “radio” se alude de manera general a toda la banda de frecuencias desde los 3 kHz a los 300 GHz. En la clasificación demostrada se emplea el termino ondas de radio, para aludir a la banda de VHF y parte de UHF, de 30 MHz a 1 GHz.
Las señales radiadas por una antena pueden seguir tres trayectorias posibles: la superficial, la aérea o la trayectoria visual (Line of sight).
La propagación superficial sigue, con mas o menos precisión, la superficie terrestre, pudiendo alcanzar grandes distancias, más allá de la línea del horizonte visual. Este efecto se da hasta las frecuencias de 2 MHz. Esto se debe principalmente a que las ondas electromagnéticas inducen una corriente en la superficie terrestre que hace que el frente de onda se curve hacia abajo, adaptándose a la curvatura de la superficie terrestre.
En la propagación aérea de las ondas, la señal se refleja en la capa ionizada de la atmósfera alta, volviendo hacia la tierra. De esta manera la señal se desplazará dando una serie de saltos, entre la ionosfera y la superficie terrestre. De esta forma se alcanzan transmisiones de miles de kilómetros.
La propagación en la trayectoria visual, la antena transmisora y receptora tiene que están alineadas según la trayectoria visual efectiva.