Ondas electromagnéticas: frecuencia, espectro y propagación

Las comunicaciones inalámbricas parecen muy distintas entre sí. Una emisora de radio, la TDT, un enlace LoRa, una red Wi‑Fi, un radar o una comunicación con un satélite utilizan frecuencias y equipos diferentes. Sin embargo, todos parten de la misma idea física: la propagación de ondas electromagnéticas.

Cuando una antena transmite, genera campos eléctricos y magnéticos variables que pueden propagarse por el espacio transportando energía e información. Comprender cómo se relacionan frecuencia, periodo, longitud de onda, polarización y propagación permite explicar por qué unas señales recorren grandes distancias, otras necesitan visión directa y otras se ven muy afectadas por obstáculos, lluvia o la propia atmósfera.

Idea de partida: no existe una única “forma de viajar” de las ondas de radio. La frecuencia, las antenas y el entorno determinan qué mecanismos de propagación son relevantes.

Una onda electromagnética puede describirse mediante la relación entre frecuencia, longitud de onda, campos E y B y dirección de propagación.

1. Una onda formada por dos campos

En una onda electromagnética plana ideal aparecen dos campos variables:

• el campo eléctrico, E;
• el campo magnético, B.

Ambos son perpendiculares entre sí y, en una onda plana, también son perpendiculares a la dirección en la que avanza la energía. Por eso hablamos de una onda transversal.

Esta representación es muy útil para entender la polarización y la propagación, aunque una antena real no produce en todos los puntos una onda plana perfecta. Lejos de la antena y sobre una zona pequeña del frente de onda, la aproximación plana resulta muy útil.

En el vacío, la velocidad de propagación es exactamente:

c = 299 792 458 m/s

En aire es ligeramente menor, pero para la mayoría de cálculos introductorios de radiocomunicación se utiliza:

c ≈ 3 · 10⁸ m/s

2. Frecuencia, periodo y longitud de onda

Tres magnitudes permiten describir el ritmo espacial y temporal de una onda.

Frecuencia, f

Es el número de ciclos que se producen cada segundo.

Su unidad es el hercio (Hz):

1 Hz = 1 ciclo/s

En radiocomunicaciones son habituales sus múltiplos:

• kHz = 10³ Hz;
• MHz = 10⁶ Hz;
• GHz = 10⁹ Hz.

Periodo, T

Es el tiempo que tarda en completarse un ciclo.

T = 1 / f

Cuanto mayor es la frecuencia, menor es el periodo.

Longitud de onda, λ

Es la distancia que avanza la onda durante un periodo. En el vacío:

λ = c / f

Por tanto:

c = λ · f

Si la velocidad de propagación prácticamente no cambia, al aumentar la frecuencia disminuye la longitud de onda.

Las cifras anteriores son cálculos a partir de λ = c/f, no mediciones experimentales.

Explora: cambia la frecuencia y observa cómo varían T y λ. La animación se ralentiza deliberadamente: un campo de cientos de megahercios oscila cientos de millones de veces por segundo y no podría mostrarse a velocidad real.

3. Polarización: hacia dónde oscila el campo eléctrico

La polarización se define, por convenio, mediante la evolución temporal del campo eléctrico.

Polarización lineal vertical

El campo eléctrico mantiene una dirección vertical.

Polarización lineal horizontal

El campo eléctrico mantiene una dirección horizontal.

Polarización circular

El extremo del vector campo eléctrico gira y mantiene, en el caso ideal, módulo constante. Puede existir polarización circular de un sentido u otro.

También existe la polarización elíptica, que es el caso más general: el extremo del vector E describe una elipse.

La polarización describe cómo evoluciona la orientación del campo eléctrico.

La polarización importa porque una antena receptora responde mejor a determinadas orientaciones del campo. En condiciones ideales, dos polarizaciones lineales ortogonales presentan un desacoplo muy grande. En un entorno real, reflexiones y multitrayecto pueden alterar la polarización y evitar que el desacoplo sea perfecto.

No confundir: la frecuencia indica cuántos ciclos ocurren por segundo; la polarización describe cómo evoluciona la orientación del campo eléctrico.

4. El espectro electromagnético

Las ondas electromagnéticas abarcan un intervalo enorme de frecuencias. El conjunto recibe el nombre de espectro electromagnético.

De menor a mayor frecuencia encontramos, de forma general:

• ondas de radio;
• microondas;
• infrarrojo;
• luz visible;
• ultravioleta;
• rayos X;
• rayos gamma.

Todas son ondas electromagnéticas; cambian la frecuencia, la longitud de onda y su interacción con la materia.

