Semana XIII - 13/12/2016

Continuamos la semana yendo al laboratorio a acabar la implementación de nuestro receptor.

Como hemos transformado los paquetes recibidos a 27 MHz a paquetes a 10 kHz, podemos tratar la señal mediante técnicas de audio. ¿Qué significa esto? Bien, como ya sabemos, el rango de frecuencias audibles comprende los 20 Hz hasta los 20 kHz. Y nuestra señal demodulada está dentro de ese rango. Es por eso que utilizaremos la tarjeta de sonido para entrar esta señal a nuestro ordenador y tratarla digitalmente.

Mediante el uso de un programa llamado BasicDSP, creado por un estudiante de doctorado en Praga, seremos capaces de realizar un sencillo programa que nos va a permitir cambiar la frecuencia del pitido mediante una barra desplazadora.

Con esto podemos dar por concluido el curso de diseño de radiotransceptores, donde hemos aprendido a diseñar y construir un receptor de onda media, y un transmisor y un receptor a 27 MHz. Hemos pasado de ser ignorantes en la materia a tener un conocimiento, si bien no deja de ser básico, más extendido de la electronica que interviene en los sistemas de telecomunicaciones. Lo que al principio del curso parecía algo increíble, encender un LED a distancia (y no solo eso, sino entender cómo lo hemos conseguido), ahora seríamos capaces de explicarselo a alguien y de construirlo por nosotros mismos.

Esta es la última entrada de este blog, por lo que me gustaría agradecer a nuestro profesor el empeño que pone al trabajo de sus clases, destacando el hilo estructural de éstas, muy bien conseguido. Consigue aumentar el conocimiento poco a poco partiendo de una base simple, lo cual es de mucho agradecer. Continuaremos reinventando la radio allá donde vayamos. Un saludo. 

Semana XIII - 12/12/2016

Empezamos la semana haciendo un extenso recordatorio sobre la clase anterior, lo cuál para mi es una gran ayuda puesto que no pude asistir.

Hemos hecho un breve repaso al funcionamiento de nuestro receptor. Nuestro receptor estaba compuesto por un filtro paso banda previo al mezclador. ¿Para qué? Pues bien, este filtro es necesario para eliminar todas las frecuencias fuera de la banda cuya potencia podría saturar la entrada del mezclador Gilbert (recordemos que necesita tensiones muy pequeñas a la entrada para que el primer término de la tangente hiperbólica de la ecuación de salida sea lineas). De aquí llegamos a la conclusión que, por ejemplo, en los Monegros no necesitamos ese filtro porque solo recibiremos a nuestro transmisor. A continuación se encuentra el mezclador, que multiplica la señal de entrada a frecuencia f0 (en nuestro caso 27 MHz) con una portadora generada localmente a f0 + fint (en nuestro caso 27 MHz + 10 kHz). Esto provoca a la salida de frecuencia suma, obteniendo a la salida del receptor la misma señal incidente a la antena, pero esta vez a fint (10 kHz).

Para comprobar este circuito, que mejor manera que hacerlo en el laboratorio. Montando correctamente nuestro circuito hemos conectado la salida del mezclador a nuestro osciloscopio virtual. En este caso no precisamos de un filtro paso bajo puesto que nuestro osciloscopio ya filtra esa señal suma. Cuando emitía el transmisor, vimos como efectivamente se mostraba por pantalla un tono a frecuencia 7 kHz. Esto es debido a que no sabemos de manera precisa cuál es la frecuencia intermedia utilizada en el transmisor.

Llegados a este punto, hemos visto que nuestro receptor funciona correctamente. Mañana seguiremos mejorándolo, añadiendo la funcionalidad de audio para escuchar el tono recibido.

Semana XI - 29/11/2016

El día de hoy ha sido bastante ameno.

