AYUDA AL PRINCIPIANTE - LA INVENCION DEL SUPERHETERODINO
   
  Hoy escuchamos radio y no nos percatamos de "las dificultades" que presentaban las transmisiones de señal en sus comienzos, hasta la aparición del superheterodino que permitió recepcionar varias señales de distintas frecuencias con un sólo aparato. En esta nota rendimos "trubuto" a tamaña maravilla explicando cómo se llegó a esa disposición.
   
  Desde los primeros días de la radio, los aspectos principales "sensibilidad y selectividad" han sido de primordial importancia. Al principio del siglo 20 cuando los cohesores y los transmisores a chispa estaban en uso, la falta de sensibilidad de los receptores, limitó el rango en que las transmisiones podían ser detectadas.
   
  La selectividad reducida también obstaculizó el buen desempeño. Después del hundimiento del Titanic, la cantidad de estaciones que transmitían y trataban de ayudar causó congestión en el espectro yrealmente dificultaron el recate.
   
  Para eliminar o disminuir estos problemas, el rendimiento del receptor debía incrementarse en forma importante. Esto resultó en la invención del superheterodino. El nombre se deriva de las palabras superónicas (más allá del rango audible), y heterodino por el hecho que dos señales son mezcladas simultáneamente.
   
  El concepto básico fue inventado durante la Primera Guerra Mundial, y si bien básicamente siguen los mismos lineamientos que entonces, los receptores actuales tienen un rendimiento mucho mayor.
   
  - PRINCIPIO DEL SUPER
  El principio del superheterodino involucra el uso de un oscilador local para convertir a la señal que está siendo recibida en una frecuencia fija más baja, un amplificador de frecuencia intermedia y un filtro. La sintonía se efectúa mediante el cambio de la frecuencia del oscilador local de modo que señales que se encuentren a diferentes frecuencias sean capaces de pasar por el filtro (figura 1).
   
 
   
  La ventaja de esta técnica es que un filtro de buen rendimiento se puede diseñar para una frecuencia fija. El diseño de un filtro de frecuencia variable es mucho más difícil y de rendimiento menor.
   
  - PRIMERAS IDEAS
  La historia del súper comienza con algunos primeros experimentos realizados por un Ingeniero Americano llamado R.A. Fessenden. Él pensó que la sensibilidad de los receptores podría incrementarse si el transmisor estuviera diseñado para enviar una señal que produjera la señal deseada en el receptor.
   
  Fessenden propuso que una manera de lograr dicho objetivo sería la de transmitir dos señales de frecuencias cercanas. Una vez recibidas y detectadas en el receptor, se podría escuchar un batido audible. Esta idea fue patentada por Fessenden el 28 de Setiembre de 1901. Esta fecha es particularmente importante poque fue la primera vez que se documentó el uso del fenómeno del batido de dos frecuencias para la comunicación inalámbrica (figura 2).
   
 
   
  Habiendo formulado ésta su primer idea, Fessenden comenzó a refinarla. La transmisión de dos señales de alta potencia para que batieran una con la otra en el receptor desperdiciaba potencia y necesitaba dos transmisores. Su siguiente idea fue la de usar una señal generada localmente, próxima al receptor de manera que interactuara con la señal recibida para formar la nota de batido audible (figura 3).
   
 
   
  Aparte de ser considerablemente más eficiente este segundo método tenía la ventaja adicional de que permitía al operador del receptor variar la frecuencia de la nota de batido en el receptor mediante el simple cambio de la frecuencia generada localmente.
   
  Esta idea se experimentó sobre una distancia de más de 5500 Km, no obtante su eficiencia era muy baja como resultado de la muy baja sensibilidad de los auriculares no-polarizados que se usaban en esa época. Como resultado la idea quedó dormida por varios años.
   
  - UN INTERES RENOVADO
  La vez siguiente que la idea del batido salió a la luz fue en 1910 después de algunas pruebas entre dos cruceros norteamericanos. Durante el curso de estos experimentos, uno de los operadores de radio notó varios efectos poco comunes en su receptor cuando se ponía en marcha el transmisor de su propio barco. La nota de batido debería haber estado alrededor de los 20kHz, bien arriba de la respuesta de frecuencia de cualquier transconductor y por lo tanto difícil de detectar. Sin embargo, las observaciones resultantes llevaron a una investigación más detallada de los osciladores locales y de las señales que batía una con la otra.
   
