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HISTORIA DE LA COMUNICACIÓN POR ALAMBRES : INICIOS DEL TELEGRAFO Y EL TELÉFONO.
Página inicio : Historia de la transmisión por ondas de radio .
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Aplicación de la teoría electrónica, a la radiocomunicación Hoy se sabe que cuando Hertz descargó su condensador, mediante una chispa, se estableció una corriente alterna en los hilos que unían los terminales del condensador. La corriente alterna suministrada a la mayoría de nuestras redes de alumbrado oscila sesenta veces por segundo, y su máximo valor en cada dirección permanece constante mientras una lámpara está en circuito. Esto se llama una "corriente alterna permanente de baja frecuencia". La corriente originada por la descarga de un condensador puede oscilar varios millones de veces en un segundo, y su valor máximo en cada dirección disminuye rápidamente hasta cero en una pequeña fracción de segundo. Esto se llama una "corriente alterna amortiguada de alta frecuencia". Cuando un artificio cualquiera que produce un movimiento de vaivén en los electrones se conecta entre la tierra y un hilo aéreo aislado, los electrones oscilarán en el hilo. Hertz había además establecido que cuando los electrones oscilan como ahora explicamos obligan a otros electrones en su hilo lejano a oscilar con la misma frecuencia. Siendo este fenómeno el principio fundamental de la radiocomunicación. Puede decirse francamente que no se comprende de un modo claro cómo un electrón, al oscilar, actúa sobre otro electrón a través del espacio intermedio y le obliga a oscilar al unísono. Aunque algunos científicos de la época habían rechazado la teoría de las vibraciones etéreas y dudan de la existencia del éter, la explicación de la energía radiante mediante la teoría etérea era relativamente sencilla, y, por tanto, es la adoptada en esta exposición del asunto. |
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La teoría etérea presupone que todo espacio, ya esté o no ocupado por alguna sustancia, está lleno de un medio elástico que se pone en vibración por la oscilación de los electrones. La vibración, que se origina primeramente en la vecindad de los electrones oscilantes, se propaga a través del éter mismo a una velocidad de 300.000.000 de metros por segundo, que es la velocidad de la luz. Presumamos, por razones de conveniencia, que los electrones en un hilo oscilan a uno y otro lado con una frecuencia de 1.000.000 de oscilaciones completas por segundo. Durante esta oscilación, la perturbación del éter había avanzado una millonésima de 300.000.000 de metros, o sea 300 metros. Si imaginamos una perturbación del éter como una onda que se propaga, semejante a la que se observa cuando se deja caer una piedra en el agua tranquila de un estanque, se verá que la cresta de la onda habrá avanzado 300 metros, en el caso citado, durante una oscilación completa de los electrones. Esta distancia, obtenida dividiendo la velocidad de propagación ?siempre 300.000.000 de metros por segundo?por la frecuencia de la oscilación de los electrones en períodos por segundo, se llama la "longitud de onda ", o la distancia de cresta a cresta de las vibraciones etéreas. Se observará que una corta longitud de onda implica una alta frecuencia, y una gran longitud de onda, una frecuencia relativamente baja en la vibración del éter. La teoría etérea , que explicaba los fenómenos de la radiocomunicación hacia 1930 , supone además que los electrones de cualquier sustancia interceptada por vibraciones propagadas a través del éter oscilarán también a la misma frecuencia. Aunque en la mayoría de las instalaciones de radiocomunicación uno de los extremos de la estación emisora o receptora está unido a tierra, aumentando así la fuerza de las señales, no es necesario hacer esta conexión. Las señales podían enviarse desde un aeroplano a otro, por ejemplo, sin ninguna derivación a tierra. Debe también indicarse, en conexión con la teoría etérea, que las vibraciones del éter siguen la curvatura de la Tierra en una transmisión a larga distancia, y que la causa de la curvatura de la trayectoria de las vibraciones etéreas no se había explicado todavía claramente en aquellos años. El significado de la sintonización El número de electrones que pasa por segundo por un punto dado de un hilo conductor, o la corriente producida en un hilo a causa de una influencia cualquiera, depende de cuatro factores. Primero, existe el efecto de la inducción ejercida sobre los electrones por el dispositivo en que esta inducción se origina. Un generador de corriente alterna que desarrolla una diferencia de potencial , llamada "fuerza electromotriz" , de 10.000 voltios, obligaría a oscilar a un número de electrones mil veces mayor que un generador semejante de 10 voltios solamente de tensión máxima. |
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Un segundo factor es la sustancia
del hilo en que los electrones oscilan. Oscilarán muchos
mas electrones bajo una tensión alternativa dada en un hilo
de plata o cobre (buenos conductores ) que en una sustancia tal
como vidrio o caucho (aisladores ) . La plata o el cobre se dice
que tienen menor resistencia al movimiento electrónico que
el vidrio o el caucho. La resistencia, medida en ohmios , es menor
en un hilo corto que en uno largo, y también es menor en
un hilo de gran diámetro que en otro de diámetro menor.
