Telegrafía sin hilos - La radio

Artículos teóricos

A pesar de que tanto el telégrafo como el teléfono, utilizando lineas de cables eléctricos, cumplían a la perfección su cometido, el hombre quería más. Debería ser posible poder transmitir de alguna manera la información precisa sin necesidad de utilizar ningún tipo de cableado. De esa manera no existiría la limitación impuesta por los cables, los cuales había que desplegarlos a través kilómetros y más kilómetros de linea. La verdad es que se estaba preparando el camino para el telégrafo sin hilos y la radiotelefonía desde los alrededores de 1870.

Como ocurrió con el telégrafo con hilos, es muy complicado asignar el invento del telégrafo inhalámbrico o el de la radio a una sola persona. Desde James Clerk Maxwell hasta Alexander Stepánovich Popov, pasando por Michael Faraday, Heinrich Rudolf Hertz, Guillermo Marconi, Nikola Tesla y muchos otros científicos de la época contribuyeron con su granito de arena a la consecución del invento.

Los científicos sabían que el primer paso era conseguir producir las llamadas ondas electromagnéticas de alta frecuencia. Posteriormente a eso ya vendría la manera de dominarlas y de amoldarlas convenientemente para conseguir el objetivo, el cual no era otro que la transmisión de información a largas distancias sin necesidad de utilizar tendidos de cables eléctricos. En este artículo hablamos de ello. ¿Nos sigues?.

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Aunque antes de él, James Clerk Maxwell y Michael Faraday postularon teóricamente sobre el papel la propiedad de las ondas electromagnéticas de poder viajar a través del aire e incluso del vacío, no fué sino un científico nacido en Hamburgo (Alemania) en 1857 llamado Heinrich Rudolf Hertz el que definitivamente lo demostró en la práctica.

Para ello se puso manos a la obra y construyó en su propio laboratorio un generador de ondas radioeléctricas de muy alta frecuencia, entendiéndose la expresión "muy alta frecuencia" para los niveles permitidos por la tecnología existente en la época a que nos estamos refiriendo. Él era perfecto conocedor de las limitaciones que ofrecen las ondas sonoras cuyas frecuencias pueden llegar como máximo a unos 16.000 ciclos por segundo y sabía que para alcanzar el éxito de su experimento debería conseguir fabricar un generador de corrientes alternas con frecuencias de por lo menos 100.000 ciclos por segundo. Y lo consiguió.

Las ondas electromagnéticas de alta frecuencia emitidas por aquél generador (que aunque no disponía de antena propiamente dicha porque aún no se había inventado, su propia construcción convertía a todo aquel artilúgio en prácticamente una de tales) lograron alcanzar a una especie de anillo (que en realidad era el receptor y se le llamó "aro de Hertz") casi completamente cerrado situado a varios metros de distancia, e inducir en él una tensión eléctrica que se manifestaba por medio de chispas justo en la abertura del anillo, y ello sin que existiera ninguna conexión física de por medio.

Efectivamente, la distancia a la que Hertz consiguió el exito de aquel experimento era de solo unos metros, pero aún así aquella fué la primera transmisión de ondas electromagnéticas documentada de la historia. ¡La radio había llegado!. Precisamente en honor a este científico se denominaron "ondas hertzianas" a este tipo de ondas electromagnéticas.

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Con aquella experiencia Hertz demostró al mundo la posibilidad de que, en un futuro más o menos próximo, se pudieran fabricar emisores y receptores de ondas electromagnéticas con un rendimiento tal que cubrieran distancias de miles de kilómetros sin necesidad de utilizar cables eléctricos de interconexión entre estaciones. Si pensamos en el telégrafo sería muy fácil transmitir puntos y rayas. Si ponemos en marcha el generador saltan chispas en el receptor y si lo paramos dejan de saltar las chispas. Por lo tanto, es fácil adivinar que conectando el generador a ráfagas, con transmisiones cortas y transmisiones largas, podamos transmitir mensajes utilizando el código inventado por Morse. Pero aún faltaba tiempo todavía para que eso ocurriera.