A medida que aumenta la frecuencia, disminuye la longitud de onda. En la zona de frecuencias muy altas, además, aumenta la energía asociada a cada fotón; por eso ultravioleta de alta energía, rayos X y gamma requieren consideraciones físicas distintas de las radiocomunicaciones convencionales.

Radiofrecuencia y espectro radioeléctrico

No conviene convertir una frontera convencional en una “ley física”. En el marco regulatorio internacional, la UIT utiliza el Reglamento de Radiocomunicaciones para organizar el uso del espectro radioeléctrico. La edición 2024, vigente desde el 1 de enero de 2025, contiene disposiciones que abarcan desde 8,3 kHz hasta 3 000 GHz.

Eso es una convención regulatoria, no el límite físico del espectro electromagnético.

5. Las grandes bandas de radio

Para trabajar con órdenes de magnitud se emplean bandas cuyos límites cambian por factores de diez.

Más útil que memorizar la tabla es relacionar cada zona con tecnologías conocidas:

• radiodifusión AM: alrededor de la banda MF;
• onda corta: HF;
• radiodifusión FM: VHF;
• televisión terrestre y numerosos servicios móviles: UHF;
• LoRa en Europa: aplicaciones alrededor de 868 MHz, dentro de UHF;
• Wi‑Fi: bandas en torno a 2,4 GHz y 5 GHz, entre UHF y SHF;
• enlaces punto a punto, radar y satélite: frecuencias de microondas, según el sistema.

Las denominaciones L, S, C, X, Ku, K y Ka aparecen mucho en radar y comunicaciones por satélite, pero sus fronteras pueden depender del sector o la convención utilizada. Por eso no deben presentarse como una única tabla universal equivalente a VHF, UHF o SHF.

6. Potencia, densidad de potencia y atenuación

Una onda electromagnética transporta energía. Si una fuente ideal radiase uniformemente en todas las direcciones, la potencia se repartiría sobre una superficie esférica cada vez mayor.

El área de esa esfera es:

A = 4πr²

Por eso, en espacio libre y en el campo lejano de una fuente ideal:

• la densidad de potencia decrece como 1/r²;
• la amplitud de los campos E y B decrece aproximadamente como 1/r.

Duplicar la distancia no hace que “desaparezca” la señal, pero en condiciones ideales reduce la densidad de potencia a una cuarta parte.

La recomendación UIT‑R P.525 formaliza el cálculo de la atenuación en espacio libre. En un enlace real se añaden muchas otras pérdidas y ganancias.

En el mundo real también cuentan

• ganancia y orientación de las antenas;
• pérdidas de cables y conectores;
• obstáculos;
• reflexión y multitrayecto;
• difracción;
• características eléctricas del terreno;
• gases atmosféricos;
• lluvia, nieve o niebla en determinadas bandas;
• interferencias y ruido;
• sensibilidad del receptor.

Por eso alcance no es una propiedad fija de una frecuencia ni de una tecnología.

7. Cuando la onda encuentra obstáculos

Una propagación real puede combinar varios mecanismos a la vez.

Un mismo enlace puede combinar varios mecanismos de propagación.

Reflexión

La dirección de propagación cambia al encontrar una superficie reflectante.

Parte de la energía cambia de dirección al incidir sobre una superficie o una discontinuidad electromagnética. El resultado depende de la frecuencia, el ángulo de incidencia, la polarización y las propiedades del material.

Refracción

Al cambiar las propiedades del medio, cambia la velocidad de fase y puede cambiar la dirección de propagación.

La dirección de propagación cambia cuando la onda atraviesa regiones con distinto índice de refracción. En radio es especialmente importante la variación del índice de refracción de la atmósfera con la altura.

Difracción

La difracción permite que la energía alcance zonas que quedarían en sombra geométrica.

La onda puede alcanzar zonas que quedarían en sombra geométrica debido a la curvatura del frente de onda alrededor de bordes u obstáculos. La UIT trata específicamente este mecanismo en la recomendación P.526.

Dispersión

La energía puede redistribuirse en muchas direcciones al interactuar con partículas o irregularidades.

Una superficie rugosa, vegetación, lluvia u otros conjuntos de objetos pueden redistribuir energía en numerosas direcciones.

Importante: no existe una regla simple del tipo “las frecuencias bajas atraviesan todo y las altas rebotan”. La interacción depende de la relación entre la longitud de onda, el tamaño y forma del obstáculo, las propiedades del material y la geometría del enlace.

8. La Tierra y la atmósfera también forman parte del enlace

En un enlace real pueden coexistir varios mecanismos de propagación a la vez. Según la frecuencia, el entorno y la geometría, uno de ellos puede dominar sin que los demás desaparezcan por completo.

