Entendiendo la RF: Tecnologías de radiofrecuencia

Los tomacorrientes eléctricos en un hogar proporcionan voltaje o corriente que sube y baja con el tiempo. Se denomina frecuencia a la velocidad a la que la corriente sube y baja. La frecuencia describe cuantas veces por segundo la corriente pasa por un ciclo completo de subida y bajada antes de retornar a su nivel original. El número de ciclos por segundo se mide en unidades de Hertz. Por ejemplo, si en un segundo la corriente pasa por cuatro ciclos completos, la frecuencia es cuatro Hertz. Por ejemplo, en los EE. UU. la frecuencia de la corriente alterna en los tomacorrientes de pared por lo general es de 60 Hz, lo que significa que la corriente completa 60 ciclos en 1 segundo.

Campos electromagnéticos que generan CA

Cualquier corriente alterna que se mueve por un conductor, como un cable o antena, también genera campos electromagnéticos que viajan hacia el espacio. A frecuencias muy bajas, como la de CA de 60 Hz en los tomacorrientes de pared, estos campos electromagnéticos no son muy fuertes y no viajarían muy lejos.

Tres usos generales para RF

Existen tres usos generales para RF. La primera categoría de aplicaciones de RF es calentar objetos. Esto incluye tanto hornos de microondas, así como aplicaciones industriales y médicas.

Otra área de aplicación de RF es detectar o identificar objetos. Aquí, se transmite RF, y las características de la RF recibida brindan información acerca de los objetos que ha encontrado.

El más conocido es la transferencia de información. Los broadcasts de radio y televisión figuran entre los primeros usos de RF para transferir información en forma de sonido e imágenes. Las propiedades de la RF permiten métodos modernos de transmisión de datos como Wi-Fi, voz y datos por celular y Bluetooth. También, la capacidad de transmitir información a través del espacio es de suma importancia para aplicaciones satelitales, como los GPS.

Utilización de RF para calentar objetos

Los hornos de microondas utilizan algo llamado «magnetrón» para crear RF en una frecuencia de alrededor de dos gigahercios y medio. Esta es la misma gama de frecuencias que normalmente utilizan Wi-Fi y Bluetooth. Luego, la RF penetra en los alimentos o líquidos y ocasiona que las moléculas, especialmente las del agua, vibren, lo cual crea calor. Al utilizar RF para calentar alimentos en un microondas, debe evitarse que haya objetos metálicos dentro del horno debido a que el metal puede convertir la RF radiada que ha producido el magnetón en RF conducida. Las corrientes que se producen en el metal pueden ocasionar chispas o fuego.

Además de calentar alimentos, la RF también se utiliza para calentar en aplicaciones industriales, como para la pasteurización de leche, también se la encuentra en algunas aplicaciones médicas que van desde la destrucción de células cancerígenas hasta diversos tratamientos cosméticos.

Detección de objetos con RF

El radar es un ejemplo de cómo pueden detectarse objetos con RF. Existen diversas aplicaciones de radar, como la detección de aviones o barcos, o la medición de la velocidad de un vehículo o de una pelota de béisbol. Otro ejemplo de la utilización de RF para detección son los escáneres de seguridad que han sustituido en gran medida los detectores de metales en los aeropuertos. Algunos tipos de sensores de movimiento en alarmas y otros sistemas también utilizan RF. Una utilización menos conocida de la RF para la detección es algo que se llama mediciones de materiales. La RF permite determinar de manera no destructiva ciertas propiedades de los materiales, como comprobar la presencia de cáncer de mama en los tejidos o la búsqueda de podredumbre y termitas en los árboles.

Transferir información por medio de RF

La utilización más común de la RF en el mundo moderno es transferir información sin cables u «over the air». A fin de transferir información por medio de RF, deben cambiarse una o más propiedades de los campos electromagnéticos generados, y este proceso se llama método de modulación.

La manera más sencilla de cambiar algo sobre el campo radiado es simplemente encenderlo o apagarlo, y así es básicamente como el código Morse funciona. Encender la RF durante un corto tiempo para un punto y un tiempo más largo tiempo para una raya. El siguiente paso para este enfoque de «encendido-apagado» es la amplitud de modulación (AM), donde la fuerza de la RF se cambia para transmitir información. En la modulación de frecuencia (FM), la frecuencia de la RF radiada se cambia en función de la información a enviar.

Tanto la AM como la FM se utilizan fundamentalmente para modulación analógica como broadcasts de radio. Para enviar la información digital se necesitan métodos de modulación más complicados, que a menudo cambian tanto la amplitud como la fase, o el desplazamiento de frecuencia, de la RF al mismo tiempo.

Frecuencias de RF explicadas

La definición de RF abarca un rango muy amplio de frecuencias, pero la frecuencia específica que se utiliza está, en gran medida, en función de la aplicación.

Cuando la frecuencia se disminuye suceden dos cosas. Primero, los campos radiados se propagan, o viajan, distancias mayores. Segundo, las señales de menor frecuencia también tienden a generar o atravesar objetos más fácilmente. Lo opuesto es cierto para frecuencias más elevadas. El broadcast de radio AM utiliza frecuencias de cientos de kHz, mientras que el broadcast de radio FM frecuencias de alrededor de 100 MHz debido a que las señales de frecuencia relativamente baja, pueden viajar muchos kilómetros y pueden captarse en el dentro de lo hogares casas o negocios.

Wi-Fi funciona en los 2.4 o 5 giga hertz, y estas frecuencias son de 25 a 50 veces más altas que las de AM o FM. Una de las razones para utilizar estas frecuencias mucho mayores es que las señales de Wi-Fi no necesitan viajar muy lejos: un punto de acceso es esencialmente ruido o interferencia para los puntos de acceso de los demás. Las señales de Wi-Fi no se extienden mucho más allá de los hogares o negocios.

En la mayor parte del mundo, el derecho de utilizar una frecuencia determinada o gama de frecuencias está establecido por el gobierno o un organismo regulador. En los EE. UU. es la Comisión Federal de Comunicaciones (FCC). La adquisición de la «licencia» para utilizar determinadas frecuencias a menudo requiere de una tasa, y el costo puede ser muy elevado. Los operadores de redes celulares, por ejemplo, pagan miles de millones de dólares por los derechos exclusivos de utilizar determinadas frecuencias.

Seguridad de RF

La energía radiada, como los rayos X, rayos gamma y rayos UV o rayos ultravioleta, se la conoce como radiación ionizante. Ionización significa que esta energía puede romper átomos o moléculas, como el ADN, y pueden ser la causa directa de ciertas formas de cáncer y otros problemas de salud.

La RF no es radiación no ionizante, que no rompe átomos o moléculas. Eso no significa que la RF sea completamente inofensiva. La RF puede crear calor y a niveles muy altos esto puede dañar los tejidos. Sin embargo, no existen evidencias firmes ni concluyentes de que la RF represente un peligro significativo para los seres vivos a niveles de potencia comunes o bajo circunstancias «normales». Sin embargo, los transmisores de alta potencia requieren de precaución, y cuando se trata de exposición a RF, se necesitan cumplir con las directrices reguladoras y de la industria.