Tècniques de Recepció en Ràdio: Superheterodí i Antenes

La tècnica de recepció del receptor superheterodí es fa servir per evitar haver de posar un amplificador d’RF per a cada emissora. Els receptors de ràdio que fan servir el principi de la recepció superheterodí aconsegueixen millorar la seva sensibilitat i fan molt més fàcil el procés de sintonització de les diferents emissores. Si no el tenim, necessitem un amplificador d'RF per a cada emissora, cosa que no és operativa. El mètode superheterodí és una tècnica basada en el circuit electrònic barrejador. El barrejador sempre genera la freqüència suma i la diferència, i l’amplificador només es queda amb la freqüència diferència. Així traslladem el problema de la selectivitat a una freqüència baixa i fixa. La tècnica de recepció superheterodina s’aplica per baixar la freqüència de la portadora d’un senyal; per tant, el tipus de modulació amb què, inicialment, és modulat un missatge no té importància.

El barrejador o mixer és un dels circuits més importants en el món de la ràdio. La seva funció és agafar la informació que volem transmetre i generar un senyal de diferent freqüència que porta la mateixa informació. Aquesta propietat es coneix com a heterodinatge. Hi ha dues condicions que s’han de complir perquè es produeixi aquesta freqüència molt més alta que du la mateixa informació. La primera diu que almenys s’han d’aplicar dues freqüències diferents en sèrie al circuit: la moduladora que porta la informació i la portadora que transporta l’energia necessària per a la propagació. La segona és que aquests senyals alimenten una impedància no lineal. La no linealitat la subministra el díode de base a emissor d’un transistor bipolar (és exponencial). A més a més, s’aprofita la característica amplificadora del transistor. Com que la unió d’emissor-base no és lineal amb la tensió aplicada en els seus terminals, el seu corrent es pot posar en sèrie de potències de la tensió.

El CAG és un tipus de realimentació negativa que s’aplica a aparells de radiofreqüència per mantenir constant el nivell de senyal que rep un receptor de ràdio. Així, si el senyal rebut està molt atenuat, per exemple, per un obstacle, el sistema reacciona augmentant el guany aplicat al senyal de manera que el senyal rebut tendeix a mantenir-se constant. Un cop tenim el senyal d’una emissora sintonitzat, el senyal és amplificat i finalment filtrat amb un circuit RC, i s’obté un nivell de continu. El senyal final filtrat és el senyal desmodulat que s’aplica a l’etapa final d’àudio. El nivell de continu final varia segons el nivell del senyal que rebem. Aquest nivell fa actuar sobre el guany dels amplificadors que hi ha a les etapes inicials del receptor de manera que aquest guany augmenti o disminueixi segons ens interessi, perquè la tensió de sortida sigui constant.

En un receptor d’una emissora, quan no rebem senyal, s’amplifica el senyal de soroll de fons, que és molt molest. Totes les emissores disposen d’un circuit anomenat Squelch que ens elimina aquest soroll.

Com que les bateries emmagatzemen energia elèctrica per mitjà d’uns elèctrodes i un electròlit, tenim les bateries de: Pb àcid, ió-Li, Ni-Cd, NiHM, NiZn. Cada bateria té una unitat bàsica que s’anomena cel·la; normalment, la tensió que pot subministrar una cel·la està entre 1 i 2 V per cel·la. Com que necessitem tensions de 12 o 24 volts, haurem d’ajuntar sis o dotze cel·les en sèrie per obtenir aquestes tensions. Les bateries que es fan servir a la marina són del tipus plom àcid. Variant la forma dels elèctrodes i la textura de l’electròlit, podem aconseguir bateries que poden subministrar molt corrent en poc temps o un corrent més petit en molt de temps. Molt altes en segons, tenim les que es fan servir per engegar motors d’explosió. Corrent més baix però durant més temps, tenim les bateries de servei de vaixells. Uns dels paràmetres més importants en una bateria és la càrrega que emmagatzema. Aquesta capacitat d’emmagatzemar càrrega elèctrica és molt variable. Aquests factors van des de la tecnologia de fabricació i fabricant, nombre de descàrregues/càrregues o el règim descàrrega/càrrega, passant per la dependència de la tensió amb la temperatura de funcionament. Peukert va proposar un model de la descàrrega de la bateria que ens diu que en una descàrrega d’una bateria, la capacitat C de la bateria, la intensitat de descàrrega I i el temps de descàrrega T estan relacionades per: C=Iⁿ x T

