Sintonizando la señal

En la entrada anterior explicamos como debería ser la estructura de nuestro receptor, y ayer nos centramos en la primera parte de esta estructura: la antena y el filtro de sintonía. Comentamos primero como se crean los picos de resonancia en un filtro paso banda formado por un circuito RLC en serie y las ventajas que tiene este circuito respecto al paso banda formado por una resistencia en serie con un condensador y una bobina en paralelo. 

En anteriores clases vimos que la recepción de las señales de onda media se hace mediante una bobina, al pasar el campo magnético de la onda por el interior de sus espiras induce una corriente en ella y una tensión entre sus bornes. Basándonos en el anterior hecho y sabiendo que el filtro paso banda utiliza una bobina pensamos en la idea de compactar la antena y el filtro. El último paso para tener la primera etapa del receptor definida es pensar como podemos hacer variar la frecuencia de resonancia de nuestro filtro dado que tendremos múltiples señales a sintonizar. La solución óptima es un el uso de un condensador cuya capacidad sea variable, en la práctica se varía la superficie enfrentada entre placas del condensador para variar la capacidad.

Para acabar pasamos al laboratorio para construir nuestra antena. Para ello enrollamos un hilo de cobre alrededor de una barra de ferrita, no lo enrollamos directamente sobre la ferrita sino que lo hacemos encima de un pequeño tubo de cartón que nos permitirá desplazar las espiras sobre la ferrita y así variar el valor de la inductancia. Esta tarde nos dedicaremos a medir la inductancia y la resistencia que aparecen en terminales nuestra bobina.

Información a distancia

El martes pasado empezamos la clase con la prueba de de dos receptores radio. Para ello salimos al parking que hay delante del D4 y así poder recibir la señal sin los impedimentos que supone las paredes de un edificio. Con este experimento queremos comprobar dos hechos; la propagación por onda de superficie de emisiones lejanas y la refracción ionosférica. La propagación por onda de superficie se da cuando la frecuencia de emisión esta por debajo de los 2 MHz ( Onda media se encuentra por debajo de 2 MHz ), logramos sintonizar cadenas extranjeras, reconocemos claramente en dos de ellas el idioma; francés e inglés, y también recibimos la señal de un faro para aviones procedente de Vilanova y la Geltrú cuya frecuencia se encuentra por debajo de la banda de onda media. Una vez comprobado el primer fenómeno cambiamos de receptor para recibir señales en el rango de 2 a 30 MHz ( banda de FM ). Sondeando esta banda observamos que recibimos señales de lo que parece ser el este de Europa, y lo que me pareció más curioso, señales de radio-aficionados. Los fanáticos de esta práctica tienen estudiadas las frecuencias a las que pueden emitir en cada momento del año y del día para aprovecharse del fenómeno de la refracción ionosférica

Finalizado nuestro experimento volvemos al aula para hacer un estudio de como deben ser nuestro emisor y receptor para poder manejar señales de audio. El rango de audio va de los 20 a los 20 KHz pero la mayor parte de la información se concentre entre los 300 y 3400 Hz, por lo tanto nos centraríamos en ese intervalo de frecuencias. Entonces nos encontramos con un problema, y es que si transmitiéramos a esas frecuencias las antenas deberían ser de 75 km, algo inviable! La solución que se propone es ubicar esa información en el rango de onda media, cuyo estudio hemos realizado en anteriores clases. Matemáticamente ubicar nuestra información en otra frecuencia consiste simplemente en multiplicar ambas señales; nuestra señal de audio y nuestra señal emisora,por lo tanto introducimos un multiplicador entre nuestros generadores de señal y la antena. El problema que se da con esta solución es que en el receptor también se requerirá de un multiplicador para realizar la extracción de la información y eso no nos interesa dado que a nivel circuital es muy complejo. Lo que se propone entonces es tener un detector de envolvente en el receptor, ya que se considera más sencillo de realizar. En el emisor simplemente deberíamos añadir una componente de continua a nuestra señal de entrada ( señal de audio ) para que la suma siempre sea positiva y garantizar el funcionamiento del detector de envolvente en el receptor.

Nos vemos el lunes que viene para empezar a poner en práctica todo lo visto hasta ahora.

Reinventando la Radio : Primer experimento

En la penúltima clase José Mª nos propuso un ejercicio práctico para realizar, consistía en tratar de sintonizar diferentes emisoras de radio en diferentes franjas horarias del día y comparar los resultados que obteníamos. Pues bien, al comenzar la clase de ayer pusimos en común el experimento y aquellos hechos que nos habían llamado la atención, y muchos coincidimos que lo más sorprendente era que en horario nocturno podíamos recibir señales de emisoras lejanas, incluso del extranjero. Más adelante explicaremos el porqué de este hecho.

