1.3 Espectro De Frecuencia

El espectro de frecuencia de un fenómeno ondulatorio (sonoro, luminoso o electromagnético), superposición de ondas de varias frecuencias, es una medida de la distribución de amplitudes de cada frecuencia. También se llama espectro de frecuencia al gráfico de intensidad frente a frecuencia de una onda particular.

El espectro de frecuencias o descomposición espectral de frecuencias puede aplicarse a cualquier concepto asociado con frecuencia o movimientos ondulatorios, sonoro y electromagnético = Una fuente de luz puede tener muchos colores mezclados en diferentes cantidades (intensidades).

Un prisma transparente, deflecta cada fotón según su frecuencia en un ángulo ligeramente diferente. Eso nos permite ver cada componente de la luz inicial por separado. Un gráfico de la intensidad de cada color deflactado por un prisma que muestre la cantidad de cada color es el espectro de frecuencia de la luz o espectro luminoso. Cuando todas las frecuencias visibles están presentes por igual, el efecto es el "color" blanco, y el espectro de frecuencias es uniforme, lo que se representa por una línea plana. De hecho cualquier espectro de frecuencia que consista en una línea plana se llama blanco de ahí que hablemos no solo de "color blanco" sino también de "ruido blanco".

El espectro de frecuencias

El espectro de frecuencias se divide en dos grandes partes:

Ondas materiales

Ondas electromagnéticas.

ONDAS MATERIALES:

Se propagan por vibraciones de la materia (sólida, líquida o gaseosa). Incluyen:

Ondas infrasonoras (debajo de los 8Hz)
Ondas sonoras (entre 8 y 30,000Hz). Por ejemplo voz humana (hasta 4,000Hz), audio (de 20Hz hasta 20,000Hz).
Ondas ultrasonoras (arriba de los 30,000Hz).

ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS:

Son debidas a la vibración de un campo electromagnético, fuera de todo soporte material. Incluyen:

Ondas radioeléctricas (o herzianas), que son generadas por una corriente oscilatoria, y que pueden ser miriamétricas o kilométricas (VLF/LF, very low frequency / low frequency, entre 0 y 315KHz), hectométricas (MF, medium frequency, entre 315KHz y 3230KHz), decamétricas (HF, high frequency, entre 3230KHz y 27,500KHz), métricas (VHF, very high frequency, entre 27,500KHz y 322MHz), decimétricas (UHF, ultra high frequency, entre 322MHz y 3300MHz), centimétricas (SHF, entre 3300MHz y 31.8GHz) o milimétricas (WHD, entre 31.8GHz y 400GHz).
Ondas luminosas (luz), originadas de un cuerpo luminoso que transmite su luz, y que pueden ser infrarrojo (longitud de onda entre 0.8 y 300 micras), visible (longitud de onda entre 0.4 y 0.8 micras, y que incluye los colores rojo, anaranjado, amarillo, verde, azul, turquesa y violeta), o ultravioleta (longitud de onda entre 0.02 y 0.4 micras).
Rayos X (longitud de onda hasta 0.001 micras), generados por cuerpos radioactivos.
Rayos gamma (longitud de onda entre 0.005 a 0.25 Angstroms), generados por cuerpos radioactivos.

Para efectos de telecomunicaciones son importantes las ondas radioeléctricas (comunicación inalámbrica) y las ondas luminosas (comunicación vía fibras ópticas).

CONVERSIÓN DE LONGITUD DE ONDA A FRECUENCIA, Y VICEVERSA:

Para cambiar de frecuencia (f) a longitud de onda (), y viceversa, se utilizan las fórmulas (1) y (2), que son en realidad la misma fórmula pero despejando en un caso  y en el otro f:

f = 1/T
Vp = Velocidad de propagación (luz = 300,000 kms/seg, sonido = 240 m/seg)
 = Vp T

 = Vp/f

(2) f = Vp/

 = velocidad angular 
= 2f [rad/seg]

f = frecuencia [Hz = ciclos/seg]

T = período
= 1/f [seg/ciclo, o simplemente seg]
Cuando se hacen las conversiones, es importante recordar los siguientes términos del sistema de medición:

1 mm (milímetro) = 10-3 m
1  (micra, micrómetro) = 10-6 m
1 nm (nanómetro) = 10-9 m
1  (angströms) = 10-10 m
1 pm (picómetro) = 10-12 m

1 KHz (kilohertz) = 103 Hz
1 MHz (megahertz) = 106 Hz
1 GHz (gigahertz) = 109 Hz
1 THz (terahertz) = 1012 Hz
1 PHz (petahertz) = 1015 Hz
1 Ehz (exahertz) = 1018 Hz

En la siguiente tabla se muestran los rangos de cada tipo de onda del espectro de frecuencias, tanto en longitud de onda () como en frecuencia (f). Es importante señalar que las conversiones son aproximadas y pueden ser distintas dependiendo del tipo de medio de transmisión que se utilice. Para la siguiente tabla se consideró Vp(luz) = 300,000 kms/seg y Vp(sonido) = 240 m/seg. Estas cifras pueden cambiar dependiendo del medio de transmisión específico que se utilice, y por lo tanto los rangos serán distintos.

