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espectro radioeléctrico

El espectro radioeléctrico es la parte del espectro electromagnético con frecuencias comprendidas entre 3 Hz y 3000 GHz (3 THz ). Las ondas electromagnéticas en este rango de fr...

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El espectro radioeléctrico es la parte del espectro electromagnético con frecuencias comprendidas entre 3 Hz y 3000 GHz (3 THz ). Las ondas electromagnéticas en este rango de frecuencias, denominadas ondas de radio , se utilizan ampliamente en la tecnología moderna, especialmente en las telecomunicaciones . Para evitar interferencias entre diferentes usuarios, la generación y transmisión de ondas de radio están estrictamente reguladas por leyes nacionales, coordinadas por un organismo internacional, la Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT). [ 1 ]   

La UIT asigna diferentes partes del espectro radioeléctrico para distintas tecnologías y aplicaciones de transmisión de radio; en el Reglamento de Radiocomunicaciones (RR) de la UIT se definen unos 40 servicios de radiocomunicación . [ 2 ] En algunos casos, partes del espectro radioeléctrico se venden o licencian a operadores de servicios privados de transmisión de radio (por ejemplo, operadores de telefonía celular o estaciones de televisión). Los rangos de frecuencias asignadas suelen denominarse según su uso previsto (por ejemplo, espectro celular o espectro televisivo). [ 3 ] Debido a que es un recurso fijo demandado por un número creciente de usuarios, el espectro radioeléctrico se ha congestionado cada vez más en las últimas décadas, y la necesidad de utilizarlo de forma más eficaz está impulsando innovaciones modernas en telecomunicaciones como sistemas de radio troncalizados , espectro ensanchado , banda ultraancha , reutilización de frecuencias , gestión dinámica del espectro , agrupación de frecuencias y radio cognitiva .

Límites

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 ] La UIT define las ondas de radio 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 delimitado 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 , de 300  gigahercios a 3  terahercios, puede considerarse como microondas o infrarrojo. Es la banda más alta categorizada como ondas de radio por la Unión Internacional de Telecomunicaciones , [ 4 ] pero los científicos espectroscópicos consideran estas frecuencias parte de las bandas del infrarrojo lejano y del infrarrojo medio.

Debido a que es un recurso fijo, los límites prácticos y las consideraciones físicas básicas del espectro radioeléctrico, las frecuencias que son útiles para la radiocomunicación , están determinadas por limitaciones tecnológicas que son imposibles de superar. [ 6 ] Por lo tanto, aunque el espectro radioeléctrico se está congestionando cada vez más, no hay forma posible de agregar ancho de banda de frecuencia adicional fuera del que se usa actualmente. [ 6 ] Las frecuencias más bajas utilizadas para la radiocomunicación están limitadas por el tamaño creciente de las antenas transmisoras requeridas. [ 6 ] El tamaño de la antena requerida para irradiar potencia de radio eficientemente aumenta en proporción a la longitud de onda o inversamente con la frecuencia. Por debajo de aproximadamente 10  kHz (una longitud de onda de 30  km), se requieren antenas de hilo elevadas 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 es impracticable y solo se utiliza la comunicación de datos a baja velocidad de baudios. Las frecuencias más bajas utilizadas para la radiocomunicación rondan los 80  Hz, en los sistemas de comunicaciones submarinas ELF construidos por las armadas de algunos países para comunicarse con sus submarinos sumergidos a cientos de metros de profundidad. Estos sistemas emplean enormes antenas dipolo terrestres de entre 20 y 60 km de longitud, alimentadas con megavatios de potencia de transmisión, y transmiten datos a una velocidad extremadamente lenta de aproximadamente 1 bit por minuto (17 milibits por segundo , o unos 5 minutos por carácter). 

Las frecuencias más altas útiles para la radiocomunicación 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 crecientes de potencia, por lo que la potencia en un haz de ondas de radio disminuye exponencialmente con la distancia a la antena transmisora. A 30  GHz, la comunicación útil se limita a aproximadamente 1  km, pero a medida que aumenta la frecuencia, el alcance en el que se pueden recibir las ondas disminuye. En la banda de terahercios por encima de 300  GHz, las ondas de radio se atenúan a cero en pocos metros debido a la absorción de radiación electromagnética por la atmósfera (principalmente debido al ozono , el vapor de agua y el dióxido de carbono ), que es tan grande que es esencialmente opaca a las emisiones electromagnéticas , hasta que vuelve a ser transparente cerca de los rangos de frecuencia de la ventana óptica y del infrarrojo cercano . [ 7 ] [ 8 ]

Alzacuello

Una banda de radioEs una banda de frecuencia pequeña (una sección contigua del espectro radioeléctrico) en la que los canales se utilizan o reservan habitualmente para el mismo propósito. Para evitar interferencias y permitir un uso eficiente del espectro radioeléctrico, los servicios similares se asignan en bandas. Por ejemplo, la radiodifusión, la radio móvil o los dispositivos de navegación se asignan a rangos de frecuencia que no se superponen.

