I. Características básicas de las ondas de radio

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1.1 Definición de ondas de radio

Las ondas de radio sirven como portadoras de señales y energía, generadas por el acoplamiento mutuo de campos eléctricos y magnéticos oscilantes, según la ley de acoplamiento alterno: «La electricidad genera magnetismo y el magnetismo genera electricidad». Durante la propagación, los campos eléctrico y magnético son siempre perpendiculares entre sí y ambos perpendiculares a la dirección de propagación de la onda, lo que las convierte en **Ondas Electromagnéticas Transversales (TEM)**.

Su generación se origina en circuitos oscilantes de alta frecuencia: cuando la corriente en un circuito cambia rápidamente con el tiempo, se excita un campo electromagnético alterno en el espacio circundante. Una vez que este campo electromagnético se desprende de la fuente de la onda, se propaga por el espacio en forma de ondas de radio, sin depender de ningún medio; incluso pueden transmitirse en el vacío.

1.2 Relación entre longitud de onda, frecuencia y velocidad de propagación

La fórmula principal que rige la relación entre la longitud de onda (λ), la frecuencia (f) de las ondas de radio y su velocidad de propagación (velocidad de la luz \( C \) en el vacío, aproximadamente \( 3×10^8 \, \text{m/s} \)) es:

\[ \lambda = \frac{C}{f} \]

**Conclusión clave**: En el mismo medio, la frecuencia y la longitud de onda son estrictamente inversamente proporcionales: a mayor frecuencia, menor longitud de onda. Esta relación determina directamente las dimensiones de diseño de las antenas: por ejemplo, la longitud de onda de una Wi-Fi de 2,4 GHz La señal es de aproximadamente 12,5 cm, lo que corresponde a una longitud de antena dipolo de media onda de unos 6,25 cm; para una 700 MHz Señal de comunicación de baja frecuencia, cuya longitud de onda es de aproximadamente 42,8 cm, requiere una longitud de dipolo de media onda de 21,4 cm. Además, el rendimiento eléctrico de una antena (como la eficiencia de radiación, la ganancia y la impedancia) está directamente relacionado con su **longitud eléctrica** (la relación entre la longitud física y la longitud de onda). En ingeniería práctica, la longitud eléctrica requerida debe convertirse a la longitud física específica para garantizar el correcto funcionamiento de la antena.

1.3 Polarización de las ondas de radio

La polarización se refiere a la ley de variación de la dirección del campo eléctrico a medida que se propaga una onda de radio, determinada por la trayectoria espacial del vector de campo eléctrico, formando un espectro completo: **Polarización Circular ← Polarización Elíptica → Polarización Lineal**. Las características principales y los escenarios de aplicación de las tres son los siguientes:

- **Polarización lineal**: La dirección del campo eléctrico permanece fija, siendo esta la forma de polarización más común. Una onda con un campo eléctrico perpendicular al suelo es una **onda polarizada verticalmente**, que presenta una alta resistencia a la interferencia por reflexión del suelo y es adecuada para las comunicaciones móviles terrestres (p. ej., estaciones base 2G/3G tradicionales); una onda con un campo eléctrico paralelo al suelo es una **onda polarizada horizontalmente**, comúnmente utilizada en transmisiones de radio y televisión, comunicaciones por relé de microondas y otros escenarios.

- **Polarización Circular**: La trayectoria del vector de campo eléctrico es circular, dividida en **polarización circular levógira** y **polarización circular dextrógira**, que son mutuamente excluyentes (una antena levógira solo puede recibir ondas con polarización circular levógira, y viceversa). Su principal ventaja es su alta resistencia a la interferencia por trayectos múltiples y a la torsión de polarización, lo que la hace ampliamente utilizada en comunicaciones por satélite (p. ej., Beidou , GPS satélites), control remoto de vehículos aéreos no tripulados (UAV) y otros escenarios.

- **Polarización Elíptica**: La trayectoria del vector de campo eléctrico es elíptica, la forma general de polarización: la polarización circular ocurre cuando los ejes mayor y menor de la elipse son iguales, y la polarización lineal cuando el eje menor tiende a cero. En entornos de comunicación reales, debido a reflexiones por trayectos múltiples, la oclusión de obstáculos y otros factores, las ondas con polarización lineal o circular pura suelen convertirse en ondas con polarización elíptica.

1.4 Propagación por trayectos múltiples

Cuando las ondas de radio se propagan, además de las ondas directas, sufren reflexión, difracción y transmisión al encontrar obstáculos como colinas, bosques y edificios. Esto provoca que el terminal receptor reciba simultáneamente ondas de radio multitrayecto, un fenómeno conocido como **propagación multitrayecto**. Sus principales consecuencias incluyen: (1) la complicación de la distribución de la intensidad de la señal, lo que provoca desvanecimientos de sombra y rápidos, lo que produce fluctuaciones importantes en la intensidad de la señal en el receptor; (2) la alteración de la dirección de polarización de la onda de radio, lo que provoca un desajuste de polarización y reduce la intensidad de la señal recibida; (3) la generación de dispersión de retardo (la diferencia de tiempo entre las señales que llegan por diferentes trayectorias), lo que causa interferencia entre símbolos; (4) la superposición (mejora) o cancelación (debilitamiento) de señales locales, según la relación entre la diferencia de trayectoria y la longitud de onda. Por ejemplo, en zonas urbanas densas, los reflejos de los edificios generan una gran cantidad de señales multitrayecto, lo que provoca fluctuaciones frecuentes en la intensidad de la señal recibida por los teléfonos móviles.

La solución principal a este problema es la **tecnología de recepción por diversidad**, que recibe y combina señales multitrayecto para mitigar las interferencias. Se divide en dos categorías:

1. **Diversidad Espacial**: Utiliza múltiples antenas monopolarizadas con una distribución espacial razonable (con una separación superior a 10 veces la longitud de onda) para recibir señales por diferentes caminos. Ideal para escenarios con bajos requisitos de polarización.

2. **Diversidad de polarización**: Aprovecha las características ortogonales de las antenas de doble polarización para recibir simultáneamente dos señales con polarización vertical (p. ej., +45°/-45°). Gracias a la baja correlación de las señales, la salida combinada mejora significativamente la fiabilidad de la recepción, lo que la convierte en la solución principal para la actualidad. 5G estaciones base.

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