La Radio [Viva el Ingenio]

El largo camino desde una ecuación a la radio FM

Continuando con nuestra colección "Viva el Ingenio", con la que FayerWayer se a sumado a la campaña Viva el Ingenio de 3M, hoy les contaremos sobre las ondas de radio.

Las ondas de radio son un subconjunto de las diversas formas que adopta la radiación electromagnética. En particular, las ondas de radio tienen muy baja frecuencia y alta longitud de onda. A medida que aumenta la frecuencia y disminuye la longitud de onda esta radiación electromagnética recibe otros nombres: tenemos las microondas, la franja infrarroja, la luz visible, la franja ultravioleta, los rayos X y los rayos Gamma.

El "quién es quién" entre las ondas electromagnéticas pueden verlo en la siguiente figura:

Este diagrama no es tan entretenido como este otro, que incluye otra información relevante

Lo que importa es que, en particular, las ondas de radio fueron descubiertas empíricamente por Heinrich Hertz en 1887, pero habían sido predichas por Nostradamus Maxwell ya en 1865. Cuando Maxwell planteó sus famosas ecuaciones, dedujo una relación válida para todas las ondas electromagnéticas, incluyendo la luz y las ondas de radio, pero no tenía los medios para generarlas artificialmente, como sí pudo hacer Hertz.

El Experimento de Hertz

El experimento de Hertz consistió en un emisor compuesto por una fuente de voltaje (corriente continua), un condensador rudimentario, una bobina de cobre y un arco voltaico, formado a entre dos esferas cargadas obedeciendo al ritmo oscilante que la bobina y el condensador imprimen al voltaje.

Ese arco voltaico -conocido como Spark Gap- es lo que  le da nombre a este tipo de emisor de radio. Lo importante en el experimento era demostrar que lo que saliera del emisor podía ser captado por un receptor. Este receptor consistía en un alambre de cobre coronado por bolitas de bronce, separadas por una distancia ínfima del orden de décimas de milímetro.

Hertz demostró que en el receptor se producían chispas entre los terminales de bronce siguiendo una frecuencia gemela de la del transmisor, y se podía hacer variar a voluntad. Quedaban así demostradas las ecuaciones de Maxwell, y no tomó mucho tiempo para que otros vieran la posibilidad de usar el fenómeno para comunicarse en forma inalámbrica, lo cual ofrecía ventajas sobre el telégrafo que requería la existencia de cableado.

En efecto, el primer uso que se le dio a las transmisiones radiales fue la radiotelegrafía. En este caso, el receptor sólo necesitaba saber si el emisor estaba activo o no. Ideal para comunicarse en Clave Morse.

Por otro lado, esto le abrió el apetito a un genio de la época, Nicola Tesla, quien patentó una docena de inventos relacionados no sólo a las telecomunicaciones por radio, sino a la posibilidad de transmitir electricidad usando el fenómeno de la resonancia entre emisor y receptor.

Marconi (o "Nadie Sabe para Quién Trabaja")

Al otro lado del océano, el italiano Guglielmo Marconi investigó los experimentos realizados y, aunque no descubrió la radiotelegrafía de por sí, fue el primero en armar un equipo mediante el cual ésta se podía practicar eficientemente. Su emisor era parecido al de Hertz, mientras que el receptor combinaba un dispositivo llamado cohesionador (en la figura de abajo, es la letra A), un antepasado de los diodos. Además incorporó una cinta que iba traspasando la transmisión radiotelegráfica a papel.

A diferencia de los múltiples experimentos hechos en Estados Unidos y Europa, las máquinas de Marconi lograban comunicarse a grandes distancias. Empezó en 150 metros, aumentó a 1.5 kilómetros y, después de mudarse a Londres para buscar inversionistas, fue perfeccionando su invento durante 5 años. Al terminar el siglo XIX, la radiotelegrafía de Marconi se aplicaba comercialmente y cubría distancias de centenares de kilómetros.