LAS TELECOMUNICACIONES INHALÁMBRICAS
El descubrimiento de Hertz no tuvo resultados prácticos a corto plazo, ya que la distancia a que se podía transmitir con los medios de que se disponían en la época eran muy escasos y había mucho camino que recorrer.

Hubo científicos que salieron a la palestra con mejoras importantes al sistema hertziano. El físico ruso Alexander Stepánovich Popov inventó la antena, lo que propició que el alcance del sistema aumentara considerablemente. El ingeniero austrohúngaro Nikola Tesla y posteriormente el italiano Guillermo Marconi acabaron de impulsar el invento.

Con el tiempo, tanto los emisores como los receptores y las antenas mejoraron bastante, y por fin las transmisiones inhalámbricas de miles de kilómetros se hicieron realidad. A grandes rasgos, podemos resumir la transmisión inhalámbrica de ondas hertzianas de la siguiente manera:

Por un lado tenemos el emisor, que se compone de un generador de corrientes alternas de alta frecuencia el cual se conecta por una parte a un hilo conductor aislado del suelo llamado antena, y por la otra a una toma de tierra. Por otro lado tenemos el receptor, que a su vez se compone de una antena y una toma de tierra similares a las del emisor y de los circuitos necesarios para procesar la señal recibida de acuerdo a la aplicación final que vaya a dársele.

Las ondas electromagnéticas que parten de la antena emisora y viajan a la velocidad de la luz alcanzan la antena receptora e inducen en ella unas corrientes eléctricas que son idénticas a las producidas por el generador original. Una vez que hemos recepcionado dicha señal, la cuestión es procesarla adecuadamente y usarla de acuerdo a nuestros propósitos.

En el caso del telégrafo sin hilos y muy esquemáticamente, podemos imaginarnos que intercalamos el manipulador entre la antena y el transmisor para así dejar pasar la señal al ritmo de sus pulsaciones. En la parte receptora, en vez de usar un aro abierto para que salten chispas, usamos un electroimán con un lápiz y el papel móvil autodesplazable, similar al que se utiliza en la telegrafía con hilos.

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Lógicamente este proceso es mucho más complicado de lo que sucintamente hemos esbozado hasta ahora, pero nos sirve a la perfección para hacernos una idea básica de como funcionaba el sistema de telegrafía sin hilos.

Otra historia era la transmisión de los sonidos, la cual comenzó su auge a partir de 1906 cuando Lee De Forest inventó el triodo. Gracias a esta válvula termoiónica, elemento fundamental en los comienzos de la radiotelefonía, la técnica de la palabra radiada se vió impulsada definitivamente y comenzó a configurarse el modelo que podemos disfrutar hoy dia.

Las ondas sonoras de baja frecuencia (B.F.) recogidas por el micrófono pudieron transformarse, gracias al triodo y a los circuitos y componentes electrónicos asociados a él, en corrientes de alta frecuencia (A.F.) que una vez aplicadas a la antena se transmitían en forma de ondas electromagnéticas. Estas ondas electromagnéticas, una vez captadas por la antena receptora, sufrían una transformación inversa a la ocurrida en el emisor y se convertían de nuevo en señales eléctricas de B.F. que, aplicadas a unos auriculares, reproducían los sonidos originales recogidos por el micrófono.

Por supuesto, los procesos y la circuitería que intervienen en la transmisión y recepción de estas señales radioeléctricas no son algo que podamos llegar a entender en cuatro o cinco minutos leyendo este artículo, ya que obviamente su complejidad no es precisamente escasa. Sin embargo, siguiendo la máxima del "divide y vencerás" y con los conocimientos adquiridos hasta el momento, deberíamos de ser perfectamente capaces de entender ambos sistemas mediante lo que se llama un "diagrama de bloques".