Una corriente de alta frecuencia circula cerca de la superficie
de un hilo (efecto superficial ) , de modo que un hilo hueco puede
conducir tan bien como uno sólido. El cuarto factor ( llamado de "capacidad" ) se obtiene cuando se rompe un hilo y los dos extremos se unen a dos placas metálicas separadas por un aislador. |
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Este aparato se llama un "condensador " . La intensidad de la corriente alterna depende del área de las láminas, el grueso del aislamiento entre ellas, la naturaleza de esta sustancia aisladora y la frecuencia de la corriente. La propiedad más importante de este factor capacidad es que su influencia , en cualquier instante, sobre la oscilación de los electrones es precisamente contrario al del factor autoinducción. Cuando la autoinducción tiende a empujar a los electrones hacia atrás ( la tensión se adelanta a la corriente ) , el factor capacidad los empuja hacia delante. Se comprenderá que si los factores autoinducción y capacidad están completamente equilibrados, se neutralizarán uno al otro, de modo que los electrones, oscilarán como si ninguno de ellos existiese. En el tipo más corriente de antena, llamado "antena aérea " los hilos aéreos están separados de la tierra por el aire, formando así un condensador. En la estación emisora el efecto de capacidad puede ser eliminado conectando una autoinducción variable en serie con la antena. Esta autoinducción puede entonces regularse a la frecuencia de la corriente de la antena, así que la intensidad de esta corriente de antena dependerá solamente de la tensión alcanzada por el generador y la resistencia de los hilos de la antena y la tierra. Aunque el circuito de la antena contiene un intervalo de aire igual en longitud a la distancia de la tierra a los hilos aéreos, los efectos de autoinducción y capacidad se neutralizarán uno al otro, de modo que la corriente será tan intensa como si el extremo de la antena estuviese unido directamente a la tierra.
En la estación receptora, donde la señal oscilatoria de las vibraciones etéreas es siempre muy débil, es importante que los efectos que se oponen a la oscilación de los electrones se reduzcan al mínimo. Esto se consigue otra vez regulando? la autoinducción de modo que el efecto de capacidad quede eliminado. Corno la cantidad de autoinducción necesaria para equilibrar el efecto de capacidad depende de la frecuencia de la vibración etérea, hay que sintonizar el circuito receptor a la frecuencia especial del mensaje que se desea. De esta manera, un circuito receptor influenciado por una variedad de vibraciones etéreas de frecuencias diferentes puede conseguirse que responda con mayor intensidad a una frecuencia que a las otras. Se comprenderá así que cuando una estación receptora funciona en una región donde el éter está sujeto a muchas vibraciones complejas, la recepción de un mensaje particular dependerá de la habilidad del operador que recibe la señal para sintonizar la antena receptora con la frecuencia particular de la estación emisora. Esto resultará imposible si otras estaciones están emitiendo transmisiones de frecuencias sensiblemente iguales. Por esta razón es por lo que el gobierno asigna frecuencias o longitudes de onda determinadas a varias estaciones, para que no interfieran unas con otras. Hay que tener en cuenta que hasta ahora las descripciones se refieren a transmisiones del tipo de amplitud modulada ( a diferencia de la frecuencias modulada , banda lateral única , etc. que luego fueron desarrolladas con el paso de los años ) , que era la única que se conocía en los comienzos de la radiodifusión , donde los dispositivos de emisión y recepción eran lo más básico que existía . |
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El objeto del detector Si suponemos que la estación emisora representada en la figura adjunta hace vibrar al éter a una frecuencia de un millón de períodos por segundo?3oo metros de longitud de onda?, los electrones, en la estación receptora, oscilarán con la misma frecuencia, y la intensidad de la corriente alterna dependerá de la eliminación, por sintonización, de los efectos de autoinducción y capacidad. Si se conecta un teléfono receptor entre la antena y la tierra, oscilará una corriente en el devanado de este teléfono receptor con una frecuencia de un millón de períodos por segundo. No se oirá entonces ningún sonido en el teléfono, por dos razones: primera, el diafragma flexible de hierro del teléfono receptor es demasiado rígido para vibrar con una frecuencia tan elevada; y segundo, el oído humano no oiría nada tampoco aunque el diafragma vibrase con esta frecuencia, porque el oído no se impresiona cuando el número de vibraciones es superior a 2o.ooo ciclos por segundo. |
