La radio de galena. Descripción y funcionamiento

 

 

En los albores de la era tecnológica, cuando la radio hacía sus primeros pinitos tras la verificación experimental de las ondas electromagnéticas por Hertz, y las experiencias de Marconi -bastante después de su descubrimiento teórico a partir de la combinación de las ecuaciones de Maxwell que genera la ecuación de onda-, todavía no estaban nada perfeccionados los mecanismos de modulación de la señal eléctrica transmitida y la tecnología conocida no permitía grandes maravillas en la transmisión y la recepción de la radio.

El primer problema a resolver consistía en obtener una manera fácil de mezclar la información a transmitir, o señal moduladora,  con un tono o portadora que permitiese su propagación óptima asociada a las variaciones temporales armónicas de la ecuación de onda, consiguiendo adaptar la señal modulada resultado de dicha mezcla a un canal de comunicaciones lo suficientemente bueno en cuanto a carencia de ruidos indeseados notables, una baja atenuación de la onda en su viaje, así como el hecho de utilizar una frecuencia no usada en el espacio físico identificado con el canal para evitar interferencias. Pues bien, el primer intento de transformación matemática de la señal moduladora lo constituyó la modulación de amplitud (AM), por ser el esquema más natural concebible, y consiste en multiplicar la portadora con la señal moduladora, que varía mucho más lentamente que la primera, de modo que la información queda retenida en la envolvente de la onda a transmitir. Es una forma natural de hacerlo, y que permite, si se usa suficiente potencia de transmisión, un gran alcance, a pesar de que es muy sensible a los ruidos. Los ruidos son señales indeseadas producidas por tormentas, y ruido térmico producido por el flujo natural de la corriente en los dispositivos con componente resistiva, con el consabido calentamiento de los mismos, a la cual se le suma una cantidad muy grande de pequeñas corrientes de estadística gaussiana generadas por los choques entre portadores de carga y núcleos atómicos, en todas las direcciones, y que se superponen a la corriente media. Dicha componente superpuesta es precisamente el ruido térmico, que al llegar a un elemento radiante es emitido hacia el receptor, aunque también se debe tener en cuenta la atenuación por hidrometeoros (donde lo que más influye es la atenuación que sufre la onda por la absorción molecular que se produce en las moléculas de agua y/o por dispersión de la energía por ser el agua buena conductora).

En un principio la modulación que se utilizó para las comunicaciones era la modulación de amplitud. Aún es usada hoy por ejemplo en las emisiones de onda corta, en variantes en las que se suprime una de las bandas laterales del espectro de radiofrecuencia. Por ser la señal real, su espectro tiene módulo simétrico respecto al eje de la frecuencia de portadora, con lo cual se evita el envío de información redundante. Queda por tanto el espectro configurado mediante la banda de media frecuencia, las frecuencias superiores (para USB) -o inferiores (para LSB)- y el piloto de portadora -también se puede emitir con portadora suprimida-; y esta modulación se conoce en general como Banda Lateral Suprimida (SSB). Además este mismo esquema -otra variante de la modulación AM o de amplitud- fue usado para la transmisión analógica de televisión, antes de la actual TDT digital; en concreto se usaba una subportadora, para ser modulada en amplitud en cuadratura por dos señales diferencia de color, intercaladas en un hueco del espectro de la señal de luminancia, y estando el sonido modulado en FM a una frecuencia de subportadora mayor. Al menos se operaba así en el antiguo estándar europeo de televisión analógica, conocido como PAL.

Tal vez una de las primeras implementaciones de receptor de radio capaz de transformar la modulación AM en algo audible -en la propia señal moduladora- es un esquema muy simple conocido como radio de galena, que se representa en la figura de más arriba. La radio de galena responde a la forma lógica de detectar la moduladora en una señal AM, esto es, responde a obtener la envolvente de la señal modulada transmitida y recibida en el receptor y aplicarla a unos auriculares. Recuérdese que las variaciones lentas de la señal moduladora contienen la información a recibir. Véase el dibujo de más abajo, que representa una señal moduladora modulando a una portadora.

