Radio y Televisión

FUNDAMENTOS DE LA COMUNICACION POR RADIO

Una de las bases fundamentales para la comunicación por radio es la propagación de las ondas, lo cual significa la transmisión de energía de radiofrecuencia a través del espacio, y todas las condiciones accesorias que afectan su progreso desde el punto de origen hasta el punto de recepción.

Para comprender la técnica de las comunicaciones por radio, radar, los servicios de radiofrecuencia y de hecho cualquier otro sistema electrónico que emita energía de radiofrecuencia, es importante tener un conocimiento general de la propagación de las ondas, así como la generación y amplificación de las mismas.

PRINCIPIOS DE RADIACION DE LAS ONDAS ELECTROMAGNETICAS

FORMACION DEL CAMPO MAGNETICO

Sabemos que en torno de un cable recorrido por una corriente eléctrica se forma un campo magnético cuyas líneas de fuerza son concéntricas con el cable.En la Fig. 1 tenemos que la corriente en el cable circula de abajo hacia arriba; en ese sentido de circulación corresponde un campo magnético cuyo sentido se indica con las flechas en los círculos punteados. Si invertimos el sentido de circulación de la corriente ocurrirá que se invierte también el sentido del campo magnético; en consecuencia, si invertimos la flecha dentro del cable debemos invertir también las que tienen los círculos que representan las líneas de fuerza.Y ahora viene los que puedo considerar muy importante para nuestro estudio ¿Qué ocurrirá si por el cable hacemos circular corriente alterna? Como es sabido, la corriente alterna se caracteriza por tener su intensidad continuamente variable y cambiar su sentido de circulación con una cierta frecuencia. Ahora bien, cuando hacemos circular corriente alterna por el cable resulta que el campo magnético producido es alternado y en la zona en torno del cable se produce un desplazamiento permanente de las líneas de fuerza, pues al aparecer y desaparecer todo ocurre como si saliera del cable hacia afuera y volviera a concentrarse en él.

INDUCCION DE CARGAS ELECTRICAS

La Fig. 2 nos muestra un imán con sus polos norte y sur. Entre estos extremos tenemos evidentemente un campo magnético cuyo sentido va de norte a sur. Tomemos ahora un trozo de cable y movámoslo rápidamente de modo que barra el campo magnético; en la figura ese movimiento sería de izquierda a derecha siguiendo un plano horizontal. Se comprueba que en el cable se produce un desplazamiento de cargas eléctricas.Ese desplazamiento de cargas a lo largo del conductor se cumple en un determinado sentido; si después que el cable llegó a la posición derecha lo movemos bruscamente hacia la izquierda se produce otra vez el fenómeno, pero el sentido de desplazamiento de cargas es contrario al anterior. Es fácil deducir el resto; si movemos rápidamente el cable en vaivén se producirá en el cable una suerte de corriente alterna, si es que podemos llamar corriente al desplazamiento de cargas. Pero lo importante es que es alternado y por tanto tenemos un fenómeno que en cierto modo es inverso al explicado en pagina anterior.

FORMACION DE LA ONDA ELECTROMAGNETICA

Tomemos el cable de la Fig.1 y llevémoslo a la Fig. 3, hacemos circular por él una corriente alterna, tendremos entonces en torno del cable un campo magnético alternado. Pero ahora volvamos a la Fig. 2, y dejando quieto el cable que esta allí movamos el imán en vaivén de modo de barrer el cable con el campo magnético. Esto produce la inducción de cargas eléctricas antes explicada, luego, un campo movedizo produce un desplazamiento de cargas eléctricas, osea un campo eléctrico, puesto que así se llama.Veamos entones; el cable recorrido por una corriente I produce en su alrededor un campo magnético H1 que es alternado; este campo por tener líneas de fuerza que se desplazan induce cargas eléctricas en movimiento que se representa en forma de círculos concéntricos de trazo lleno, el E1 de la Figura, y que aparece desplazado hacia la derecha con respecto al cable. pero las cargas eléctricas en movimiento equivalen a una corriente eléctrica y entonces ese campo E1 formará un nuevo campo magnético H2también alternado, este formará un nuevo campo eléctrico E2, Este uno magnético H3 y así siguiendo cada campo se forma desplazándose un poco mas hacia la derecha como si partiendo del cable el fenómeno se desplazara o se propagara. El fenómeno no es otra cosa que la formación y propagación de la onda electromagnética de la que habíamos hablado.