Plan de banda

Para cada banda de radio, la UIT tiene un plan de bandas (o plan de frecuencias ) que dicta cómo debe usarse y compartirse, para evitar interferencias y establecer protocolos para la compatibilidad de transmisores y receptores . [ 9 ]

Cada plan de frecuencias define el rango de frecuencias que se incluirá, cómo se definirán los canales y qué se transmitirá en esos canales. Las definiciones típicas que se establecen en un plan de frecuencias son:

UIT

Las bandas de frecuencia autorizadas reales están definidas por la UIT [ 10 ] y los organismos reguladores locales como la Comisión Federal de Comunicaciones de EE. UU. (FCC) [ 11 ] y las buenas prácticas voluntarias ayudan a evitar interferencias. [ 12 ]

Por convención, la UIT divide el espectro radioeléctrico en 12 bandas, cada una comenzando 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 cubriendo 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 solo 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 la radiación electromagnética por la atmósfera terrestre es tan grande que la atmósfera es prácticamente opaca, hasta que vuelve a ser transparente en los rangos de frecuencia del infrarrojo cercano y la ventana óptica .    

Estas bandas de radio de la UIT se definen en el Reglamento de Radiocomunicaciones de la UIT . El artículo 2, disposición n.º 2.1, establece que «el espectro radioeléctrico se subdividirá en nueve bandas de frecuencia, que se designarán mediante números enteros progresivos de acuerdo con la siguiente tabla». [ 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 Radio celebrada en Atlantic City, Nueva Jersey, en 1947. La idea de asignar un número a cada banda, donde dicho número es el logaritmo de la media geométrica aproximada de los límites superior e inferior de la banda en Hz, fue  propuesta por B. C. Fleming-Williams en una carta al editor de Wireless Engineer en 1942. Por ejemplo, la media geométrica aproximada de la banda  7 es 10  MHz, o 10⁷ Hz  . [ 14 ]

El nombre de banda "frecuencia tremendamente baja" (TLF) se ha utilizado para frecuencias y longitudes de onda de 1–3  Hz | 300.000–100.000  km (1000 Mm), [ 15 ] pero el término no ha sido definido por la UIT. [ 16 ]

bandas de radar IEEE

Las bandas de frecuencia en el rango de microondas se designan con letras. Esta convención se originó alrededor de la Segunda Guerra Mundial con las designaciones militares para las frecuencias utilizadas en el radar , que fue la primera aplicación de las microondas. Existen varios sistemas de nomenclatura incompatibles para las bandas de microondas, e incluso dentro de un mismo sistema, el rango exacto de frecuencia designado por una letra puede variar ligeramente 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 los Estados Unidos .

  1. ↑ La designación mm también se utiliza para referirse al rango de 30 a 300 GHz. [ 17 ]

Designaciones de frecuencia ECM de la UE, la OTAN y EE. UU.

Bandas de frecuencia de la guía de ondas

Comparación de los estándares de designación de bandas de radio

Comparación de las designaciones de bandas de frecuencia

La frecuencia de 1–3  Hz [ 15 ] ha sido denominada con el nombre de banda TLF, pero el término no ha sido definido por la UIT. [ 25 ]

Aplicaciones

La radio tiene muchas aplicaciones prácticas, entre las que se incluyen la radiodifusión, la comunicación de voz, la comunicación de datos, el radar, la radiolocalización, los tratamientos médicos y el control remoto.