Hemos ido al laboratorio a montar nuestro bloque modulador ASK, es decir, nuestro generador de señal ON OFF con un circuito basado en un 555. Agregando correctamente este módulo a nuestro circuito de oscilación, hemos visto que la señal se iba interrumpiendo cada segundo gracias a un LED. Agregando una antena monopolo a nuestra salida, y con el uso de un receptor comercial prestado por el profesor, hemos podido transformar esa señal interrumpida de manera periódica a 27 MHz a un tono audible. Para hacer nuestro transmisor un poco más característico, hemos sustituido el condensador electrolítico conectado al 555 por otro de capacidad aún menor. Eso ha provocado que la frecuencia ON OFF aumentará, por lo que el pitido era mucho más rápido.

La semana que viene seguiremos avanzando en nuestros conocimientos de radio aprendiendo a realizar el receptor.

Semana XI - 28/11/2016

Empezamos la nueva semana repasando los conceptos adquiridos la semana anterior. Remarcamos la gran importancia del cristal de cuarzo dentro de un circuito oscilador.

Una vez puestos en materia, recapitulamos un poco para recordar los problemas de nuestra propuesta para el circuito oscilador. Vimos que gracias al uso del cristal de cuarzo en cortocircuito nuestro circuito mantiene invariable la frecuencia de oscilación. El problema radica a que además de a 27 MHz, el circuito también está oscilando a frecuencias múltiples, tales como 9 MHz por ejemplo. Esto es un grave problema, ya que si conectáramos una antena a la salida del oscilador, estaríamos inundando el espacio con luz a varias frecuencias, y eso está completamente prohibido. Hay que buscar, pues, una solución.

La solución propuesta es sustituir la combinación RC por un circuito tanque. La idea de este circuito es que si conseguimos que resuene a una frecuencia por debajo a la de la oscilación, para 27 MHz tendremos un circuito equivalente RC, y el circuito podrá oscilar. Para los otros armónicos el circuito tanque no se comportará como un RC y el circuito no podrá oscilar.

Llegados a este punto, hay que comprobar como efectivamente esta solución arregla el problema de los armónicos. Para probarlo, fuimos al laboratorio a montar nuestro oscilador y ver como efectivamente solo oscila a 27 MHz.

Nos vemos mañana añadiendo un modulador ASK para emitir una señal On Off a 27 MHz. Mañana ya seremos capaces de transmitir algo!

Semana X - 22/11/2016

Volvemos a clase para analizar los resultados obtenidos con nuestro oscilador. Como ha quedado claro, ahora mismo nuestro diseño no es válido, puesto que conectar el oscilador a una antena provocaría que radiáramos potencia en múltiples frecuencias. La solución la conseguiremos con un dispositivo llamado cristal de cuarzo.

Este componente es utilizado en absolutamente todos los circuitos con osciladores, puesto que tiene unas características increíbles. Imaginemos que nuestro circuito se encuentra en condiciones extremas. Un golpe o la contracción y dilatación debidas al frío y al calor varían el valor de nuestro inductor y el circuito, en lugar de resonar a Fr resonaría a Fr +/- Fs. Y esto no lo podemos permitir, puesto que podemos perfectamente perder la comunicación. Para fijar esa frecuencia de oscilación usaremos un cristal de cuarzo.

Según el espesor de las capas del cristal de cuarzo, este dejará pasar una frecuencia u otra. En síntesis, las capas del cristal de cuarzo de doblegan cuando aparece una diferencia de potencial en sus terminales. Según el espesor de las capas, resonará a una frecuencia u a otra. El quid de la cuestión es que, correctamente diseñado, a nuestra frecuencia de operación se comporta como un cortocircuito y en todas las demás como un circuito abierto. De esta manera, pase lo que pase, solo radiaremos a la frecuencia a la que el cristal de cuarzo se comporta como un cortocircuito.

Finalmente, para comprobar este comportamiento hemos ido al laboratorio y hemos añadido a nuestro circuito un cristal de cuarzo para ver como, efectivamente, nuestro circuito solo oscila a 27 MHz.