En resumen podemos decir que:

Un corriente de alta frecuencia que recorre un cable da origen a una serie de campos magnéticos y eléctricos sucesivos, cuyos planos son perpendiculares entre sí, y que se propagan en el espacio.

No hace falta destacar la importancia del hecho que acabamos de explicar. Todas las ondas de radio se forman de tal manera. La propagación en el espacio libre se realiza con una velocidad muy elevada, 300 millones de metros por segundo

LONGITUD DE ONDA

Si observamos la Fig. 3 vemos que un ciclo completo del fenómeno se cumple desde el centro del conductor hasta el centro del campo H3, porque H3 es igual a H1 y puede considerarse que en H3 comienza nuevamente el fenómeno. Entre esos dos centros hay una distancia física que se llama longitud de onda. Se la designa con la letra griega l(Lambda).

El tiempo que transcurre desde que el fenómeno empieza en el centro del cable hasta que llega al centro de H3 podemos conocerlo; es exactamente el tiempo que dura un ciclo de la corriente alterna que produce el fenómeno. Y como conocemos la frecuencia de la corriente alterna podemos calcular muy fácilmente el tiempo. En efecto si una corriente alterna tiene 50 ciclos por segundo, cada ciclo tarda 1/50 de segundo o sea 0.02 de segundo; y en general basta dividir la unidad uno por la frecuencia para tener el tiempo que dura un ciclo, tiempo que se llama periodo, y que se designa por la letra T. La frecuencia se designa siempre con la letra f.

Ahora es fácil encontrar la relación que hay entre estos 3 datos, la longitud de onda, la velocidad de propagación y la frecuencia o el tiempo de un ciclo. Todos sabemos que si un coche corre a 100Km/h, durante 2 horas, recorrerá una distancia de 200 Km, y lo sabemos porque multiplicando la velocidad por el tiempo encontramos la distancia. Apliquemos ese criterio a la onda.

Llamemos a la velocidad de la onda V, a la distancia recorrida en un ciclo l, puesto que esa distancia es la longitud de onda, y al tiempo que se tarda en recorrerla T, puesto que es el periodo; es evidente que:

l = V.T

y como multiplicar T es lo mismo que dividir por f, ya que son cantidades inversas, según se demostró anteriormente, tenemos también que la longitud de onda se calcula dividiendo la velocidad por la frecuencia.

l = V/f

Esta relación que hemos encontrado es muy importante, puesto que la velocidad de propagación de las ondas es conocida, 300 millones de metros por segundo, y así la frecuencia la tomamos en millones de ciclos por segundo, lo que se llama megaciclos por segundo, podemos encontrar la longitud de onda dividiendo directamente la cifra 300 por su frecuencia.

l = 300/f

y podemos adelantar que el dato de la longitud de onda es indispensable para dimensionar antenas, ya que como veremos más adelante en ellas se forman ondas cuyas relaciones son las mismas que hemos estudiado.

Por ejemplo, una onda de 30 MHz tiene una longitud de 300/30=10 metros. Esto quiere decir que una onda formada por una corriente alterna de 30 millones de ciclos por segundo, común en radio, produce fenómenos como el ilustrado en la figura 3 cada 10 metros.