Lògicament, com que ens volem comunicar, hi haurà antenes emissores i antenes receptores. En el nostre estudi de les antenes d’aplicació a la marina, no fem distinció entre antenes emissores i antenes receptores, doncs segons el teorema de la reciprocitat, les característiques d’una antena emissora són les mateixes que les d’una antena receptora. En temps passats, per transmetre senyals de socors, es feien servir baixes freqüències de centenars de kHz (MF) amb antenes monopolo en “T” o “L” invertida. Encara que actualment la banda MF només es fa servir per rebre algun servei, com per exemple, el de Navtex que treballa a 518 kHz. El receptor Navtex acostuma a portar una antena de fuet petita (˜ 1m d’allargada) que envia el senyal captat per l’antena a un amplificador de banda estreta. En aplicacions navals, es fan servir antenes de cable rígid amb una certa secció o whiplash, que són unes antenes formades per uns cables verticals molt flexibles. Aquestes antenes permeten establir comunicacions a diferents freqüències, per exemple, de 1,6-30 MHz (HF) o de 156-163 MHz (VHF). Aquestes antenes, si les fem servir per transmetre a la banda d’HF, tenen una allargada d’uns 10 metres, mentre que per recepció tenen uns 5 metres. Si treballem a la banda de VHF, les antenes tenen una allargada al voltant del metre. Les comunicacions via satèl·lit fan servir la banda d’UHF, com l’IMMARSAT que treballa a una freqüència d’1,6 GHz i utilitzant antenes parabòliques i antenes en hèlix (IMMARSAT C). Els serveis de radar, bàsicament, són parabòliques i molt directives, oferint servei des d’1 GHz fins a uns 10 GHz, bandes L fins a la X. Un altre servei de localització, el servei AIS, treballa amb antenes omnidireccionals a freqüències entre 161-162 MHz. En aquest tema estudiarem amb una certa profunditat les principals antenes que podeu trobar en un vaixell. Aquestes bàsicament són les antenes dipol, les antenes parabòliques, les antenes impreses i les antenes d’hèlix.

Les antenes dipol estan formades per dos cables metàl·lics llargs i rígids. Encara que els dipols s’acostumen a formar amb només una barra metàl·lica perquè l’altra surt de la seva imatge respecte al mar. Són antenes que es fan servir pels pescadors a 27 MHz i en general a freqüències entre 2 MHz i 30 MHz (bandes HF-MF) en comunicacions per a veu. El dipol es crea, com veurem més endavant, amb un fil metàl·lic rígid i la seva imatge en el mar. Les antenes dipol són recomanades per a aplicacions de recepció en emissores de ràdio, doncs tenen un diagrama de radiació omnidireccional.

A mesura que augmentem la freqüència, és possible tenir antenes amb més àrea efectiva i, per tant, molt directives. Això s’aconsegueix amb geometries que concentren l’energia mitjançant l’ús de reflectors. Els reflectors són unes parets parabòliques que es posen al davant d’un radiador primari (dipol, botzina, etc.) i que converteixen les ones esfèriques en ones planes. El radiador primari també rep els noms d’alimentador o “carxofa”. El seu camp d’aplicació a la marina el trobem a les antenes parabòliques per a la comunicació amb satèl·lits i a les antenes de radar. Els reflectors concentren la radiació en una direcció de l’espai. Com que el reflector de les antenes parabòliques té forma de paràbola, estudiarem les propietats matemàtiques d’aquest tipus de corba. La paràbola és una funció matemàtica a la qual tots els seus punts estan a una mateixa distància del focus i d’una recta anomenada directriu situada a una distància 2f del focus. En una antena parabòlica, qualsevol feix d’ones té la propietat que la distància recorreguda pel feix des del focus F fins que surt per l’obertura de la paràbola és constant.