Al acabar la puesta en común sobre el experimento reemprendimos nuestra principal tarea en este inicio de curso, reinventar la radio. Hablamos de un factor muy importante que hay que tener en cuenta a la hora de diseñar nuestro receptor, el ruido, y es que la presencia de ruido altera nuestras comunicaciones. Para cuantificar el ruido presentamos dos parámetros : S/N ( Relación Señal-Ruido ) y MSD ( Mínima Señal Detectada ), ambos definidos en el receptor. 

Después presentamos un nuevo tipo de antena, las Yagi-Uda, que constan de un dipolo más un conjunto de directores de diferentes medidas y un reflector que consiguiendo un diagrama con mayor directividad. Continuando con la temática de las antenas, le echamos un vistazo a un data sheet de una antena y a las características en las que nos tenemos que fijar cuando deseemos hacernos con una.

Ya casi al final de la clase nos preguntamos si podríamos ser capaces de comunicarnos vía radio a distancias muy lejanas, y es en este punto dónde daremos la explicación de porque recibíamos señal de emisoras extranjeras. Primer punto a destacar, la comunicación directa vía radio no tiene mucho alcance, es comparable al alcance visual ( alrededor de 8 km ). Segundo punto, si nos encontramos en un terreno plano y húmedo, y nuestra frecuencia de emisión está por debajo de los 2MHz la onda electromagnética que se propaga puede recorrer la superficie de la Tierra con su misma curvatura. El tercer y último punto, y este es el que explica nuestro anecdótico caso, es que se pueden dar reflexiones en la ionosfera, sucede particularmente por la noche porque en esta franja del dia desaparece la capa superficial de iones que hace que sea más reflectiva. El primero en hacer uso de este fenómeno y sin saberlo fue Marconi, que logro una transmisión vía radio desde la costa de Inglaterra hasta Terranova.

Esta tarde continuamos con el renacer de las comunicaciones radio.

Reinventando la radio

En el segundo día de clase entramos ya en la materia del curso. Nos situamos en el hipotético caso que haya sucedido una catástrofe donde nosotros somos los únicos ingenieros supervivientes. Partiendo de este punto debemos hacer el estudio de todo aquello que es necesario para poder diseñar un aparato que nos permita comunicarnos a distancia, en definitiva, debemos reinventar la radio.

Empezamos por el análisis circuital; nuestros conocimientos de teoría de circuitos nos dicen que en todo circuito se deben cumplir las leyes de Kirchhoff: ley de nodos, donde la suma de todas las corrientes entrantes a un nodo debe ser cero, y la ley de mallas la cual dice que  la suma de tensiones a lo largo de una malla del circuito es nula. Entonces nos surge una duda. ¿ Estas leyes siempre se cumplen ? Pues la respuesta es no, debe existir un compromiso entre la longitud de onda con que trabajamos y las dimensiones del circuito, las dimensiones del circuito deben estar uno o dos ordenes de magnitud por debajo de la longitud de onda.
Ejemplificamos esta parte de teoría con un caso concreto. Tenemos un generador conectado en serie con una resistencia y una línea de transmisión de dimensiones comparables a la longitud de onda en circuito abierto. Nuestra predicción circuital nos dice que por este circuito no circula corriente, pero no es así, se esta transfiriendo potencia desde el generador a la línea de transmisión y el espacio que rodea a nuestro circuito queda inundado por radiación electromagnética, es decir estamos transmitiendo potencia en el espacio abierto, sin conexiones circuitales.
Llegados a este punto entramos a estudiar las ondas electromagnéticas y como podemos utilizarlas para nuestra finalidad. Empezamos con una breve definición, una onda electromagnéticas es la combinación ortogonal entre un campo eléctrico y un campo magnético cuya dirección de propagación es ortogonal a ambos campos. La presencia de campos eléctricos y magnéticos hace posible que estos puedan ser captados por otros circuitos. Para finalizar y acabar de perfilar este punto entramos a profundizar en el estudio de aquellos elementos que hacen posible la radiación electromagnética; las antenas, aspectos básicos, como se comportan y como podemos mejorar su eficiencia, todo ello acompañado de algunos ejemplos como el dipolo de media onda, el dipolo vertical de un cuarto de onda y antenas de longitud mucho menor que la longitud de onda.

Nos vemos el lunes para continuar reinventando la radio!

Bienvenidos a Diseño de Radioreceptores

En el primer día de clase el profesor José Mª Miguel nos ha dado la bienvenida a la asignatura y nos explicado las directrices del curso. Hemos hablado de la cantidad de conocimientos que se requieren para construir un receptor radio, desde conocimientos de circuitos y componentes electrónicos hasta temas legislativos, pasando por el estudio de los campos electromagnéticos, antenas y el mundo de la simulación. Finalmente cada alumno se ha presentado y ha expuesto sus motivaciones para matricularse de esta asignatura, la mayoría coincidíamos en la necesidad que tiene un estudiante de ingeniería de telecomunicaciones/electrónica de experimentar en un laboratorio y sustentar dichos experimentos con la teoría. 

Buen inicio de curso a todos!