Teoría — Ondas y modulación

Ya sabes qué es una onda y quién la genera. Esta sección responde a las dos preguntas que faltan para completar el viaje de la voz: cómo viaja la onda por el espacio vacío, y cómo se le sube una voz encima. La segunda pregunta —la modulación— es de las más preguntadas del examen y de las más rentables para tu vida de operador: cuando la domines, la cascada del SDR se te volverá un texto en claro, como le pasó a Marina.

La onda electromagnética: dos campos bailando agarrados

Cuando la corriente alterna de RF recorre una antena, alrededor del conductor nacen dos cosas que ya conoces por separado: un campo eléctrico (E, el de los condensadores) y un campo magnético (H, el de las bobinas), ambos oscilando al ritmo de la corriente. Maxwell demostró en 1865 la maravilla: un campo eléctrico variable genera un campo magnético, y un campo magnético variable genera un campo eléctrico. Cada uno crea al otro. A frecuencias suficientes, la pareja se emancipa del conductor y se va: una onda electromagnética, los dos campos regenerándose mutuamente mientras avanzan por el espacio —vacío incluido: no necesitan medio alguno— a la velocidad de la luz (c ≈ 300.000 km/s; la luz es una onda electromagnética de frecuencia altísima).

Datos con consecuencia práctica:

• Los campos E y H oscilan perpendiculares entre sí y perpendiculares a la dirección de avance (onda transversal).
• La polarización de la onda es la orientación de su campo eléctrico: una antena vertical emite polarización vertical; una horizontal, horizontal. Importa porque receptor y emisor con polarizaciones cruzadas pierden muchísima señal en comunicación directa (hasta 20 dB): por eso los walkies (antena vertical) se hablan bien entre sí, y las yagis de los concursos de VHF van todas horizontales, por convenio. (En HF a larga distancia la ionosfera revuelve la polarización y el asunto pierde dramatismo.)
• En el espacio libre, la señal se debilita con el cuadrado de la distancia (doble distancia = un cuarto de potencia = −6 dB): la energía se reparte sobre una esfera cada vez mayor. La onda no «se gasta»: se diluye.

Modular: subir la voz a la onda

Tu voz es una onda de entre 300 y 3.000 Hz aproximadamente (la banda vocal útil para comunicaciones). No puede radiarse directamente: a esas frecuencias las antenas eficaces medirían decenas de kilómetros (λ = 300/0,001 MHz = 300 km para 1 kHz...), y además todas las conversaciones del mundo se pisarían en las mismas frecuencias.

La solución universal: usar una onda de RF como vehículo. Esa onda se llama portadora (carrier): una senoide pura y estable, nacida de un oscilador, en la frecuencia que elijas del dial. Modular es alterar alguna propiedad de la portadora (su amplitud, su frecuencia o su fase) al ritmo de la información que quieres enviar. El receptor hace la operación inversa —demodular o detectar— y recupera la información.

Toda modulación paga un precio en espacio: la portadora pura ocupaba un punto del espectro; la portadora modulada ocupa una franja, el ancho de banda. La regla profunda (es Fourier otra vez): cuanta más información por segundo, más ancho de banda. No hay truco que lo esquive, solo maneras más o menos elegantes de gastar.

CW: la modulación mínima

El modo más antiguo y sencillo: encender y apagar la portadora siguiendo el código morse. Se llama CW (Continuous Wave, onda continua, nombre paradójico que heredó de la lucha contra las chispas: la portadora es continua mientras está encendida, a diferencia de los chispazos amortiguados).

• Ancho de banda: ~100-200 Hz. Un alfiler. Quince conversaciones de CW caben donde una de voz.
• Toda la potencia se concentra en ese alfiler: por eso el CW «llega» donde la voz muere. Con 5 W de CW se cruza el Atlántico un día normal.
• El receptor necesita un truco para oírlo: una portadora apagándose y encendiéndose no suena a nada (no hay audio que extraer). El receptor añade un oscilador propio (BFO, oscilador de frecuencia de batido) que se mezcla con la señal y genera un tono audible con la diferencia. De ahí el «piiii-pi-pi» musical: el tono lo pone tu receptor, no el transmisor.

AM: la portadora y sus dos copias

La modulación de amplitud (AM) hace variar la amplitud de la portadora al ritmo de la voz: la envolvente de la onda de RF dibuja la forma de la onda de audio. Es el modo de la radio de onda media de toda la vida y el de las primeras décadas de la radioafición.

