El mundo de las frecuencias y las comunicaciones 📻💻️📺📱

Cuando queremos transmitir información a través del aire y, por tanto, sin cables que encierren y encaminen nuestras señales, el componente principal que necesitaremos son las antenas. Las antenas nos servirán como elemento que direccione y guíe nuestras señales pero, ¿cómo mandar tantas señales por el aire sin interferir entre ellas y siendo capaces de recuperar en cada contexto las que se necesite? Aquí entran en juego las frecuencias y concretamente, el espectro radioeléctrico. Para que distintos servicios que comparten el mismo espacio en la transmisión de sus señales no lleguen a interferirse, tan sólo deben tratar de ocupar frecuencias distintas, bandas separadas dentro del espectro radioeléctrico. El espectro radioeléctrico o de radiofrecuencia (RF) se refiere a la parte menos energética del espectro electromagnético, y por tanto, la de menor frecuencia, desde 3 Hz hasta 300 GHz. Aunque este nombre lleva como raíz la palabra radio, no solo la radio utiliza estas frecuencias, también lo hacen los radares, los radiotelescopios para estudios astronómicos, o las transmisiones de televisión (TDT, televisión por cable o satélite), telefonía móvil y otras comunicaciones inalámbricas como el WiFi de nuestro router o una conexión Bluetooth. Las tecnologías RFID y NFC que podemos tener en nuestros móviles, tarjetas bancarias o tarjetas de transporte, también trabajan con este tipo de ondas electromagnéticas. Tiene también sus usos en medicina como las resonancias magnéticas o en medicina estética en tratamientos cosméticos para tensar la piel, reducir la grasa o promover la cicatrización. Los satélites de comunicaciones trabajan también en este rango del espectro electromagnético.

Bandas de frecuencia

El espectro de radiofrecuencia incluye frecuencias entre los 3 Hz y los 300 GHz y se divide en 11 bandas distintas desde las frecuencias extremadamente bajas (Extremely Low Frequency, ELF) entre los 3 y los 30 Hz, hasta las frecuencias extremadamente altas (Extremely High Frequency, EHF) entre los 30 y los 300 GHz, pasando por 9 bandas intermedias.

Las 4 bandas de frecuencia más bajas, comparten el espectro de la audiofrecuencia (AF) o espectro audible, que se encuentra entre 20 Hz y 20 kHz aproximadamente. Sin embargo, estas ondas, aunque de la misma frecuencia, son ondas de presión que se desplazan a la velocidad del sonido a través de un medio material, a diferencia de las ondas de RF, que son ondas electromagnéticas y por tanto se desplazan a la velocidad de la luz y sin necesidad de hacerlo a través de un medio material.

Ondas microondas

A partir de 200 MHz y hasta los 300 GHz, las bandas entran dentro del espectro de las microondas. Así, las 3 bandas de RF más energéticas, de mayor frecuencia, UHF, SHF y EHF, junto con parte de la cuarta banda más energética, VHF, son llamadas específicamente microondas.

Esta zona del espectro radioeléctrico que se define como microondas, se reparte a su vez en distintas bandas de frecuencia. Algunas de estas bandas son la banda S, entre 2 y 4 GHz, la banda C, entre 4 y 8 GHz, la X, entre 8 y 12 GHz, la Ku, entre 12 y 18 GHz, la K entre 18 y 26 GHz o la Ka entre 26 y 40 GHz.

Las ondas microondas son ampliamente utilizadas en radares y en transmisiones de televisión por satélite o en la distribución a los sistemas de televisión por cable. En las transmisiones de televisión por satélite, la gran mayoría de emisiones se realizan en la banda Ku. Para la distribución de televisión a los sistemas de televisión por cable suele utilizarse la banda C, para su posterior redistribución por medio de redes de fibra óptica o cable coaxial. Redes inalámbricas como Bluetooth o WiFi utilizan también frecuencias en el rango de las microondas. Las redes de telefonía móvil, desde 2G hasta 5G trabajan también en esta amplia banda de frecuencias. Las frecuencias GPS se encuentran también en este rango de frecuencias, emitiendo cada satélite en la frecuencia de 1.6 GHz aproximadamente.