Sin embargo, no fue solamente la habilidad de Marconi la que permitió que su versión del invento se convirtiera en estándar. En Estados Unidos encontró dos inversionistas con buena espalda y mucha influencia: Thomas Edison y Andrew Carnegie, quienes convencieron al gobierno norteamericano de usar la tecnología de Marconi para no pagarle a Nicola Tesla por su propiedad intelectual. La oficina de patentes se alineó con los señores y Marconi se afianzó en el mercado. Por cierto, el italiano no desaprovechó esa bonanza sino que siguió perfeccionando su invento hasta lograr transmitir por radio desde Estados Unidos a Europa. Primero (1901) era casi puro ruido ambiental, pero ya en 1904 después de numerosas pruebas, pudo hacerle la competencia a los cables de telégrafo interoceánicos.

Cuando Tesla se enteró dijo amargamente:

Ese tipo está usando 17 de mis patentes y no me paga ni un peso

Sin embargo Marconi tampoco lo pasó del todo bien en la oficina de patentes. Muchas de las que presentó en los años que siguieron fueron rechazadas porque retomaban descubrimientos de Tesla, Hertz y Lodge.

De todos modos, Marconi sí alcanzó a tener éxito, fortuna y fama en vida. Recibió el Premio Nobel de física en 1909 y, cuando se hundió el Titanic en 1912, la prensa atribuyó el rescate de los sobrevivientes a las comunicaciones radiotelegráficas que el barco siniestrado sostuvo con el Carpathia, transporte que logró llegar horas más tarde al lugar de los hechos. Junto a la difusión de la tragedia, los medios perpetuaron a Marconi como  una suerte de mesías de la tecnología.

Sonido y Modulación

Faltaba otro gran salto para que la radio abandonara el nicho telegráfico y empezara a ser un medio para transmitir sonido. Fue Reginald Fessenden quien en 1906 ideó una manera de alterar el clásico emisor de Hertz combinándolo con un alternador. Este alternador, de 100.000 ciclos por segundo (la unidad que hoy conocemos como Hertz o Hz), generaba una onda continua de corriente alterna. Lo encargó a General Electric, quienes a su vez le pidieron al ingeniero eléctrico sueco Ernst Alexandersson que lo diseñara. Sabemos que Tesla había hecho un alternador de 50.000 Hertz unos años antes, pero no sabemos si GE le pagó a Nicola Tesla por usar una idea suya en el diseño de Alexandersson. No nos extrañaría si no hubieran pagado: en esa época estaba de moda  piratear las ideas de Tesla.

Como sea, Fessenden recibió el alternador, lo combinó con el diseño de Hertz y creó un emisor que generaba ondas de radio moduladas por amplitud. A su vez, montó una radio capaz de sintonizar una frecuencia, de modo que, a diferencia de la radiotelegrafía existente hasta ese momento, múltiples señales pudiesen ser emitidas sin estorbarse. El receptor usaba una tecnología que hasta hoy se usa entre los aficionados. Un circuito de bobina y condensador que podían ajustarse para modificar su frecuencia intrínseca, y un cristal de galena a modo de detector que sacaba la señal original a partir de la señal modulada por amplitud. En otras palabras, esta radio solamente deja pasar las señales que son resonantes con su frecuencia intrínseca, permitiendo sintonizar distintas emisoras.

Como verán, esta radio no cuenta con ninguna alimentación eléctrica. Funciona en forma pasiva a partir de la energía que capta con la antena, por lo que sólo puede escucharse con audífonos y a distancias limitadas. Esto de paso demuestra la factibilidad de las patentes de Tesla: en las radios de galena ocurre una transferencia de energía en forma inalámbrica, aunque sea muy poco eficiente.

Con la tecnología de Fessenden, otros inventores de Estados Unidos y Europa empezaron a perfeccionar el diseño armando las primeras radioemisoras, y a ofrecerlas como un canal para hacer publicidad,  difusión de noticias y música. Al mismo tiempo el diseño para construir una radio de galena era tan sencillo que en pocos años todo el mundo tenía una, ya sea hecha en casa o manufacturada por distintas compañías que empezaron a meterse en el nicho, generando modelos que combinaban la funcionalidad con un aspecto refinado.

El camino ya estaba delineado, pero en los años que siguieron surgieron muchos inventos que perfeccionaron el funcionamiento de la radio y permitieron diseños compactos, más baratos y amplificados como para no necesitar audífonos. Se descubrió cómo modular por frecuencia (permitiendo una calidad de recepción mejor que al modular por amplitud), aparecieron radios de tubo, radios de transistores y radios con circuitos integrados como hay actualmente.

Pero todo eso, querido lector, da para otra historia.

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