Al modular en amplitud, el espectro resultante tiene exactamente la anatomía que Dani dibujó con tres jorobas:

• La portadora en el centro, intacta, cargando con la mayor parte de la potencia sin llevar información alguna.
• Dos bandas laterales (sidebands), una por encima y otra por debajo, cada una conteniendo una copia completa de la voz (una en espejo). Si tu voz llega hasta 3 kHz, cada banda lateral ocupa 3 kHz.

Ancho de banda AM = 2 × frecuencia máxima de la modulación. Voz de 3 kHz → 6 kHz de ancho. (Cae en el examen con estos números exactos.)

Balance energético desolador: con modulación al máximo, la portadora se lleva un 67 % de la potencia y cada banda lateral un 17 %. Más de dos tercios del vatio, en cargar; y de lo restante, la mitad duplicada. «Pagar tres billetes para viajar uno.»

Su virtud, que explica su supervivencia en radiodifusión y aviación: el receptor es trivial (un diodo detector basta: la radio de galena) y las estaciones se escuchan sin sintonía fina.

SSB: la sombra sin cuerpo

La banda lateral única (SSB, Single SideBand) es AM sometida a dieta radical: se suprime la portadora (no informa) y se suprime una de las dos bandas laterales (redundante). Al aire sale solo una banda lateral: la «sombra» de la voz.

• Ancho de banda: ~2,4-2,7 kHz. Menos de la mitad que AM.
• Toda la potencia del transmisor va a la información: combinando el ahorro de portadora y de banda duplicada, una SSB rinde como una AM de varias veces más potencia.
• El precio: el receptor debe reinsertar la portadora que falta, con un oscilador local, para reconstruir el audio. Si esa portadora reinsertada está desviada aunque sea 100 Hz, la voz se reconstruye desplazada en frecuencia: el pato de Marina. Sintonizar SSB es ajustar hasta que la voz «encaja». (Con la práctica, dos segundos.)

Convenio universal que debes memorizar (examen y práctica diaria): de las dos bandas laterales posibles, se usa la inferior (LSB) en las bandas por debajo de 10 MHz (160, 80 y 40 metros) y la superior (USB) en las bandas por encima (20, 17, 15, 12, 10 metros... y todo VHF/UHF). Es pura tradición estandarizada —herencia de cómo se generaba SSB en los años cincuenta—, pero es LA tradición: tu equipo la aplica solo, y saberla te dice qué botón tocar cuando no.

SSB es, desde los años sesenta, el modo de fonía estándar en HF. Cuando en la sección 11 hagas tu primer contacto de voz en onda corta, será en SSB.

FM: mover la frecuencia, no la amplitud

La modulación de frecuencia (FM) deja la amplitud constante y hace variar la frecuencia instantánea de la portadora al ritmo de la voz: la voz «empuja» la frecuencia arriba y abajo alrededor del valor central. Cuánto la empuja como máximo es la desviación (en radioafición, típicamente ±5 kHz en FM «estrecha»).

• Ancho de banda: ~10-16 kHz en la FM estrecha de radioaficionado (regla práctica de Carson: 2 × (desviación + frecuencia máxima de audio) = 2 × (5+3) = 16 kHz). Un derroche en HF; calderilla en VHF/UHF.
• Su superpoder: la inmunidad al ruido. Casi todo el ruido natural y doméstico (tormentas, motores, chisporroteos) perturba la amplitud de las señales. El receptor de FM ignora la amplitud por diseño (la recorta con un limitador antes de demodular): el ruido se queda fuera. Resultado: audio limpio y cómodo, calidad «de emisora comercial».
• Rasgo curioso con nombre propio: el efecto captura: si dos señales de FM coinciden en frecuencia, el receptor se queda solo con la más fuerte y la débil desaparece por completo (en AM/SSB se oirían ambas mezcladas). Bendición contra interferencias débiles; maldición si la débil eras tú.

FM es el modo de VHF/UHF local: walkies, equipos de coche, repetidores (sección 11). El primer equipo de casi todo radioaficionado nuevo —el tuyo, probablemente— será un portátil de FM.