Los microondas de nuestras cocinas, que reciben el nombre por utilizar estas ondas para el calentamiento de los alimentos, utilizan concretamente ondas con frecuencias de la banda S, en torno a 2.45 GHz. Redes Bluetooth o WiFi, que utilizan también el espectro de 2.4 GHz, pueden verse afectadas por la proximidad de este tipo de hornos microondas, pudiendo generar pequeñas interferencias en nuestros dispositivos móviles. Sin embargo, estos hornos microondas son jaulas de Faraday a las frecuencias a las que trabaja, evitando que las ondas puedan pasar a través de sus paredes, quedando bloqueadas en el interior y no dejando pasar las del exterior. Si te animas, puedes introducir un teléfono móvil en el microondas (pero sin poner este en funcionamiento) y tratar de establecer comunicación con él a través de otro teléfono móvil en el exterior. Esta comunicación puede establecerse preferiblemente a través de una conexión WiFi que trabaje con los estándares 802.11b o 802.11g, los cuales se encuentran en la frecuencia de 2.4 GHz. También podemos hacer lo mismo con una llamada telefónica a través de 3G (2.1 GHz, además de 900 MHz) o 4G (2.6 GHz, además de 800 MHz y 1.5 y 1.8 GHz). Si la comunicación logra establecerse, esto demuestra que la cubierta de protección del microondas no es impermeable a la radiación y permite que las ondas pasen a través de sus paredes, filtrándose la radiación. Quizás sea momento de comprar otro microondas.

He resintonizado los canales de mi TDT, ¿tiene algo que ver con todo esto?

El espectro de la Televisión Digital Terrestre (TDT) que tenemos en nuestros hogares, muchos seguramente ya integrada en las televisiones más actuales, se compone de 49 canales en frecuencia, del 21 al 69, cada uno de 8 MHz de ancho de banda, repartidos inicialmente entre las frecuencias 470 MHz y 862 MHz. Para haceros una idea, por cada uno de estos 49 canales en frecuencia, solo se permite la transmisión de un canal de televisión, un programa. Y además, los canales adyacentes al que tiene lugar una emisión han de quedar libres de emisiones para evitar interferencias entre canales.

En 2015, con la llegada de la tecnología 4G, la TDT tuvo que abandonar parte de este espectro y este acontecimiento fue conocido como el Primer Dividendo Digital. Concretamente, la TDT tuvo que dejar libres los canales del 61 al 69, liberando la banda de los 800 MHz para su uso en telefonía móvil de cuarta generación. Tras 5 años, la telefonía móvil vuelve a necesitar parte del espectro ocupado por la TDT para dar paso a la tecnología 5G. Concretamente necesitarán disponer de la banda de 700 MHz, entre 694 y 790 MHz, provocando el Segundo Dividendo Digital. La TDT tiene que mover ahora los canales del 49 al 60 a otra zona del espectro de radiofrecuencia, debiendo dejar libres estas frecuencias antes del próximo 30 de junio de 2020. Para esto, todas las antenas de los hogares deben reajustarse para amplificar y recoger todos los canales en la nueva banda de frecuencias y tras eso, cada hogar debe resintonizar dichos canales que han cambiado de frecuencia en sus televisores.

¿Son las ondas malas para la salud? ¿Si pongo un cactus en mi habitación absorbe la radiación de la pantalla de mi ordenador?

Toda onda electromagnética genera radiación, sin embargo no toda radiación es igualmente perjudicial para la salud y esto dependerá especialmente de cuán energéticas sean las ondas y, por tanto, si producen radiación ionizante o no.

