Introducción a la radiofrecuencia: tecnologías de RF

Los enchufes eléctricos de una vivienda suministran una tensión o corriente que sube y baja en el transcurso del tiempo. La medida en que la corriente sube y baja se denomina frecuencia.La frecuencia describe cuántas veces por segundo pasa la corriente por un ciclo completo de subida y bajada antes de volver a su nivel original. La cantidad de ciclos por segundo se mide en unidades llamadas hercios. Por ejemplo, si en un segundo la corriente pasa por cuatro ciclos completos, la frecuencia es de cuatro hercios. En Estados Unidos, p. ej., la frecuencia del suministro de CA de los enchufes de pared es normalmente de 60 Hz, lo que significa que la corriente completa 60 ciclos en 1 segundo.

Campos electromagnéticos que generan corriente alterna

Cuando discurre corriente alterna a través de un conductor —como un cable o una antena— también se genera un campo electromagnético que sale hacia el espacio exterior.Con frecuencias muy bajas, como los 60 Hz CA de un enchufe de pared, este campo electromagnético no es especialmente intenso y no llega muy lejos.

Tres usos generales de la radiofrecuencia

La radiofrecuencia se emplea para tres usos generales. La primera categoría de aplicaciones de RF consiste en el calentamiento de objetos.A ellas pertenecen tanto los hornos de microondas como otras aplicaciones industriales y médicas.

Otro campo de utilización de la radiofrecuencia es la captación o detección de objetos. En este caso se transmite radiofrecuencia, y las características de RF recibidas aportan información sobre los objetos sobre los que incide.

La aplicación más conocida es la transferencia de información. La radiodifusión y la televisión fueron algunos de los primeros usos de la radiofrecuencia para transferir información en forma de sonido o de imagen. Las características de la radiofrecuencia hacen posibles tecnologías de transmisión de datos modernas como Wi-Fi, las comunicaciones celulares de voz y datos y Bluetooth. La capacidad de transmitir información a través del espacio es también de suma importancia para las aplicaciones de satélite, entre ellas GPS.

Uso de la radiofrecuencia para calentar objetos

Los hornos de microondas utilizan un dispositivo denominado «magnetrón» para generar radiofrecuencia a una frecuencia de alrededor de 2,5 gigahercios. Este es el mismo rango de frecuencias que se utiliza generalmente para la Wi-Fi y Bluetooth. La radiofrecuencia penetra en los alimentos o líquidos y hace que las moléculas, especialmente de agua, vibren, de forma que se forma calor. Al utilizar la radiofrecuencia para calentar comida en un microondas debería evitarse introducir en el horno objetos de metal, ya que el metal puede convertir la radiofrecuencia radiada que produce el magnetrón en radiofrecuencia conducida. Las corrientes que se forman en el metal pueden provocar chispas o fuego.

Además de para recalentar sobras de comida, la radiofrecuencia se utiliza también para el calentamiento en aplicaciones industriales, como p. ej. para pasteurizar la leche, y también está presente en aplicaciones médicas, desde la destrucción de células cancerígenas hasta tratamientos cosméticos de todo tipo.

Detección de objetos por radiofrecuencia

El radar es un ejemplo de cómo se pueden detectar objetos por RF. Existen diversas aplicaciones de radar, como la detección de aviones o barcos, o medidas de la velocidad de un vehículo o una pelota de béisbol. Otro ejemplo de captación por RF son los escáneres de seguridad que han sustituido a la mayoría de los detectores de metales en los aeropuertos. También algunos sensores de movimiento de sistemas de alarma y otras instalaciones utilizan la radiofrecuencia. Un uso menos conocido de la radiofrecuencia para la detección son las medidas de materiales. La radiofrecuencia permite determinar ciertas propiedades de los materiales sin destruirlos, p. ej. explorar tejidos para detectar el cáncer de mama, o la presencia de hongos o termitas en los árboles.

