LA RADIO

LA RADIO

Se describe el aparato conocido como "radio", utilizado por el público general. El trabajo está enfocado en el receptor de 530 a 1710 kilohertz (Onda Media) en AM, pero incluye también Ondas Electromagnéticas, Onda Larga, Onda Media, Onda Corta, AM, FM y temas relacionados, como la Radio Galena, la reflexión total de las Ondas Cortas en la Ionosfera y las radios con "Dual Conversion System". No se trata de un trabajo para aprender a armar radios ni calcular antenas, sino que, como es habitual, se explican los principios físicos y su utilidad, enfatizando algunos comentarios históricos y detalles en los que se basa su funcionamiento.

Por claridad, usando el formato habitual (1-Qué es, 2-Para qué sirve, 3-De qué está hecho, 4-Cómo funciona, 5-Verdad o timo ...?, con Referencias y Apéndices), La Radio se ha dividido en las siguientes 6 partes:

Parte I: Ondas Electromagnéticas (Ecuaciones de Maxwell)

donde se comienza describiendo los elementos más importantes de la Teoría Electromagnética. Esta primera parte muestra las leyes del Electromagnetismo con operadores diferenciales vectoriales, como se estudia en las carreras universitarias. Sin embargo, el enfoque tiene muchos elementos y detalles que también pueden ser apreciados por personas que no sigan el formalismo matemático.

En 5-Misceláneas, se especula acerca de Cómo descubrió Maxwell que faltaba algo que nadie había medido? .... Finalmente, esta parte también incluye los Apéndices: "Bandas del espectro electromagnético" y "Algunas características de las ondas" donde se enfatiza la aplicación del Principio de Superposición a las ondas.

Parte II: Ondas de Radio

que describe las Ondas AM y FM usadas en Radiodifusión.

5-Misceláneas incluye una reflexión acerca de Quién inventó La Radio ? ... y finalmente el Apéndice "Algunas aplicaciones de las RFs y de las microondas".

Parte III: Antenas

donde se trata la radiación (emisión), propagación y la captación de las Ondas de Radio. Incluye cables de antena (pero no todos los tipos que existen, ni cómo se calculan).

Finalmente, en 5-Misceláneas se discute Cómo comenzó el estudio de las ondas electromagnéticas sin conocer las antenas? ... mostrando la importancia del trabajo de Marconi.

Parte IV: "Radio Galena" (Circuito Resonante; Detector de AM)

que explica la sintonización y la demodulación en la radio de AM más "cruda" que pueda existir. Se incluye una especie de "línea de tiempo" de algunas invenciones y descubrimientos importantes para el desarrollo de las comunicaciones con Ondas de Radio, enfatizando "El nacimiento de la Electrónica" en nuestra Civilización.

Parte V: Receptor "Superheterodino"

que describe el sistema receptor más ingenioso que pueda imaginarse, que usan las radio en la actualidad, y que se extendió a casi todos los sistemas de comunicaciones (hasta radiotelescopios). También se incluye material sobre la Electrónica con "válvulas" termoiónicas y algunas consecuencias curiosas de la aparición del transistor.

Parte VI: Onda Corta (Radio con Conversión Doble)

que trata de la radiodifusión internacional, la reflexión total de las Ondas Cortas en la Ionosfera, y de las radios con Doble Conversión Superheterodina.

LA RADIO, PARTE I:

ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS (Ecuaciones de Maxwell)

1-QUÉ ES

Las ondas electromagnéticas son un tipo de radiación que se propaga en forma de ondas, denominada "electromagnética" ya que se predijeron por primera vez dentro de la Teoría Electromagnética, en 1865. Los primeros experimentos (1888) generando y detectando ondas electromagnéticas (no visibles) también fueron basados en fenómenos electromagnéticos (En los experimentos de Óptica con luz visible conocidos desde mucho tiempo antes, se desconocía la naturaleza electromagnética de la luz).

Según su frecuencia f y longitud de onda λ = c/f (siendo c la velocidad de propagación en el vacío, unos 300 mil km/s), las ondas electromagnéticas pueden ser visibles (VIS) o no. Dentro de las invisibles, las más reconocidas en los fenómenos cotidianos son las microondas, las infrarrojas (IR) y las ultravioletas (UV). Pero en Medicina y en Ciencia en general, son también comunes radiaciones de mayor frecuencia y energía como los rayos X y los rayos gamma.

Según la frecuencia de oscilación de la onda, el Espectro Electromagnético se puede dividir y ordenar (con frecuencia creciente) en los siguientes 9 grupos:

1-Oscilaciones eléctricas de baja frecuencia

2-Radiofrecuencia (RF) (1)

3-Microondas

4-Infrarojo (IR)

5-Visible (VIS)

6-Ultravioleta (UV)

7-Rayos X

8-Rayos Gamma

9-Rayos Cósmicos

(1) Notas:

(a) En general se denomina "Radiofrecuencia" a todas las ondas electromagnéticas cuya frecuencia f está en el rango entre 3 kHz y 3 GHz, con longitud de onda λ entre 100 km y 10 cm.