Los modos digitales: cuando modula el ordenador

Un modo digital transmite datos (texto, telemetría, imágenes) modulando la portadora con las técnicas anteriores gestionadas por un ordenador o un chip. Los que conviene conocer:

• RTTY (radioteletipo, 1930s-hoy): el abuelo; dos tonos alternando (marca/espacio) a 45 baudios. Aún se usa en concursos.
• PSK31 (1998): modulación de fase, 31 Hz de ancho —más fino que el morse—, pensado para conversación tecleada en directo con potencias mínimas.
• FT8 (2017): el fenómeno. Mensajes estructurados de 77 bits en ráfagas de 15 segundos sincronizadas por reloj, 50 Hz de ancho, y decodificación por debajo del ruido audible (hasta unos −20 dB respecto al ruido: el ordenador saca señales que el oído humano jamás detectaría). Ha revolucionado el DX con antenas modestas —los 143 países de Dani desde un balcón— al precio que Vicente le reprocha: el intercambio es mínimo y automatizable (indicativos, localización, reporte), sin conversación humana. Técnicamente prodigioso, socialmente notarial: los dos tienen razón.
• Digitales de voz (DMR, D-STAR, C4FM): voz convertida en datos en VHF/UHF, con enlaces por Internet entre repetidores. Cada marca empujó el suyo; convivencia babélica pero funcional.
• Packet/APRS: datos por radio con historia gloriosa: posiciones GPS, telemetría de globos, mensajería. APRS sigue vivo dibujando mapas de estaciones en movimiento.

No hace falta dominarlos para el examen (les basta con «existen y usan poco ancho de banda o técnicas digitales»); sí conviene reconocer sus nombres, porque el dial está lleno de ellos.

Tabla resumen: los modos y su hábitat

Modo	Qué varía	Ancho típico	Hábitat natural	Fortaleza
CW (morse)	Portadora on/off	100-200 Hz	HF (y donde haga falta)	Eficacia extrema, sencillez
AM	Amplitud	6 kHz	Radiodifusión OM, aviación	Receptor trivial
SSB	Amplitud (sin portadora ni banda espejo)	2,4-2,7 kHz	Fonía en HF (LSB<10 MHz<USB)	Toda la potencia a la información
FM	Frecuencia	10-16 kHz	VHF/UHF local, repetidores	Inmunidad al ruido
FT8 y cía.	Según modo (gestión digital)	50 Hz-2 kHz	HF débil / según modo	Decodifica bajo el ruido

Para llevar

• La onda electromagnética son los campos E y H regenerándose mutuamente a la velocidad de la luz; la polarización es la orientación del campo E (= la de la antena) e importa mantenerla en comunicaciones directas.
• Modular = alterar amplitud, frecuencia o fase de una portadora al ritmo de la información. Más información/segundo = más ancho de banda, siempre.
• CW: portadora a golpes de morse, ~150 Hz, máxima concentración de energía; el tono lo pone el BFO del receptor.
• AM: portadora + dos bandas laterales; ancho = 2 × audio máximo; potencia malgastada en la portadora (~2/3).
• SSB: AM sin portadora y sin banda espejo; ~2,7 kHz; el estándar de fonía en HF; LSB por debajo de 10 MHz, USB por encima; mal sintonizada = pato.
• FM: amplitud constante, frecuencia bailando (desviación ±5 kHz); 10-16 kHz; inmune al ruido de amplitud; efecto captura; el modo de VHF/UHF local.
• Digitales: del RTTY al FT8 (50 Hz, decodifica bajo el ruido); el ordenador como modulador.

Para el examen

• Anatomía del AM (portadora + 2 bandas laterales) y su ancho de banda (2 × f máx de audio): pregunta muy frecuente, con números.
• Qué suprime la SSB (portadora y una banda lateral) y sus ventajas (ancho mitad, potencia íntegra a la información): clásico absoluto.
• Convenio LSB/USB según banda (el umbral de los 10 MHz).
• Anchos de banda relativos: CW < SSB < AM < FM (ordenar modos por ancho cae a menudo).
• FM: qué es la desviación y por qué es inmune al ruido (el ruido es de amplitud y la FM la ignora).
• Qué modo concentra su energía en menos espectro (CW) y para qué sirve el BFO.

Para profundizar

• websdr.org y las redes KiwiSDR: receptores reales controlables desde el navegador, gratis. Ejercicio concreto: en 40 metros, sintoniza una SSB a propósito «en pato» y encájala tú; luego mide a ojo en la cascada el ancho de una AM de radiodifusión frente a un hilo de CW. Media hora ahí vale por esta sección entera.
• Ética y procedimientos operativos para el radioaficionado (Devoldere & Demeuleneere, IARU, ed. española, libre distribución): su capítulo de modos y procedimientos te adelanta la sección 11 con los usos y costumbres de cada modo.
• Wikipedia (CC BY-SA): «Banda lateral única» y «Frecuencia modulada» desarrollan la matemática (índices de modulación, regla de Carson) que aquí queda esbozada; suficiente para el examen español lo que has leído.