Básicamente se emplean tres tipos de ondas del espectro electromagnético para comunicaciones:

Microondas: 2GHz a 40GHz. Muy direccionales. Pueden ser terrestres o por satélite.
Ondas de radio: 30MHz a 1GHz: Ominidireccionales
Infrarrojos: 3x1011 a 200THz

La zona del espectro de las microondas está dividido de la siguiente manera:

Tipos:
Hay analizadores analógicos y digitales de espectro:
• Un analizador analógico de espectro es un equipo electrónico que muestra la composición del espectro de ondas eléctricas, acústicas, ópticas, de radiofrecuencia, etc. Contrario a un osciloscopio un Analizador de Espectros muestra las ondas en el dominio de frecuencia en vez del dominio de tiempo. Puede ser considerado un voltímetro de frecuencia selectiva, que responde a picos calibrados en valores RMS de la onda. Los analizadores análogos utilizan un filtro pasa banda de frecuencia variable cuya frecuencia central se afina automáticamente dentro de una gama de fija. También se puede emplear un banco de filtros o un receptor superheterodino donde el oscilador local barre una gama de frecuencias. Algunos otros analizadores como los de Tektronix utilizan un híbrido entre análogo y digital al que llaman "tiempo real" analizador de Espectros. La señales son convertidas a una frecuencia más baja para ser trabajadas con técnicas FFT o transformada rápida de Fourier descubiertas por Jean Baptiste Joseph Fourier, 1768-1830. 
• Un analizador digital de espectro utiliza la (FFT), un proceso matemático que transforma una señal en sus componentes espectrales. Algunas medidas requieren que se preserve la información completa de señal - frecuencia y fase este tipo de análisis se llama vectorial. Equipos como los de Agilent Technologies (antiguamente conocidos como Hewlett Packard) usan este tipo de análisis. 
Ambos grupos de analizadores pueden traer un generador interno incorporado y así poder ser usados como un simple analizador de redes.
Comunicación digital y análoga

Digitales: calculadoras que trabajan con dígitos.
Analógico: aparatos que manejan magnitudes positivas discretas análogas a los datos.
En las computadoras digitales, sólo existe una correspondencia arbitraria entre la información y su expresión digital, estos números son nombres codificados arbitrariamente asignados. En las computadoras analógicas los datos adoptan la formas de cantidades discretas y, siempre positivas; por ejemplo: la intensidad de a corriente eléctrica.
En la comunicación humana es posible referirse a los objetos de dos maneras totalmente distintas: se los puede representar por un símil como un dibujo (mediante una semejanza autoexplicativa) o mediante un nombre (palabra) y, son equivalentes a los conceptos de la computadoras puesto que resulta obvio que la relación entre el nombre y la cosa nombrada está arbitrariamente establecida.

Comunicación análoga: =Relación

La comunicación analógica tiene sus raíces en los periodos mas arcaicos de la evolución y coincidiría con la comunicación no verbal, los movimientos corporales (kinesia), la postura, los gestos, la expresión facial, el ritmo, la cadencia de las palabras y los indicadores comunicacionales que aparecen en el contexto de forma mas abstracta.
Todo lo que sea comunicación no-verbal (postura, gestos, expresión facial, la inflexión de la voz, la secuencia y el ritmo, y, la cadencia de palabras).
El hombre es el único organismo que utilizó tanto la comunicación análoga como digital.
Comunicación digital: el habla, el lenguaje.

Los logros de la civilización resultarían indispensables sin el desarrollo del lenguaje digital por su importancia en lo que se refiere a compartir información acerca de los objetos
Toda comunicación tiene un aspecto de contenido y un aspecto relacional, ambos modos no sólo existe lado a lado, sino que se complementan entre sí en cada mensaje.
El aspecto relativo al contenido se trasmite en forma digital, mientras que el relativo a la relación es de naturaleza analógica.
Diferencias: el material del mensaje digital es de mucha mayor complejidad, versatilidad y abstracción que el material analógico, en este último no hay equivalentes para elementos
de vital importancia para el discurso como "si luego", "o....o", etc. la expresión de conceptos abstractos resulta imposible como la escritura primitiva, donde cada concepto puede representarse por medio de una similitud física. 
Además, en el mensaje analógico suele ser ambiguo y tener varios significados (llanto de alegría, de tristeza), y no posee indicadores de presente, pasado o futuro que existen en la comunicación digital.
Los seres humanos se comunican de las dos formas. El lenguaje digital cuenta con una sintaxis lógica sumamente compleja y poderosa pero carece de una semántica adecuada en el campo de la relación mientras que el analógico posee la semántica pero no una sintaxis adecuada para la definición inequívoca de la naturaleza de las relaciones.

Comunicación Símplex

La transmisión simplex (sx) o unidireccional es aquella que ocurre en una dirección solamente, deshabilitando al receptor de responder al transmisor. Normalmente la transmisión simplex no se utiliza donde se requiere interacción humano-máquina. Ejemplos de transmisión simplex son: La radiodifusión (broadcast) de TV y radio, el pagina unidireccional, etc.

Una comunicación, es símplex si están perfectamente definidas las funciones del emisor y del receptor y la transmisión de los datos siempre se efectúa en una dirección y la transmisión de los datos siempre se realiza en una dirección. 

Comunicación Half Duplex

La transmisión half-duplex (hdx) permite transmitir en ambas direcciones; sin embargo, la transmisión puede ocurrir solamente en una dirección a la vez. Tanto transmisor y receptor comparten una sola frecuencia. Un ejemplo típico de half-duplex es el radio de banda civil (CB) donde el operador puede transmitir o recibir, no pero puede realizar ambas funciones simultáneamente por el mismo canal. Cuando el operador ha completado la transmisión, la otra parte debe ser avisada que puede empezar a transmitir (e.g. diciendo "cambio"). 


Comunicación Full Duplex

La transmisión full-duplex (fdx) permite transmitir en ambas dirección, pero simultáneamente por el mismo canal. Existen dos frecuencias una para transmitir y otra para recibir. Ejemplos de este tipo abundan en el terreno de las telecomunicaciones, el caso más típico es la telefonía, donde el transmisor y el receptor se comunican simultáneamente utilizando el mismo canal, pero usando dos frecuencias.