Intruducción

En esta primera sesión, nos imaginamos que tenemos que reinventar la radio desde zero, partiendo solamente de conocimientos básicos sobre electrónica y física adquiridos durante la carrera.

Primeramente estudiaremos la validez de las aproximaciones cicuitales. Una línea de transmisión (LT) de poca longitud comparada con la frequencia de la onda que la recorre, cumplirá correctamente las leyes de Kirchoff. Por otro lado, en una LT de mucha longitud, estas aproximaciones circuitales dejarán de ser válidas.

Así pues, al augmentar la frequencia de la onda, menor debe ser la longitud.
Por ejemplo, a 1MHz, la longitud puede ser de hasta 3 metros, cosa que no nos limita demasiado. Pero, a 1GHz, la longitud no puede ser superior a 3 milímetros.

¿Que sucede en un circuito abierto compuesto por un generador, y dos varas metálicas en los extremos de éste, si no cumplimos éste criterio, y por lo tanto la longitud del cable y la de la onda son medidas físicas comparables?

1) No se cumple la predicción circuital, y en el circuito abierto aparecen corrientes.
2) El generador deja de estar en circuito abierto (o.c).
3) Se transfiere potencia a las varas (antena).
4) El espacio se inunda de radiación electromagnética.

Llegado a este punto, se podría pensar que todo lo ocurrido sólo genera una pérdida inútil de energia, pero nada más lejos de la realidad, pues;

5) El fenómeno es reversible.

Analizando el problema, podemos estudiar el fenómeno como un divisor de tensión, como si todo el conjunto fuera una caja negra dónde entran y salen corrientes.
Así pues, fijando la frequencia de la onda electromagnética, la impedáncia de la antena (Z) se puede ir variando.
Por lo tanto, podemos calcular la potencia radiada como;

Pa = (1/2)·|Ia|^2·Re[Z]

Por ejemplo, si un generador tiene un valor de 1V, a 14MHz, con Rg a 72Ohms, y una antena (dipolo) de 10 metros, la potencia radiada sería de 1,77mW.

Visto lo anterior, necesitamos comprender que es una onda electromagnética.

Físicamente, es la combinación ortogonal de un campo eléctrico y un campo magnético, E y H, que dependen de tiempo y del espacio (x,y,z,t).

Por ejemplo, una onda electromagnética que se propaga según z, está compuesta por los vectores;

1) E = Em·cos(wt-kz)
2) H = Hm·cos(wt-kz)

Tiene asociados por lo tanto una frequencia (w=2·pi·f), una longitud de onda (k=2·pi/lambda), una dirección de propagación ExH, una densidad de potencia transportada (S=0,5·|E|·|H|), y una relación entre los campos E y H.

Como hemos mencionado anteriormente, el fenómeno de la radiación de ondas electromagnéticas (OEM) es reversible.

Por lo tanto, dado un sistema que opere con un generador a una frequencia conocida fo, una antena receptora será capaz de recibir señal, manifestando un cambio de potencial en sus bordes, que oscilará a la misma frequencia fo que la radiada por la antena.

De esta forma, podemos transmitir información a puntos muy distantes en el espacio ya sea cambiando la frequencia o la amplitud, aunque siempre nos encontraremos con un desfase y una atenuación como mínimo. Aún así, estos serán ajustables y no representarán un gran problema.

La antena formada por un dipolo en lambda/2, es una antena formada por dos conductores de longitud total igual a la mitad de longitud de la onda. Esto permite simplificar las fórmulas trigonométricas que rigen el comportamiento de la antena, y presenta un diagrama de radiación muy uniforme. Tiene también una ganancia respecto al radiador isotrópico de 1.64 (es directiva).

Es muy común usar un generador conectado a una gran antena vertical de lambda/4, ortogonal al suelo, con radiales enterrados para transmitir en onda media (300K a 3MHz).
También podemos utilizar una bobina colineal con vector H como antena.

Nuestro objetivo en siguientes sesiones será poder diseñar receptores para señales moduladas en amplitud, con información de audio, y en un rango de frequencias de 550K a 1600KHz.