EL OSCIADOR HARTLEY

La Fig. 4A muestra un circuito oscilador Hartley, de transistor. La frecuencia resonante del circuito tanque, que esta constituido por el condensador C1 y la bobina con derivación L1 se designan como L1a y L1b; L1a se encuentra efectivamente en el circuito base del transistor y L1b esta en el circuito colector. Cuando +B se aplica al paso comienza a fluir corriente de colector como resultado, hay una caída de voltaje de colector el cual se acopla a L1b, por medio del condensador C3. Así se obtiene el impulso de excitación inicial para el tanque y se logra que la corriente comience a circular en él. Dicha corriente produce un voltaje en L1a, el cual se acopla a la base del transistor, por medio del condensador C2. La señal amplificada en el colector llega nuevamente al circuito tanque a través del condensador C3 y se acopla a L1b, en donde origina un voltaje de retroalimentación. Dicho voltaje esta en fase con el voltaje de entrada de L1a, por lo que mantiene oscilando el circuito tanque.El voltaje de retroalimentación tiene la fase correcta, debido a dos razones; una es el desplazamiento de fase de 180O entre la base y el colector que ocurre en un paso con emisor a tierra. La otra razón es que los dos extremos de la bobina L1 siempre tienen polaridad opuesta.

En la Fig. 4B se muestra un circuito oscilador Hartley alimentado por un circuito resonante en serie este es esencialmente igual al oscilador Hartley alimentado en paralelo, excepto que las dos componentes de la corriente de emisor, o sea, tanto la corriente alterna como la corriente continua, fluyen por la sección L1b del circuito tanque. El condensador C3 se utiliza para suministrar la trayectoria de retroalimentación que va del colector, a través de la tierra, al circuito tanque.EL OSCILADOR COLPITTSEste se parece al oscilador Hartley con alimentación en paralelo excepto que el circuito tanque tiene dos condensadores divisores de voltaje, en lugar de una bobina con derivación.

En la Fig. 6B se ilustra un circuito Colpitts. La capacitancia total del circuito tanque esta constituida por los condensadores de tanque C1 y C2, los cuales se conectan de tal manera que C1 esta en el circuito de base y C2 en el de colector. El voltaje de CA generado en el tanque por la circulación de la corriente, se divide entre los dos condensadores. La parte correspondiente a C1 se aplica a la base, acoplando al condensador C3 con el resistor de base R1. La señal de colector resultante regresa al circuito tanque a través del condensador C4 y se aplica al condensador de tanque C2. La retroalimentación esta en fase con el voltaje de base, debido a dos desplazamientos de fase de 180 grados; una inversión se produce en el transistor y la otra, entre C1 y C2, a causa de la derivación a tierra. Cabe notar que el tanque siempre tiene polaridades opuestas; la polaridad en la placa superior de C1 siempre es opuesta a la polaridad de la placa inferior de C2. Pues en relación con la tierra, el voltaje de retroalimentación aplicado a C2 se invierte en C1 para producir la regeneración en el tanque. La polarización de escape de base permite que el oscilador arranque por si solo. Esta polarización se efectúa por medio del condensador C3 y el resistor R1. El resistor de escape de base no se conecta en serie con el circuito de rejilla, sino en paralelo, a fin de proporcionar una trayectoria para la componente de CC de la corriente de rejilla

EL OSCILADOR CLAPP

El oscilador Clapp es una versión modificad del oscilador Colpitts básico. La única diferencia entre los dos es que en el oscilador Clapp se le agrega al tanque el condensador Cs, que esta en serie con la bobina de tanque. Por lo general, el valor de esta capacitancia en serie es pequeño en comparación con el de la capacitancia total de los condensadores de tanque C1 y C2. Como resultado, los valores de Cs y la bobina de tanque son los que determinan la frecuencia del oscilador, con ello mejora significativamente, la estabilidad de frecuencia del oscilador, ya que se reduce al mínimo el efecto de la variaciones que haya en los parámetros del transistor; pues, de otra manera, estas se reflejarían como cambios en los valores efectivos de C1 y C2.Se puede utilizar un condensador Cs de tipo variable, como el que aparece en el diagrama, Para obtener oscilaciones que cubran cierto rango de frecuencias. Según se observa, los condensadores C1 y C2 también son variables. Sin embargo el valor de estos solo se modifica para ajustar el nivel deseado el voltaje de retroalimentación y el voltaje de entrada del transistor, y no para hacer variar la frecuencia de oscilaciones.