Transferencia de información por radiofrecuencia

El uso más común de la radiofrecuencia en el mundo moderno es para transferir información sin cables o «por el aire». Para transferir información por RF es necesario modificar una o más propiedades del campo electromagnético generado, y este proceso se denomina modulación.

La forma más sencilla de cambiar algo en el campo radiado es simplemente encendiéndolo y apagándolo, y así es como funciona básicamente el código de Morse. Activando la radiofrecuencia brevemente para un punto y de forma más prolongada para una raya. El siguiente paso evolutivo de este método de «encendido-apagado» es la modulación de amplitud (AM), donde se modifica la intensidad de la radiofrecuencia para transportar información. En la modulación de frecuencia (FM), la frecuencia de la RF radiada se modifica dependiendo de la información que se va a enviar.

Tanto AM como FM se utilizan principalmente para la modulación analógica, como en la radiodifusión. Para enviar información digital se necesitan esquemas de modulación más complejos, que cambian a menudo la amplitud y la fase, o realizan el desplazamiento de frecuencia de la RF a un mismo tiempo.

Cómo funcionan las frecuencias de RF

La definición de RF cubre un rango muy amplio de frecuencias, si bien la frecuencia específica utilizada depende en gran parte de la aplicación.

Cuando se reduce la frecuencia ocurren dos cosas. En primer lugar, los campos radiados se propagan, o viajan, a través de distancias más largas. En segundo lugar, las señales con frecuencia más baja tienden a penetrar o a traspasar objetos con mayor facilidad. Lo contrario ocurre con las frecuencias más altas. La radiodifusión AM utiliza frecuencias del orden de cientos de kHz, y la radiodifusión FM utiliza frecuencias alrededor de los 100 MHz, ya que estas señales de frecuencia relativamente baja pueden viajar muchos kilómetros y se pueden recibir dentro de los edificios de viviendas u oficinas.

Wi-Fi funciona con 2,4 o 5 gigahercios; estas frecuencias son de 25 a 50 veces más altas que AM o FM. Uno de los motivos por los que se emplean esta frecuencias mucho más altas es que las señales Wi-Fi no tienen que viajar muy lejos: un punto de acceso representa un ruido o una interferencia para los puntos de acceso de todos los demás. Las señales Wi-Fi no alcanzan muy lejos de los edificios de donde proceden.

En la mayoría de las regiones del mundo, las autoridades gubernamentales o una agencia reguladora se encargan de otorgar los derechos para utilizar una determinada frecuencia o rango de frecuencias. En Estados Unidos, la autoridad competente es la Comisión Federal de Comunicaciones o FCC, por sus siglas en inglés. Para obtener la «licencia» para utilizar determinadas frecuencias deben abonarse a menudo tasas, que pueden ascender a cantidades muy elevadas. Los operadores de redes de telefonía móvil, por ejemplo, pagan miles de millones de dólares para adquirir el derecho exclusivo de uso de determinadas frecuencias.

Radiofrecuencia y seguridad

La energía radiada, como los rayos X, los rayos gamma y los rayos UV o ultravioleta, se denomina radiación ionizante. Ionizante significa que esta energía pueden provocar cambios estructurales en átomos o moléculas, también en el ADN, y puede ser una causa directa de ciertas formas de cáncer y otras enfermedades.

La radiofrecuencia es radiación no ionizante, y por lo tanto no altera los átomos ni las moléculas. Pero esto no significa que la radiofrecuencia sea completamente inocua. La radiofrecuencia puede generar calor, y a niveles muy elevados, esto puede dañar los tejidos. Sin embargo, no hay pruebas firmes ni concluyentes de que la radiofrecuencia represente un peligro relevante para los seres vivientes si se emplea a los niveles de potencia aceptables o en circunstancias «normales». Los transmisores de alta potencia requieren en cualquier caso un control, y las normas legales e industriales son de obligado cumplimento en entornos de exposición a radiofrecuencia.