Nos vemos la semana que viene reinventando la radio.

Semana X - 21/11/2016

Empezamos esta nueva semana volviendo al laboratorio a configurar el circuito de la semana pasada. Una vez lo tenemos operativo, volvimos a clase para ver como analizar correctamente la salida del circuito.

Como vimos la semana pasada, el señal de salida no es perfectamente sinusoidal, sino que tiene una forma aproximadamente triangular. Para ver correctamente qué componentes frecuenciales y con que potencia están formando esa señal, es preciso utilizar el analizador de espectros.

En este caso, no usaremos el analizador de espectros visto en otras asignaturas, sino que usaremos un analizador capaz de interpretar la señal y que extrae una salida para ser entendida por el osciloscopio. Básicamente, este dispositivo consta de un teórico filtro sintonizable. Decimos teórico porque no es realmente así. Consta de un filtro paso banda a una frecuencia fija intermedia, y lo que variará es la frecuencia del señal de entrada. Este tipo de dispositivos se les conoce como receptores heterodinos. La salida del analizador de espectros irá directamente conectada a una de las entradas del osciloscopio en modo XY.

Volvemos al laboratorio a poner en práctica lo visto hasta ahora y vemos como efectivamente aparecen armónicos cada (2N+1) * 9 MHz. Recordemos además que esto lo estamos construyendo con un filtro pasa banda sintonizable mediante un condensador variable. Para automatizarlo, hemos sustituido ese circuito por un divisor de tensión con una resistencia variable y un diodo polarizado en inversa, que cambia su capacidad en función del valor de tensión de entrada. Con esto somos capaces de variar la frecuencia de resonancia mediante el resistor variable.

Nos vemos mañana intentando minimizar el efecto de los armónicos.

Semana IX - 15/11/2016

Continuamos la semana justo donde lo dejamos ayer. Vimos como construir un sistema oscilador bastante simple pero eficaz. El problema es que éste necesita ser alimentado por una sinusoide igual a la que queremos generar. Para arreglar esto, partiremos de la siguiente hipótesis: oscilar a partir del ruido.

El ruido blanco es, como dice su nombre, un señal muy débil, pero con componentes frecuenciales en todo el espectro. Esto quiere decir que podemos tomar como entrada una fuente de ruido (y eso lo será cualquiera de nuestros circuitos por el simple hecho de no encontrarse a 0ºK). Con esto, es evidente que dicha señal hay que amplificarla puesto que es excesivamente débil. Para acabar, realizaremos un filtro con frecuencia de resonancia a la deseada para seleccionar solo esa frecuencia.

La idea es que si conseguimos que el circuito tenga una ganancia superior a la unidad, ese señal se irá amplificando más y más hasta llegar a saturar el amplificador. Cosa que tampoco nos importa mucho, al contrario, nos permitirá tener una sinusoide de amplitud considerable. 

Una vez conocido el principio de funcionamiento de nuestro oscilador, nos dispusimos a ir al laboratorio a comprobar como efectivamente esto funcionaba y no era producto de la magia. Evidentemente, fuimos al laboratorio con el correspondiente esquema y una planificación de la distribución de los elementos en la placa protoboard. Sintonizando correctamente el osciloscopio vimos como efectivamente el resultado era una sinusoide. Pero ojo, en realidad no es una sinusoide como tal, sino que tiene una forma triangular. Esto quiere decir que nuestra señal no solamente tiene una única componente frecuencial a 27 MHz, sino que su espectro es más complejo que esto. Y esto es un problema. Para poder analizar bien el comportamiento del oscilador sería preciso utilizar el analizador de espectro para ver como efectivamente aparecen productos de intermodulación a frecuencias múltiplo de 27 MHz.

La semana que viene seguimos analizando el circuito diseñado y buscaremos posibles mejoras para generar una sinusoide correcta.