Fundamentos de radio: cómo se generan y transmiten las ondas electromagnéticas

Una de las aplicaciones más intrigantes de la electricidad es la creación de invisibles ondulaciones de energía conocidas como ondas de radio. Aunque esta lección se centra en corriente alterna, esbozaremos los principios básicos que sustentan la tecnología de radio.

El descubrimiento accidental de Oersted del electromagnetismo reveló un vínculo profundo entre electricidad y magnetismo. Cuando una corriente eléctrica fluye a través de un conductor, genera un campo magnético perpendicular a la dirección de la corriente. Inversamente, exponer un conductor a un flujo magnético variable induce un voltaje a lo largo de su longitud.

Los científicos habían observado esta interacción perpendicular por mucho tiempo, pero la conexión más profunda —desvelada por James Clerk Maxwell— fue transformadora para la ciencia moderna.

Relación de campos eléctricos y magnéticos

El avance de Maxwell unificó electricidad y magnetismo en cuatro ecuaciones elegantes, mostrando que los campos eléctricos y magnéticos están intrínsecamente vinculados incluso sin un camino conductor. En términos concisos:

• Un campo eléctrico variable produce un campo magnético perpendicular.
• Un campo magnético variable produce un campo eléctrico perpendicular.

Estos campos mutuamente reforzados pueden propagarse a través del espacio vacío a la velocidad de la luz, formando lo que llamamos una onda electromagnética. La luz, rayos X y rayos gamma son toda radiación electromagnética; la única distinción radica en su frecuencia de oscilación.

Aplicando un voltaje CA a un dispositivo especialmente diseñado llamado antena, podemos generar ondas electromagnéticas de baja frecuencia que sirven como base de la comunicación por radio.

Tipos de antena

Una antena es un dispositivo diseñado para radiar o capturar campos electromagnéticos. Dos diseños fundamentales de antena son el dipolo y el bucle, ilustrados a continuación:

Antenas dipolo y bucle.

El dipolo se asemeja a un circuito abierto, mientras que el bucle funciona como un cortocircuito. Cuando son excitados por una fuente CA a la frecuencia apropiada, ambas configuraciones se vuelven radiadores efectivos.

Los dos hilos separados del dipolo actúan como un capacitor, permitiendo que el campo eléctrico radie hacia afuera. El camino cerrado del bucle se comporta como un inductor con gran núcleo de aire, permitiendo que el campo magnético se disperse. En ambos casos, el campo alternante produce un campo complementario en ángulo recto, sosteniendo la onda electromagnética mientras viaja.

Funciones de una antena

Cuando se acopla a una fuente CA de alta frecuencia, una antena sirve como transmisor, convirtiendo energía eléctrica en ondas electromagnéticas. Inversamente, cuando se coloca en un campo electromagnético, puede funcionar como receptor, convirtiendo ondas entrantes de nuevo en señales eléctricas:

Transmisor y receptor de radio básicos.

Aunque la tecnología de antenas es vasta, esta visión general proporciona los conceptos esenciales y puede inspirar experimentación práctica.

REPASO:

• James Maxwell mostró que campos eléctricos variables generan campos magnéticos perpendiculares —y viceversa— incluso en espacio libre.
• Las ondas electromagnéticas consisten en campos eléctrico y magnético gemelos oscilando en ángulo recto y viajando a velocidad de luz.
• Una antena radia un campo eléctrico o magnético variable cuando es alimentada por CA de alta frecuencia, o captura tales campos y los convierte a señales eléctricas.
• La antena dipolo, hecha de dos hilos sin tocar, emite principalmente campo eléctrico cuando se energiza.
• La antena bucle, un lazo de hilo cerrado, emite principalmente campo magnético cuando se energiza.

HOJAS DE TRABAJO RELACIONADAS:

• Hoja de trabajo: Electromagnetismo e inducción electromagnética básico