En los años '30 ya hacían más de cincuenta años que se sabía que ciertos minerales cristalizados conducen una corriente eléctrica en una sola dirección. Por lo que en los primeros años de la radiodifusión inalámbrica muchos cristales rectificadores habían sido aplicados al problema de recepción sin hilos, especialmente el silicio, óxido de cinc , la galena y carborundo. Ordinariamente se oprimía ligeramente contra el cristal una punta afilada de un hilo ( llamada en inglés "bigote de gato" ) y en algunos casos se colocaban en contacto dos cristales diferentes, empleándose un pedazo de calcopirita preferentemente con el óxido de cinc. Aunque tales cristales rectificadores se llaman comúnmente "cristales detectores", el empleo de la palabra "detector' en este caso es erróneo, puesto que sugiere que tal disposición corresponde de algún modo a las vibraciones del éter. El hecho es que la corriente en la antena receptora puede circular en una dirección solamente, de modo que cuando el conmutador está cerrado en la estación emisora, el contacto vibrante mostrado en la figura interrumpe la corriente de alta frecuencia de la antena, y durante cada contacto la corriente rectificada produce en el teléfono receptor un golpe seco. Entre cada interrupción de la corriente en la antena emisora, varios miles de oscilaciones tienen lugar en las antenas emisora y receptora; pero el rectificador en la antena receptora permite a los electrones circular en una dirección solamente, de modo que el diafragma receptor será atraído en una sola dirección. El tictac percibido en el teléfono receptor será entonces de igual frecuencia que el contacto vibratorio en la estación emisora, y como esta es una frecuencia audible, los puntos y rayas de cualquier alfabeto pueden ser transmitidos entre las dos estaciones.
El alfabeto continental fue el empleado exclusivamente en radiotelegrafía, y se mostró completamente descrito y representado anteriormente .
La lámpara de tres electrodos utilizada como detector
Aunque el cristal detector y el teléfono receptor reemplazaron al primitivo cohesor, receptor telegráfico y pila, pero con la desventaja de que la energía que hacía vibrar el diafragma del teléfono receptor necesitaba venir de la estación emisora, y , por tanto, era muy débil. Fue más conveniente que algún artificio en la estación receptora hiciese que una pila local enviase una corriente rectificada a través del teléfono receptor y que variase en exacta concordancia con la intensidad y frecuencia de las vibraciones del éter.
En los receptores más sensibles esto se consiguió por medio de una lámpara de tres electrodos o audión (posteriormente denominada tríodo ) , aparato que ha contribuido enormemente al éxito de la radiocomunicación. El desarrollo de la forma mas elaborada de la lámpara de tres electrodos se debe principalmente al Dr. Lee De Forest. La lámpara consistía en una ampolla de cristal, donde se hacía el vacío, y conteniendo tres elementos: un filamento, una rejilla y una placa. El filamento, que estaba hecho de hilo de tungsteno, iba unido a una pequeña batería de acumuladores (A en la figura), que enviaba una corriente a través del filamento y lo calentaba hasta la incandescencia. La rápida vibración interna del filamento, debida a su elevada temperatura, desalojaba a millones de electrones de los átomos y estos electrones formaban un enjambre alrededor del filamento incandescente. Si el polo positivo de otra batería (la B en la figura) se unía a través del teléfono receptor a la placa y el polo negativo al filamento, la placa se habrá hecho positiva con respecto al filamento. Se recordará que los electrones son partículas negativas de electricidad, y como la electricidad positiva atrae a la negativa, los electrones serán atraídos del filamento a la placa, y una corriente continua circulará en los teléfonos receptores. Esto no producirá sonido alguno en los teléfonos receptores, puesto que el diafragma estará encorvado de un modo permanente. Si una vibración etérea hace ahora oscilar a los electrones en el hilo de la antena, la rejilla se hará alternativamente positiva y negativa, conforme los electrones circulen hacia uno u otro lado de ella. Cuando la rejilla es negativa rechazará los electrones que rodean el filamento y decrecerá la corriente telefónica; cuando la rejilla es positiva ayuda a la placa y separa más electrones del filamento, aumentando, por tanto, la corriente telefónica.. Una rejilla negativa tiende, por tanto, a interceptar la corriente telefónica, mientras que una rejilla positiva la aumenta.