El diagrama de bloques podemos hacerlo todo lo simple o todo lo complejo que queramos. Por ejemplo, si queremos algo muy sencillo podemos representar tanto el emisor como el receptor por un solo bloque, con lo que en principio tenemos el diagrama completo pero, eso sí, no muy explicativo ni detallado que digamos. Para empezar, y para hacer las cosas más fáciles, vamos a dividir la información en dos apartados: primero hablaremos del emisor y posteriormente tocaremos el receptor. ¡Comenzamos!.

EL EMISOR
Como ya sabemos, en el emisor se generan las corrientes de A.F. (Alta Frecuencia) a las cuales tenemos que conseguir "implantarle" la señal de B.F. (Baja Frecuencia) procedente del micrófono. Una vez hecho esto, dicha señal se lanza al espacio para que viaje y pueda ser recibida por el receptor. Este es el proceso básico. Ahora vamos a desgranarlo ¿te parece?.

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Aunque en un párrafo anterior hemos hablado de "transformar" la señal de B.F., y como seguramente habrás deducido, no se trata de una transformación propiamente dicha. El proceso exacto en el emisor es tan sencillo y a la vez tan complejo como lo siguiente:

Se recoge la señal de B.F. a través del micrófono, pero como ésta por sus propios medios no es capaz de viajar ni tan rápido ni tan lejos como una onda electromagnética, lo que hacemos es ponerla a "cabalgar" sobre una señal de A.F. y ésta última, una vez que hemos conseguido "implantarle" la información de B.F., es la que aplicamos a la antena emisora la cual convierte estas corrientes de A.F., que contienen la información de B.F., en ondas electromagnéticas que son las que se radian al espacio.

La señal de A.F. recibe el nombre de "portadora" ya que es la que "transporta" a la señal de B.F., que es la que nos interesa, hasta los receptores. Una vez que llega al receptor, la señal de B.F. se procesa para recuperar su estado original y la señal de A.F. se desecha y, valga la expresión, se tira. Dicho así todo parece muy fácil, pero no lo es en realidad. Como ya hemos comentado, la complejidad existente en un emisor de radio es notable, sin embargo en principio vamos a sintetizar su composición en solo tres o cuatro bloques.

Como ya sabemos, el emisor necesita un generador de señal de alta frecuencia (A.F.) que produzca la portadora. Este generador se llama "OSCILADOR", o más exacta y completamente "OSCILADOR DE RADIOFRECUENCIA (R.F.)" o también "OSCILADOR DE ALTA FRECUENCIA (A.F.)", y se trata del primer bloque de nuestro diagrama. El oscilador de A.F. suministra una señal cuya amplitud es constante. Ahora necesitamos otro bloque que "monte" encima de la señal de A.F. la señal de B.F. procedente del micrófono. Este segundo bloque recibe el nombre de "MODULADOR", y de nuevo aludimos a la exactitud denominándolo "MODULADOR DE AMPLITUD". Esta fué la primera forma de modulación descubierta y puesta en práctica.

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Al modulador de amplitud le llega por un lado la señal de A.F. de amplitud constante producida por el oscilador y por otro la señal de B.F. procedente del micrófono. En su salida tenemos disponible la señal de A.F. modulada en amplitud, la cual ya está lista para aplicársela a la antena y ser radiada al espacio. Queda claro que al proceso de incorporación a la señal de A.F. del oscilador de la señal de B.F. procedente del micrófono se le llama "MODULACIÓN", y en este caso concreto "MODULACIÓN DE AMPLITUD". Por lo tanto, la señal aplicada a la antena es la señal de A.F. producida en el oscilador pero con la particularidad de que su amplitud se va modificando en conformidad con la señal de B.F. del micrófono, es decir, una vez modulada.