 
   
  El resultado de esta investigación fue un receptor mucho más sensible. Un rectificador y un aricular a bobina móvil como los de los teléfonos reemplazaron a los auriculares originales y se optimizó el diseño del circuito. La sintonía se consignó mediante la variación de la frecuencia del oscilador local, que en estos receptores primitivos era un alternador de alta frecuencia (figura 4).
   
  El 1913, el receptor heterodino se empleó en algunas pruebas navales adicionales, pero esta vez entre Arlington y el navío de guerra Salem. En estas pruebas el nuevo receptor se comportó en forma estupenda ya que permitió comunicaciones sobre distancias superiores a los 10.000 Km.
   
  No sólo fue más sensible, sino que su performance fue superior a la de los otros tipos de receptores en uso en la época, aún en condiciones de interferencia.
   
  - VALVULAS
  Uno de los factores principales en el desarrollo del superheterodino fue la invención y el desarrollo de la válvua o tubo o también lámpara.
   
  Inicialmente la invención de un diodo detector fue hecha por Ambrose Fleming, profesor de ingeniería eléctrica en el University College de Londres en 1904. Esta fue el fundamento para que De Forest desarrollara la válvula triodo en los EE.UU. dos años más tarde. Al principio se usó solamente como detector, pero luego se descubrió que este dispositivo podía amplificar señales.
   
  Naturalmente la performance de estas primeras válvulas era muy pobre. La ganancia era limitada y la respuesta de frecuencia restringía su uso a unos pocos centenares de kHz.
   
  Las válvulas se emplearon en muchos tipos de receptores, incluyendo aquellos de conversión directa. En estos casos las válvulas hicieron que la generación de la señal de oscilador local fuera mucho más fácil. La primera noticia que se tiene de una válvula como osciladora local fue hecha por Arco y Meissner de la compañía Telefunken en 1913.
   
  Aunque las lámparas eran muy caras en esta época eran más baratas que un alternador de alta frecuencia y además mucho más chicas. Como resultado fueron muchos los investigadores que trataron de mejorar el funcionamiento de las válvulas, con éxitos varios. Una cantidad de técnicos, incluyendo a H. J. Round, un empleado de la Compañía Marconi, experimentó en su empleo como fuente de la señal heterodina para su uso en receptores.
   
  - EL ESTIMULO DE LA GUERRA
  El impulso siguiente para el desarrollo de la tecnología de la radio, provino de las hostilidades de la Primera Guerra Mundial (1914-1918) en Europa.
   
  Las ventajas de las comunicaciones inalámbricas habían sido reconocidas antes de las hostilidades por las fuerzas de ambos bandos, por lo que al inicio de éstas los científicos más destacados iniciaron investigaciones con el propósito de mejorar la tecnología existente. Del lado de los aliados, H. J. Round, M. Latour y más tarde E. H. Armstrong estuvieron entre los que más avances hicieron y del lado alemán estaba W. Schottky.
   
  Todos estos científicos tenían un objetivo común: el de conseguir mayor amplificación y mejor selectividad. Esto resultó ser muy difícil entre las frecuencias de 500kHz y 3000kHz. Se las consideraba entonces muy altas frecuencias.
   
  Muchos de los problemas provenían de las limitaciones de las válvulas de la época. La capacidad interelectródica significaba que el uso de las frecuencias por arriba de los 500kHz, presentasen dificultades muy importantes cuando se empleaban válvulas. Casi no tenían ganancia y se hacían muy inestables. Esto puso a mucha gente a pensar en cómo solucionar dichos problemas.
   
  Un método era examinar la causa del mal e investigar en cómo se podría incrementar su performance.. H. J. Round hizo un trabajo muy valioso en esta área. Desarrolló un tipo nuevo de válvula conocido como V24 que tenía una capacidad interelectródica de bajo nivel. También tomó medidas para aumentar el rendimiento de los receptores e hizo algunos avances significativos en el diseño de los mismos, pero no era la solución a todos los problemas.
   