Onda de superficie

A frecuencias bajas, una componente de la señal puede propagarse siguiendo la superficie terrestre. Las pérdidas dependen, entre otros factores, de la frecuencia y de las propiedades eléctricas del terreno.

El agua de mar es especialmente conductora y puede favorecer la propagación por onda de superficie. La UIT modela estas propiedades en P.527 y la propagación por onda de superficie en P.368.

Propagación ionosférica

La ionosfera es un plasma cuya densidad electrónica varía con la altura, la hora, la estación y la actividad solar. En determinadas condiciones, sobre todo en HF, puede refractar progresivamente la onda hasta devolverla hacia la Tierra y permitir enlaces muy superiores al horizonte.

Decir que “la ionosfera es un espejo” puede servir como primera analogía, pero no describe el mecanismo con precisión.

La frecuencia utilizable depende del trayecto y del estado ionosférico; no existe una única frecuencia límite válida siempre.

Propagación troposférica y visión directa

En VHF, UHF y frecuencias superiores suele ser muy importante la propagación dentro de la troposfera y la geometría de visión directa. Pero la atmósfera modifica ligeramente la trayectoria mediante refracción y, en situaciones particulares, puede producir propagación anómala o ductos.

Enlaces Tierra-espacio

Los enlaces con satélites atraviesan la atmósfera y, según su frecuencia, pueden verse afectados por gases, lluvia, centelleo, refracción, ionosfera y rotación de Faraday, entre otros efectos.

La frecuencia y el entorno hacen que unos mecanismos de propagación sean más relevantes que otros.

9. Horizonte geométrico y horizonte radioeléctrico

En un enlace terrestre con visión directa, la curvatura de la Tierra limita la distancia geométrica visible.

Para una antena a una altura h metros sobre una Tierra esférica, una aproximación al horizonte geométrico es:

d ≈ 3,57 · √h

con d en kilómetros.

Para dos antenas:

d ≈ 3,57 · (√h₁ + √h₂)

Ejemplo geométrico

Dos antenas situadas a 10 m de altura:

d ≈ 3,57 · (√10 + √10) ≈ 22,6 km

Pero las ondas de radio no viajan en una atmósfera con índice de refracción uniforme. En condiciones atmosféricas estándar se utiliza a menudo un modelo de radio terrestre efectivo de aproximadamente 4/3 del radio real. Con esa aproximación:

d_radio ≈ 4,12 · (√h₁ + √h₂)

y, para las mismas antenas de 10 m:

d_radio ≈ 26,1 km

No debe interpretarse 4,12 como una constante universal: la refractividad atmosférica cambia y el horizonte radioeléctrico real también.

Consecuencia práctica: elevar una antena puede cambiar radicalmente un enlace porque mejora la geometría, despeja obstáculos y ayuda a liberar la zona de Fresnel. Aumentar potencia no corrige un obstáculo geométrico de la misma forma.

10. Microondas terrestres y comunicaciones por satélite

Las microondas se utilizan tanto en enlaces terrestres como en comunicaciones por satélite. En ambos casos, el comportamiento del enlace depende de la frecuencia, la geometría y las condiciones del trayecto.

Enlaces terrestres de microondas

Suelen emplear antenas directivas y trayectos cuidadosamente planificados. A medida que aumenta la frecuencia pueden cobrar mayor importancia:

• pérdidas por lluvia;
• absorción por gases atmosféricos;
• precisión de alineación;
• despeje de la zona de Fresnel.

No es correcto afirmar de forma general que “las microondas son absorbidas por la lluvia”: el efecto depende mucho de la frecuencia y de la intensidad de precipitación.

Comunicaciones por satélite

Un satélite puede actuar como parte de un enlace de comunicaciones, pero no todos los satélites son geoestacionarios.

Un satélite geoestacionario se sitúa aproximadamente a 35 786 km de altitud sobre el ecuador. También existen constelaciones en órbitas bajas y medias, con geometrías y retardos muy diferentes.

En sistemas satelitales es habitual separar:

• enlace ascendente: Tierra → satélite;
• enlace descendente: satélite → Tierra.

El retardo tampoco puede resumirse con una única cifra para “los satélites”: depende especialmente de la órbita y del trayecto.

11. Errores frecuentes

“En el aire, todas las ondas pierden energía porque las moléculas la absorben”

No como explicación general. En muchas bandas de radio, la pérdida dominante de un enlace no es la absorción molecular. La expansión geométrica, la antena, el terreno, los obstáculos, el multitrayecto y otras pérdidas pueden ser mucho más importantes. La absorción atmosférica se vuelve especialmente relevante en determinadas bandas.