Hasta aquí todo perfecto. Sin embargo hemos de decir que la señal del oscilador generalmente es de una potencia muy escasa, por lo que estaría bién que antes de llevarla a la antena le aumentáramos su potencia para que su alcance sea mayor. Este aumento de potencia se refleja en un aumento de la amplitud de la señal, conservando siempre, claro está, la modulación característica producida por la señal de B.F. recogida por el micrófono. A este bloque que aumenta la amplitud de la portadora modulada se le llama "AMPLIFICADOR DE A.F." o "AMPLIFICADOR DE R.F." y es el tercer bloque del diagrama del emisor (por supuesto muy resumido).

Para no pecar de incompletos hemos de decir que aún nos queda un cuarto bloque. Claro está que los tres bloques anteriores no funcionan porque sí. Necesitan una fuente de energía eléctrica a la cual llamaremos "FUENTE DE ALIMENTACIÓN". La fuente de alimentación puede estar compuesta únicamente por baterías, sin embargo estas se suelen usar solo en los equipos transmisores portátiles. En los transmisores fijos, como fuente de alimentación se usan equipos que transforman la corriente alterna de la red eléctrica de 220 voltios en corriente contínua similar a la de las baterías. Pasemos ahora al receptor.

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EL RECEPTOR
Una vez que hemos recogido la señal de A.F. modulada en amplitud en la antena receptora, necesitamos a toda costa recuperar la señal de B.F. que ha cabalgado sobre ella y desechar la portadora de A.F., porque esta última ha realizado su trabajo y ya no nos sirve para nada. Para llevar a cabo este trabajo existe un dispositivo en el receptor que podríamos decir es el inverso del modulador en el emisor, es decir, extrae la señal de B.F. presente en la portadora modulada y desecha esta última que solo ha servido como vehículo de alta velocidad al sonido que transportaba. Este bloque se llama "DETECTOR" o también "DEMODULADOR".

Ya tenemos completo nuestro receptor más elemental el cual estaría formado por el sistema antena-tierra para recibir la señal, el detector o demodulador para extraerle la señal de B.F. a la portadora y eliminar esta última, y por último un auricular para convertir la señal eléctrica de B.F. de nuevo en sonido audible. Antena, tierra, detector y auricular formarían nuestro receptor. Sin embargo, este receptor adolecería de varios inconvenientes muy graves.

El primero que observamos es que no dispone de ningún elemento para seleccionar la emisora deseada. Efectivamente, el sistema antena-tierra recibe las señales de todas las emisoras que quedan a su alcance al mismo tiempo. El detector las demodula todas a la vez y por lo tanto la audición se convertiría en una verdadera "jaula de grillos". El resultado sería que oiríamos mezclados los sonidos de todas las emisoras al mismo tiempo y no tendríamos ninguna posibilidad de seleccionar solo una de ellas para poder oirla con comodidad. Necesitamos un elemento que nos permita "seleccionar" la señal de una emisora determinada, aquella que más nos interese oir en ese momento. A ese elemento, usado para seleccionar una sola emisora, lo vamos a llamar "SELECTOR DE FRECUENCIAS" o simplemente "SELECTOR".

El selector lo debemos colocar inmediatamente después de la antena para que deje pasar hacia el detector solo la señal de la emisora que nos interesa oir, impidiendo el paso al resto de señales que recibe la antena. Queda claro que la función del selector es dejar pasar únicamente la señal de una sola emisora en función de la frecuencia de su onda portadora, rechazando las demás. Aquí podemos introducir el concepto de "SELECTIVIDAD" del receptor, término que se entiende como la mayor o menor efectividad que posee el selector de frecuencias para separar una emisora concreta de las demás.

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Cuando decimos que hemos "SINTONIZADO" una emisora indicamos que hemos colocado el selector de frecuencias de manera que solo deja pasar la señal de esa emisora que queremos oir, impidiendo que las demás señales, cuyas frecuencias no corresponden con la seleccionada, pasen hacia el detector. ¿De acuerdo?.