  - LUCIEN LEVY
  El siguiente paso importante fue hecho por un ingeniero francés llamado Lucien Levy. Él estaba principalmente interesado en reducir los efectos de la interferencia y desarrolló una idea, sostenía que con ella eliminaría los efectos de los parásitos y de la interferencia ordinaria. Su método de recepción usaba el principio superheterodino y la patente que cubría dicho principio es del 4 de Agosto de 1917.
   
  El receptor de Levy tenía un primer mezclador en donde las señales se conertían a una frecuencia más baja. Se decía que la salida, o batido, era ultra acústica, pero lo suficientemente baja en frecuencia como para ser sintonizada con facilidad.
   
 
   
  Un segundo mezclador convertía la portadora modulada en telegrafía que se deseaba recibir en notas de batido audibles. Mediante el empleo de este principio Levy creía que los batidos ultra acústicos estarían tan separados en frecuencia de los distrubios atmosféricos y de las estaciones interferentes que la señal deseada podría ser separada con facilidad y la interferencia completamente eliminada (figura 5).
   
  Aunque el receptor mostrado solamente tiene dos válvulas en el paso de la señal, Levy consideraba que se podían agregar etapas de frecuencia intermedia para aumentar el nivel de la señal. Esta podía estar sintonizada si era necesario. La diferencia principal entre el super de Levy y el principio usado hoy es que las etapas de frecuencia intermedia eran variables en frecuencia.
   
  - LA IDEA DE ARMSTRONG
  Cuando las fuerzas americanas llegaron a Europa para unirse a las otras tropas en la guerra contra Alemania, se encontraron que los receptores que tenían no eran aptos para el trabajo en alta frecuencia que se requería.
   
  Edwin Armostrong pasó algún tiempo investigando el problema y arribó a una solución similar a la propuesta por Levy. Sin embargo, él propuso que el receptor debería tener una frecuencia intermedia de frecuencia fija en lugar de una con frecuencia variable. Una de las principales ventajas de este criterio, en esa época, era que superaba la pobre performance de las válvulas en las frecuencias altas. Mediante el empleo de una FI de baja frecuencia, el nivel requerido de ganancia podía ser conseguido sin los problemas de inestabilidad que se presentaban en las frecuencias más altas. Armstrong estableció que las señales recibidas junto con su modulación podían ser convertidas a una frecuencia más baja en donde podían ser amplificadas y luego rectificadas de la manera normal (figura 6).
   
 
   
  Armstrong patentó su idea el 30 de Diciembre de 1918 e incluyó en ellas la posibilidad de varias conversiones. Fue patentada seis meses después que lo hiciera Schottky en Alemania. Sin embargo, Armstrong había construído y probado un superheterodino de ocho válvulas. Sus funciones eran: un primer detector o mezclador, un oscilador heterodino, tres etapa de amplificación en FI, un segundo detectos y dos etapas de amplificación de baja frecuencia. Schottky no había ni construído ni probado su idea de modo que generalmente de le acredita a Armstrong la invención del superheterodino.
   
  - EN SUSPENSO
  Con el cese de las hostilidades disminuyó la necesidad de los receptores súper y de los receptores en general. Las válvulas eran muy caras y había pocas estaciones activas. Por consiguiente muy poco se escuchó de la idea durante un número de años.
   
  De pronto, se hicieron muchos desarrollos. Las válvulas o bulbos de vacío se hicieron más baratas. Surgieron las válvulas de calentamiento indirecto de modo que una fuente común para el calentamiento se pudo usar y las baterías para la polarización individual ya no fueron requeridas, haciendo que las válvulas fueran mucho más baratas y fácil de usar.
   
  Se desarrollaron mucho otros componentes tales como los capacitores variables dobles y triples. Todo esto combinando con un número de estaciones de bradcasting significó que se necesitaran altos niveles de performance. Como resultado el circuito superheterodino se hizo cada vez más popular en los receptores. Esto ocurrió en la última parte de la década del 20 en los EE.UU. y al principio de la del 30 en Europa en donde el crecimiento del número de emisoras fue más lento.
   
  En la actualidad el radio superheterodino se emplea casi universalmente y al parecer continuará en esta posición dominante por muchos años.
   
 
Bibliografía: Electronics World. March 2002