Véase también

Notas

  1. ↑ Reglamento de Radiocomunicaciones de la UIT – Artículo 1, Definiciones de Servicios de Radiocomunicaciones, Artículo 1.2 Administración: Cualquier departamento o servicio gubernamental responsable del cumplimiento de las obligaciones contraídas en la Constitución de la Unión Internacional de Telecomunicaciones, en el Convenio de la Unión Internacional de Telecomunicaciones y en el Reglamento Administrativo (CS 1002)
  2. ↑ Reglamento de Radiocomunicaciones de la Unión Internacional de Telecomunicaciones, Edición de 2020.
  3. ↑ Colin Robinson (2003). Competencia y regulación en los mercados de servicios públicos . Edward Elgar Publishing. pág.  175. ISBN 978-1-84376-230-0Archivado del original el 7 de abril de 2022. Consultado el 2 de noviembre de 2020 .
  4. 1 2 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", Reglamento de Radiocomunicaciones, Edición 2020. Unión Internacional de Telecomunicaciones. Archivado del original el 18 de febrero de 2022. Consultado el 18 de febrero de 2022 .
  5. ↑ Reglamento de Radiocomunicaciones, Edición 2020. Unión Internacional de Telecomunicaciones. Archivado del original el 18 de febrero de 2022. Consultado el 18 de febrero de 2022 .
  6. 1 2 3 4 5 Gosling, William (2000). Conservación del espectro radioeléctrico: Fundamentos de la ingeniería de radio . Newnes. págs. 11–14 . ISBN  9780750637404Archivado del original el 7 de abril de 2022. Consultado el 25 de noviembre de 2019 .
  7. ↑ Coutaz, Jean-Louis; Garet, Frederic; Wallace, Vincent P. (2018). Principios de la espectroscopia de dominio temporal de terahercios: un libro de texto introductorio . CRC Press. pág. 18. ISBN  9781351356367Archivado del original el 21/02/2023 . Consultado el 20/05/2021 .
  8. ↑Siegel, Peter (2002). "Studying the Energy of the Universe". Education materials. NASA website. Archived from the original on 20 June 2021. Retrieved 19 May 2021.
  9. ↑See detail of bands: Archived 2014-07-03 at the Wayback Machine
  10. ↑Frequency Plans
  11. ↑For the authorized frequency bands for amateur radio use see: Authorized frequency bands
  12. ↑US ARRL Amateur Radio Bands and power limits Graphical Frequency Allocations
  13. ↑ITU Radio Regulations, Volume 1, Article 2; Edition of 2020. Available online at "Article 2.1: Frequency and wavelength bands"(PDF). Radio Regulations 2016 Edition. International Telecommunication Union. 1 January 2017. Archived from the original on 18 February 2022. Retrieved 18 February 2020.
  14. ↑Booth, C. F. (1949). "Nomenclature of Frequencies". The Post Office Electrical Engineers' Journal. 42 (1): 47–48.
  15. 12Duncan, Christopher; Gkountouna, Olga; Mahabir, Ron (2021). "Theoretical Applications of Magnetic Fields at Tremendously Low Frequency in Remote Sensing and Electronic Activity Classification". In Arabnia, Hamid R.; Deligiannidis, Leonidas; Shouno, Hayaru; Tinetti, Fernando G.; Tran, Quoc-Nam (eds.). Advances in Computer Vision and Computational Biology. Transactions on Computational Science and Computational Intelligence. Cham: Springer International Publishing. pp. 235–247. doi:10.1007/978-3-030-71051-4_18. ISBN 978-3-030-71050-7.
  16. ↑"Nomenclature of the frequency and wavelength bands used in telecommunications"(PDF). International Telecommunications Union. Geneva, Switzerland. 2015. Retrieved 7 April 2023.
  17. 12345IEEE Std 521-2002 Standard Letter Designations for Radar-Frequency Bands .
  18. 123Table 2 in [17]
  19. 12Norman Friedman (2006). The Naval Institute Guide to World Naval Weapon Systems. Naval Institute Press. pp. xiii. ISBN 978-1-55750-262-9. Archived from the original on 2023-02-21. Retrieved 2016-10-13.
  20. ↑ Banday, Yusra; Mohammad Rather, Ghulam; Begh, Gh. Rasool (febrero de 2019). "Efecto de la absorción atmosférica en las frecuencias de ondas milimétricas para redes celulares 5G" . IET Communications . 13 (3): 265–270 . doi : 10.1049/iet-com.2018.5044 . ISSN 1751-8636 . 
  21. ↑ Leonid A. Belov; Sergey M. Smolskiy; Victor N. Kochemasov (2012). Manual de componentes de RF, microondas y ondas milimétricas . Artech House. págs. 27–28 . ISBN  978-1-60807-209-5.
  22. ↑ MANUAL DE LA OTAN DE LA ORGANIZACIÓN ALIANZA DE RADIOFRECUENCIA (ARFA) – VOLUMEN I; PARTE IV – APÉNDICES, ... G-2, ... NOMENCLATURA DE LAS BANDAS DE FRECUENCIA Y LONGITUD DE ONDA UTILIZADAS EN RADIOCOMUNICACIONES.
  23. ↑ AFR 55-44/AR 105-86/OPNAVINST 3430.9A/MCO 3430.1, 27 de octubre de 1964, sustituido por AFR 55-44/AR 105-86/OPNAVINST 3430.1A/MCO 3430.1A, 6 de diciembre de 1978: Realización de contramedidas electrónicas en Estados Unidos y Canadá, Anexo 1, Autorizaciones de frecuencia ECM. PDF
  24. ↑ "www.microwaves101.com "Bandas de frecuencia y dimensiones internas de la guía de ondas"" . Archivado del original el 08-02-2008 . Recuperado el 16-11-2009 .
  25. ↑ "Nomenclatura de las bandas de frecuencia y longitud de onda utilizadas en telecomunicaciones" (PDF) . Unión Internacional de Telecomunicaciones . Ginebra, Suiza. 2015. Consultado el 7 de abril de 2023 .

Referencias

  • Recomendación V.431 de la UIT-R: Nomenclatura de las bandas de frecuencia y longitud de onda utilizadas en las telecomunicaciones . Unión Internacional de Telecomunicaciones , Ginebra.
  • Norma IEEE 521-2002: Designaciones de letras estándar para bandas de frecuencia de radar
  • AFR 55-44/AR 105-86/OPNAVINST 3430.9A/MCO 3430.1, 27 de octubre de 1964, sustituido por AFR 55-44/AR 105-86/OPNAVINST 3430.1A/MCO 3430.1A, 6 de diciembre de 1978: Realización de contramedidas electrónicas en los Estados Unidos y Canadá, Anexo 1, Autorizaciones de frecuencia ECM.
  • UnwantedEmissions.com Una referencia a las asignaciones del espectro radioeléctrico.
  • "El espectro radioeléctrico: un recurso vital en un mundo inalámbrico". Política de la Comisión Europea.
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