Parece que ya tenemos nuestro receptor completo. Sin embargo nos hemos dado cuenta de que le falta algo. Efectivamente... este receptor solo es capaz de recibir las emisoras cercanas. Resulta que las que están más lejos llegan con una señal tan débil que ni siquiera las llegamos a oir. Tenemos que conseguir aumentar la amplitud de esas ondas portadoras muy débiles para poder oirlas igual que las que nos llegan fuertes. Para ello tenemos que colocar justo después del selector de frecuencias un "AMPLIFICADOR DE ALTA FRECUENCIA" o abreviadamente "AMPLIFICADOR DE A.F." para aumentar el nivel de esas portadoras. Éste elemento hará que las señales débiles recibidas aumenten considerablemente su amplitud, de manera que cuando las apliquemos al detector podamos oirlas a través de nuestro auricular.

Observa que el amplificador de A.F., al que podemos llamar también "AMPLIFICADOR DE RADIO FRECUENCIA" o de forma abreviada "AMPLIFICADOR DE R.F.", solo amplifica la señal que ha dejado pasar el selector de frecuencias. Aprovechamos este momento para introducir un nuevo concepto. Se trata de la "SENSIBILIDAD" de nuestro receptor, que no es ni más ni menos que la capacidad del amplificador de R.F. de nuestro receptor para amplificar las señales débiles. Entre dos receptores, el que tiene mayor sensibilidad será aquél que permita oir las emisoras más débiles estando en igualdad de condiciones.

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Ahora parece que esto ya se ha terminado. Sin embargo nos percatamos de algo que antes no habíamos notado. Resulta que, a pesar de haber colocado el amplificador de R.F. aún existen emisoras que llegan con un nivel tan bajo que, una vez que las hemos demodulado haciendolas pasar por el detector, apenas las podemos oir en nuestro auricular. Tenemos que subir el nivel de ese sonido tan bajito. Introducimos entonces el "AMPLIFICADOR DE BAJA FRECUENCIA" o "AMPLIFICADOR DE B.F." entre el detector y el auricular, el cual permite elevar la amplitud de la señal de baja frecuencia (B.F.) demodulada antes de aplicarla al auricular. Ello nos permite oir los sonidos débiles, correspondientes a las ondas portadoras que nos llegan con menor amplitud, con un volumen mayor y más adecuado.

¡¡Ahora si que si!!. Esto se terminó... ¡Pués NO!. Aún nos falta algo, algo que tu conoces perfectamente puesto que ya hemos hablado de ello en este mismo artículo. Se trata de la fuente de alimentación que suministre la energía eléctrica necesaria a todos los elementos del receptor, bién sea en forma de baterías o bién en base a la transformación de la corriente alterna de la red en corriente continua. Nos adelantamos un poco en este sentido comentando que esta transformación la lleva a cabo un dispositivo llamado "RECTIFICADOR" fabricado a base de unos componentes llamados "DIODOS", de los cuales ya conocemos algo por artículos anteriores, y otros llamados "CONDENSADORES" de los que hablaremos pronto.

Hasta aquí este artículo, al que quizás hemos dedicado más páginas de lo normal. Hemos estudiado los bloques que componen tanto el emisor como el receptor de radio. Ahora debemos continuar e investigar como están compuestos internamente cada uno de estos bloques. A partír del próximo artículo nos dedicaremos a ello tomando como ejemplo el receptor más simple conocido, el cual no necesita fuente de alimentación para funcionar, ya que usa la propia energía implícita en la señal de A.F. recibida. No te lo pierdas.

 
C O M E N T A R I O S   
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Simple y claro

#2 Paco Miguez » 07-11-2015 22:20

Maravillosa forma y simple de informar sobre los inicios de la radio.
Enhorabuena ¡¡
Un electrónico de los de antes.

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Claro como el cristal de roca

#1 Ceferino Ramírez » 03-06-2014 19:24

Artículo de obligada lectura antes del ingreso en cualquier centro de TC o inicio de estudios de comunicaciones más avanzado que el tambor. :-)

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