“La ionosfera refleja las ondas como un espejo”

Es una analogía útil, pero físicamente incompleta. La propagación ionosférica se explica mejor mediante la variación del índice de refracción en un medio ionizado.

“Por encima de 30 MHz todo viaja en línea recta”

No. La visión directa gana importancia, pero siguen existiendo difracción, reflexión, refracción troposférica, dispersión y propagaciones anómalas.

“Las señales de radio son omnidireccionales”

No necesariamente. La distribución espacial depende de la antena. Una antena puede ser aproximadamente omnidireccional en un plano o extremadamente directiva.

“Una frecuencia tiene un alcance”

No. El alcance es resultado de todo el presupuesto de enlace y del entorno de propagación.

12. Ideas esenciales

• Una onda electromagnética combina campos E y B variables.
• En el vacío, c = 299 792 458 m/s exactamente.
• T = 1/f y λ = c/f.
• Mayor frecuencia implica menor longitud de onda cuando la velocidad permanece prácticamente constante.
• La polarización se describe a partir del campo eléctrico.
• VLF, LF, MF, HF, VHF, UHF, SHF y EHF son bandas por décadas.
• En espacio libre, la densidad de potencia de una fuente ideal cae como 1/r².
• Reflexión, refracción, difracción y dispersión pueden coexistir.
• La propagación ionosférica no debe explicarse literalmente como un rebote en un espejo.
• El agua de mar tiene alta conductividad y favorece la onda de superficie.
• En VHF, UHF y microondas, la altura, la visibilidad y el despeje del trayecto suelen ser decisivos.
• El horizonte geométrico y el radioeléctrico no son exactamente lo mismo.
• No existe una cifra universal de alcance asociada solo a una frecuencia.

13. Qué no pretende resolver esta pieza

Esta explicación establece la base física. Quedan para piezas específicas:

• espectro radioeléctrico, atribuciones y regulación;
• antenas, ganancia, polarización e impedancia;
• zona de Fresnel;
• presupuesto de enlace y pérdida en espacio libre;
• multitrayecto y desvanecimientos;
• propagación ionosférica avanzada;
• enlaces de microondas;
• comunicaciones por satélite.

Siguiente lectura

• Espectro radioeléctrico: bandas, servicios y usos
• Polarización y antenas: por qué la orientación importa
• Zona de Fresnel: no basta con “verse”
• Presupuesto de enlace: cómo saber si una señal puede llegar

Para uso docente

Objetivos de aprendizaje

Al terminar, el alumnado debería ser capaz de:

1. describir una onda electromagnética mediante los campos E y B;
2. calcular T y λ a partir de la frecuencia;
3. distinguir frecuencia de polarización;
4. situar tecnologías conocidas en las grandes bandas del espectro radioeléctrico;
5. explicar reflexión, refracción, difracción y dispersión;
6. diferenciar onda de superficie, propagación ionosférica y propagación predominantemente de visión directa;
7. justificar por qué la altura de las antenas influye en el alcance;
8. distinguir horizonte geométrico de una aproximación al horizonte radioeléctrico.

Preguntas de análisis

• ¿Qué longitud de onda corresponde aproximadamente a 100 MHz? ¿Y a 868 MHz?
• ¿Por qué dos antenas con polarizaciones ortogonales pueden acoplar mal aunque trabajen exactamente a la misma frecuencia?
• ¿Por qué elevar una antena puede resultar más eficaz que aumentar unos pocos decibelios la potencia?
• ¿Por qué no es correcto afirmar que la ionosfera es simplemente un espejo?
• ¿Qué diferencia existe entre el horizonte geométrico y el radioeléctrico?
• ¿Qué fenómenos pueden permitir recibir una señal incluso sin visión geométrica directa?

Fuentes técnicas verificadas para esta edición

1. BIPM — The International System of Units (SI), 9th edition, updated 2026. Valor exacto de la velocidad de la luz en el vacío.
2. ITU Radio Regulations, 2024 edition. Marco regulatorio internacional vigente desde 1 de enero de 2025.
3. ITU-R P.525-5 (2024) — Calculation of free-space attenuation.
4. ITU-R P.527-6 (2021) — Electrical characteristics of the surface of the Earth.
5. ITU-R P.526 — Propagation by diffraction.
6. ITU-R P.834-9 — Effects of tropospheric refraction on radiowave propagation.
7. ITU-R P.1239-4 (2023) — ITU-R reference ionospheric characteristics.
8. ITU-R P.1240-2 — Methods of basic MUF, operational MUF and ray-path prediction.
9. ITU-R Study Group 3 — Radiowave propagation recommendations.

Los ejemplos regulatorios concretos de frecuencias y servicios deben volver a verificarse antes de una futura revisión de la pieza.