En la última clase hablamos de cómo
era posible superar las dificultades que imponía la curvatura de la Tierra para
establecer comunicaciones vía radio.
Hoy nos proponemos estudiar cómo
transmitir información vocal. Y esto es nuevo, porque, si hacemos memoria, todo
lo hecho hasta ahora ha sido en base a que lo que obteníamos en el receptor eran
puntos y rayas, es decir, código morse.
Como queremos transmitir voz, la
idea básica es transformar el mensaje vocal en una tensión eléctrica que debe
ser análoga a las sobrepresiones que se provocan a la hora de hablar sobre un
micrófono. Esto se puede conseguir con un circuito como el siguiente:
Que está formado por un altavoz y
un amplificador inversor.
El grueso de la información de
una tensión vocal está comprendida entre 300 y 3.4 kHz. Esto quiere decir que, para transmitir
información vocal, simplemente hemos de transmitir cualquier sinusoide por encima
de 300 Hz y por debajo de 3.4 kHz. Nosotros cogeremos, como frecuencia representativa de ese rango, 1 kHz.
Pero tenemos un problema: si conectamos
un generador sinusoidal de f=1kHz a un monopolo lambda/4, la longitud
de onda es de lambda=3·10^5 metros, por lo que lambda/4=75 km. Eso quiere decir
que para radiar ondas electromagnéticas asociadas a una sinusoide de f=1kHz, la
antena ha de medir 75 km y eso es algo inviable. Entonces, tenemos que, donde está
la información (en ese rango de frecuencias entre 300 Hz y 3.4 kHz) no podemos
radiar y donde sí podemos radiar, no tenemos información.
Para resolver el problema, hemos
de colocar un multiplicador en el transmisor. De esta forma, conseguiremos
desplazar la información allí donde es posible radiarla, porque la propiedad
nos dice que:
Donde v1=Vm·cos(2·2pi·fm·t),
v2=Vc·cos(2·2pi·fc·t), y fc>fm.
Las frecuencias podrían ser, por
ejemplo: fc=1MHz y fm=1kHz (donde está la info).
Al multiplicar se genera una
sinusoide de frecuencia la suma de las dos y otra sinusoide de frecuencia la
resta de las dos, pero que contienen la información del tono sinusoidal que queremos
enviar y que, a la vez, son radiables.
El receptor, por su parte, seguirá
constando de una antena y una resistencia:
Con esto obtendremos una réplica atenuada de lo que hemos enviado
por el transmisor.
Ahora falta es extraer la
información. Para ello, lo que es debemos hacer es volver a multiplicar por una
sinusoide de la misma frecuencia a la que hemos transmitido la información en
el transmisor. Multiplicamos y de nuevo aparece la propiedad de multiplicar las
2 sinusoides:
De esta manera, mediante un
filtro paso bajo, es muy fácil eliminar las sinusoides de f=2fc+fm y f=2fc-fm y
quedarse con las sinusoides de f=fm. Finalmente, lo único que queda por hacer para
recuperar la información es pasar por un amplificador que multiplique por el inverso
del factor de escala.
Sin embargo, este receptor es
complicado de hacer, porque hay que saber diseñar osciladores y, además, estos
han de ser de frecuencia ajustable por el usuario. Las cosas complicadas de
hacer, son caras. Por lo tanto, para que el negocio de la radio marche (esto
implica vender muchos receptores), hemos de tener receptores más sencillos y,
por ende, hemos de complicar el transmisor.
Para logar simplificar el diseño
del receptor, lo que haremos es coger el tono sinusoidal que contiene la
información y sumarle una tensión continua, de manera que esté por encima de 0.
Seguidamente lo multiplicamos por un oscilador de alta frecuencia y el
resultado es este:
Podemos observar que ahora en la
envolvente de esta forma de onda está la información. ¡Y diseñar un circuito
que extraiga la envolvente es muy fácil!
Así pues, la nueva arquitectura
del receptor nos queda de la siguiente manera:
Una antena que captura todas las
ondas electromagnéticas que pasan por allí; un filtro paso banda sintonizable que
nos permite eliminar todas las frecuencias menos aquella en la que estamos interesados
en recuperar la información; un amplificador para que eleve las tensiones que
captura la antena y permita, de esta forma, un correcto funcionamiento del
detector de envolvente; un detector de envolvente; un bloqueo DC que elimina la
componente continua y, finalmente, un amplificador y un altavoz.
A partir de
las próximas clases, lo que pretendemos hacer es realizar cada uno de estos
bloques y obtener el receptor de onda media que nos propusimos como objetivo el
primer día.