La galena es un mineral, en concreto sulfuro de plomo, y cristaliza en forma de cristales cúbicos. Tiene una propiedad muy interesante, que es que según algunas direcciones a su través rectifica una corriente eléctrica, esto es, la deja pasar en un sentido pero no en el contrario. Lógicamente, si la señal modulada transmitida una vez recibida es pasada por una galena con el ajuste adecuado, dejará pasar sólo la parte positiva de la corriente eléctrica, y si usamos a su salida un condensador conseguiremos que la parte positiva antes de la bajada hacia valores negativos de la señal modulada cargue esa capacidad, que será descargada a través de los auriculares lentamente en la parte en la que la galena no permite paso de corriente, por estar ésta en el otro sentido -galena en corte-. Se obtiene así una señal sin brusquedades y de variación suave prácticamente idéntica a la señal moduladora de variaciones lentas que se transmitió. Esta parte que aquí describo se corresponde en el esquema con las dos últimas etapas, esto es, la detección, producida en la galena -sustituida hoy en día en los receptores por diodos de silicio o de germanio- y el condensador fijo; y la presentación, producida en unos auriculares de alta impedancia. Hoy en día se usan auriculares de baja impedancia en los receptores por la sencilla razón de que sus cables se conectan en serie en los amplificadores de audio como parte de la carga de los mismos y de este modo las impedancias han de ser pequeñas para no disminuir la corriente que ellos mismos presentan como sonido. En los receptores de galena los auriculares estaban colocados en paralelo con el circuito detector y por tanto para no afectar a su funcionamiento en una medida elevada debían tener alta impedancia, para cargar lo menos posible al detector, ya que las corrientes detectadas son minúsculas por no presentar ninguna amplificación de la señal el receptor de galena.

Esto que he explicado en el párrafo anterior consiste en el procesado que se hace a la señal ya sintonizada para convertir la moduladora en sonido audible. Ahora bien, faltan dos etapas previas, a saber, la etapa de la antena, y la etapa de la sintonía. De la antena no hablaré en profundidad, basta con decir que la onda electromagnética que vibra en las inmediaciones de la misma genera una corriente eléctrica en los conductores, para cuya recogida está especialmente pensada la antena. La señal de antena se pasa a continuación a lo que se conoce como circuito tanque, o filtro de radiofrecuencia o filtro de sintonía. En realidad la bobina y el condensador variable forman lo que se conoce como un resonador, el cual tiene una frecuencia propia de resonancia que viene dada por los valores de la bobina y del condensador variable. Esto significa que a una frecuencia determinada por dichos valores el condensador se carga con la corriente minúscula de la bobina, descargándose el campo magnético de ésta, y después en el siguiente semiciclo el campo eléctrico del condensador se descarga en forma de corriente y por tanto campo magnético en la bobina. Todo ésto da lugar a un circuito oscilante, cuyas oscilaciones se ven atenuadas de forma creciente por las pérdidas óhmicas debidas a las resistencias asociadas a dicho condensador y dicha bobina, los cuales no son ideales. En otras palabras, el paralelo de la bobina y el condensador constituyen un sistema armónico simple con amortiguación. ¿Qué razón de ser tiene su uso?. Pues su razón de ser es que si hacemos coincidir la frecuencia de resonancia del filtro tanque, actuando en el condensador variable, con la frecuencia de la portadora cuya información queremos detectar y oír, entonces la señal de corriente que viene de la antena se enganchará a las variaciones de corriente del sintonizador y dará lugar a un sistema vibratorio amortiguado forzado, en el que la señal de antena de esa frecuencia específica, y ninguna más a otra frecuencia de portadora distinta, pasa hacia el detector. En otras palabras, se obtiene la resonancia y la máxima transferencia de energía. Ésto es así, porque a esa frecuencia el resonador presenta una impedancia infinita. Es decir, a todos los efectos es como si no estuviera presente en el circuito, y toda la corriente que entra desde la antena pasa de forma íntegra al detector. Si variamos la capacidad del sintonizador ya no escucharemos la señal a la que estábamos sintonizados, pues el filtro tanque tendrá una menor impedancia y absorberá una mayor parte de la corriente, pasando poca corriente de antena al detector. Ésto que he descrito es lo que se conoce como etapa de sintonía.

Lo que aquí he descrito es un receptor homodino y sin amplificación ninguna, ni en radiofrecuencia, ni en frecuencia intermedia, ni en audiofrecuencia; en el cual no hay ninguna etapa de frecuencia intermedia -usada para conseguir mayor sensibilidad en los receptores superheterodinos-, en otras palabras, es un esquema muy ineficiente y obsoleto.

 

 

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