Las ondas que provocan radiación ionizante, por ejemplo las ondas en el espectro de los rayos X o rayos gamma, son tan energéticas que tienen la capacidad de romper enlaces químicos de las moléculas hacia las cuales radian. En este caso, si radian hacia el cuerpo humano, podrían llegar a causar mutaciones en nuestro ADN y por tanto, cáncer. Existe un umbral por debajo del cual la exposición a este tipo de radiación no acarrea consecuencias dañinas. Por eso, por ejemplo, podemos realizarnos radiografías con rayos X de forma puntual sin que nos afecte. Este tipo de ondas podemos encontrarlas también en la radiación solar y, por eso, puede llegar a ser perjudicial para nuestra piel. El Sol emite una pluralidad de ondas electromagnéticas, desde microondas, rayos infrarrojos, luz visible, rayos ultravioleta hasta rayos X o incluso rayos gamma. Estas dos últimas provocan radiación ionizante y los rayos ultravioleta, al ser también especialmente energéticos, aunque no provoquen generalmente radiación ionizante, son también responsables de la aparición de quemaduras en nuestra piel.

Sin embargo, dentro del espectro electromagnético, el espectro de radiofrecuencia está formado por las ondas menos energéticas, por debajo incluso de los infrarrojos y del espectro visible, y muy lejos de los rayos ultravioleta, X o gamma. Estas ondas no poseen energía suficiente para producir ionización, produciendo la radiación denominada radiación no ionizante. Incluso dentro de la radiación no ionizante, cuanto menos energéticas sean las ondas, y por ende, cuanto menores sean sus frecuencias, menores problemas podrán causar, y las radiocomunicaciones utilizan las bandas de frecuencia más bajas, de menor energía. Además de tener en cuenta la frecuencia de las ondas, podemos hablar de su potencia para comprobar que tampoco esta es suficiente como para provocar daños reales en nuestra salud dado el uso común que hacemos de ellas. La señal del WiFi de nuestros hogares tiene una potencia cercana a 100 mW. La potencia máxima puntual emitida por un teléfono móvil es de 2 W pero los valores típicos máximos de potencia media oscilan entre 125 mW y 250 mW. Y sí, podéis estar pensando, por ejemplo, que vuestro secador tiene una potencia superior a los 2 kW, pero ahí estamos hablando de frecuencias en torno a 50 Hz, correspondiente a las bandas más bajas de radiofrecuencia.

Nunca nadie se alarmó por estudiar bajo la luz de un flexo o por ponerse delante de la televisión para evitar que otra persona cambiara de canal y aceptó recibir las emisiones infrarrojas del mando hacia la televisión mientras alguien pulsaba los botones desesperadamente; y no pasa nada, pero como tampoco pasa con el resto de ondas utilizadas en radiocomunicaciones. En cuanto al famoso “cactus de ordenador” que, colocándolo en tu habitación absorbe la radiación que sale de la pantalla de tu ordenador mientras trabajas o ves Netflix, este será precioso decorando la estantería, pero no va a prevenir ningún problema de salud causado por la radiación de tu ordenador, porque no lo hay. Además, incluso para que así fuera, el cactus solo absorbería radiación procedente de la pantalla si lo colocásemos justo delante, y así no veríamos nada.

Podéis estar con el ordenador sin un cactus que os proteja. Podéis contemplar cómo se calienta vuestra comida en frente del microondas. Podéis dejar el router encendido por las noches. Si el WiFi, el ordenador, la televisión, el microondas, el GPS, el móvil, causaran cáncer, pasar las horas estudiando bajo la lámpara de tu escritorio sería hasta un millón de veces más peligroso. Y, bueno, estudiar durante horas da dolor de cabeza, pero no penséis que es por la energía de las ondas de la bombilla.

“Los científicos estudian el mundo tal como es; los ingenieros crean el mundo que nunca ha sido”

Theodore Von Karman