(b) Como el grupo 1 (Oscilaciones de baja frecuencia) y el grupo 3 (Microondas) se utilizan también en comunicaciones, hay fuentes en la literatura que denominan "Radiofrecuencia" no solo al segundo grupo, sino a los 3 primeros, desde 3 Hz hasta 300 GHz (100 Mm - 1 mm), y otras fuentes llaman RF al segundo y al tercero, es decir desde 3 kHz hasta 300 GHz (100 km - 1 mm).

(c) Las frecuencias de las ondas acústicas audibles son muchísimo menores (aproximadamente de 20 Hz a 20 kHz).

(d) En Radiodifusión (Radio) se utilizan algunas bandas dentro de los subgrupos LW, MW, SW y VHF del grupo de las RF. En televisión (TV) se utilizan bandas de frecuencias dentro de VHF para los "canales bajos" (canales 2 al 13, entre 50 y 80 MHz), y dentro de UHF para los "canales altos" (entre 470 y 862 MHz).

Fig. 1: Principales bandas de Radiodifusión (en escala logarítmica).

(e) La última parte del subgrupo de las Frecuencias Ultra Altas (UHF), de 1 a 3 GHz (de 30 a 10 cm), se superpone con el comienzo del grupo de "Microondas" (1-300GHz).

Fig. 2: Bandas de RF y Microondas (en escala logarítmica).

2-PARA QUÉ SIRVE

Las ondas electromagnéticas no solo se usan en nuestra civilización tecnológica, sino que están en la esencia misma de la Naturaleza. Todo lo que conocemos existe con ondas electromagnéticas. La tibia luz que entra inocentemente en nuestra habitación durante una mañana fría de invierno, llena el ambiente de una red compleja de campos electromagnéticos oscilando rápidamente por todos lados a nuestro alrededor.

En primer lugar, los fenómenos electromagnéticos siempre han intervenido en la formación y evolución del Universo (el que tendría unos 13700 millones de años, según la Teoría del "Big Bang"), y en particular de la Tierra (que tendría 4540 millones de años).

En segundo lugar, por medio de las ondas electromagnéticas nos llega la energía luminosa del Sol (principalmente IR, VIS y UV), que siempre ha influido en la creación y evolución de la Vida en la Tierra (es decir, desde hace más de 3500 millones de años).

Tercero, en la Tierra puede existir Astronomía y Radioastronomía gracias a la llegada de ondas electromagnéticas provenientes de los eventos y objetos del Cosmos al que pertenecemos.

En efecto, a todas las culturas que han existido en la Tierra, les ha llegado "información" del Universo a través de ondas en diferentes frecuencias del espectro electromagnético. Algunas de las señales que nos llegan, son emitidas dentro de la atmósfera terrestre (rayos, auroras boreales, "lluvias" de meteoros, "chaparrones" producidos por rayos cósmicos que penetran atmósfera, montañas y océanos, etc.). Otras imágenes llegan a la Tierra desde el Espacio exterior (fases lunares, eclipces, luz solar, ciclos y manchas solares, cometas, asteroides, impactos de asteroides en la Luna y de cometas en el Sol, la Vía Láctea, otros sistemas solares con lunas, planetas, estrellas y galaxias, explosiones de supernovas, radiación de fondo, etc.). Se puede decir que en nuestra cultura existe Astronomía (con "luz" VIS) de forma científica a partir de Nicolaus Copernicus (1473-1543), la invención del telescopio en 1608 en Holanda, la mejora y utilización del telescopio desde 1609 por Galileo Galilei (1564-1642), y desde la Teoría de Gravitación Universal de Isaac Newton (1643-1727). En cuanto a la Radioastronomía (con ondas electromagnéticas no visibles), el estudio de las ondas no visibles que vienen del Espacio es mucho más reciente (Agosto de 1931). El físico e ingeniero estadounidense Karl Guthe Jansky (1905-1950) de los Bell Telephone Laboratories estaba trabajando en eliminar el ruido para mejorar las comunicaciones. Después de un trabajo sistemático de más de un año, Jansky se convenció que había un ruido que era radiación electromagnética extraterrestre. Primero encontró ondas que venían del Sol y luego, otras que venían desde el centro de la Vía Láctea.

Por otra parte, las ondas electromagnéticas sirven para las comunicaciones inalámbricas. El hombre comenzó a usar ondas de radio para comunicarse y enviar información desde hace unos 100 años (1904), iniciando

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