La lámpara de tres electrodos cumplía igual fin que el cristal detector, produciendo además un sonido mas intenso en el teléfono por utilizar y suprimir alternativamente la batería local B. Tales lámparas podían utilizarse también para amplificar el sonido. Si la rejilla y filamento terminal de otra lámpara eran substituidos por los terminales del primer teléfono receptor, las variaciones de potencial en la rejilla de la segunda lámpara se intensificarán por la batería B. Un teléfono receptor, unido en serie con una segunda batería B a la placa de la segunda lámpara, producirá un sonido más intenso. La batería B puede hacerse servir para cualquier número de lámparas por un montaje que exige el empleo de un aparato llamado transformador " La amplificación puede aumentarse enormemente conectando una bobina en serie con el circuito de la placa, sobre el que actúa, por inducción la bobina de sintonización. Con una amplificación múltiple en la estación receptora se habían recibido mensajes de estaciones a miles de kilómetros distantes.
El radioteléfono
En su forma más sencilla, una estación radiotelefónica emisora básica exigirá únicamente el material representado en la adjunta figura. Con esta disposición, el generador eléctrico de alta frecuencia mantendrá una oscilación continua de electrones en los hilos de la antena. La presión de las ondas sonoras, que son ondas aéreas, sobre el diafragma transmisor comprimirá y aflojará alternativamente los gránulos de carbón en la caja transmisora, de modo que la resistencia del transmisor variará en perfecta concordancia con la frecuencia e intensidad de la voz. Esta variación de resistencia en serie con la antena hará que la corriente alterna varíe sincrónicamente con la voz.
De este modo, la voz provocará vibraciones en el éter que reproducirán el sonido de la voz en el teléfono de la estación receptora. Aquí este sonido de la voz puede ser amplificado por varias lámparas y el circuito regenerador de Armstrong, de modo que pueda ser oído en una gran sala.
En la radiotelefonía a grandes distancias, tal como la producida
en numerosas estaciones emisoras de los comienzos del siglo XX , la corriente
alterna de la antena debía ser muy intensa, y la frecuencia de
las oscilaciones, fijada por el Departamento de Comercio, muy alta, de
modo que estas estaciones no interfirieran con otras estaciones comerciales
de frecuencia más baja. En este caso la corriente de la antena
era sintonizada indirectamente mediante las lámparas de tres electrodos,
de modo que una corriente relativamente débil en el micrófono
transmisor producía una corriente muy amplificada en la antena
emisora variando de la misma manera.
Estas grandes estaciones, que funcionaban con una longitud de onda de 360 metros (833.333 períodos por segundo, lo que actualmente serían las emisoras de AM o amplitud modulada ) , no podrían utilizar un simple generador de corriente alterna, porque sería imposible que marchase una máquina giratoria a una velocidad tan elevada que produjese oscilaciones tan rápidas. Se recurría entonces otra vez a la lámpara de tres electrodos, y con ciertas conexiones (circuitos osciladores ) podía producirse una corriente alterna persistente de cualquier frecuencia que se desee . La distancia a que los mensajes radiotelegráficos podían ser transmitidos ha sido ampliada grandemente con los años por el empleo del sensible detector de lámparas , y a medida que la tecnología progresó hasta la actualidad la cantidad de componentes de circuito se fue incrementando , reemplazándose progresivamente las lámparas citadas , por otras mas complejas como diodos , pentodos , etc que pasaron a ser piezas de museos con el advenimiento del transistor .
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