Una onda electromagnética puede transmitir información de un punto a otro sin que entre el emisor y el receptor exista una unión física. La forma de imprimir la información en una onda es modulándola en amplitud, frecuencia o fase.

Antes de adentrarnos en el fastuoso mundo de las comunicaciones conviene hacer un pequeño inciso con el fin de poder comprender mejor la naturaleza de la emisión, propagación y recepción de las ondas. Como todos sabemos, los cuerpos están compuestos por átomos. Estos, a su vez, se componen, a grandes rasgos, de tres tipos de partículas: los electrones, los protones y los neutrones. Los electrones poseen carga negativa, al contrario que los protones cuya carga es positiva y, por último, están los neutrones cuya carga es nula, es decir, ni positiva ni negativa. Las cargas positivas atraen a las negativas, y viceversa. Este fenómeno se puede enfocar desde otro punto de vista. Tenemos una partícula cuya carga es, por ejemplo, positiva. Por el mero hecho de estar cargada crea a su alrededor una "especie" de campo donde cualquier otra partícula que esté presente va a sufrir las consecuencias de dicho campo. Estas consecuencias consisten en que será repelida o atraída, dependiendo de si la partícula presente en el campo es del mismo signo que la que lo crea o de signo contrario. El concepto de "campo" es fundamental para entender la naturaleza y propiedades no solo de las ondas sino de un gran número de fenómenos de la naturaleza. Este campo creado por una partícula con carga recibe el nombre de "campo eléctrico". Su principal característica para nuestros intereses, es que va desapareciendo o debilitándose según nos alejamos de la partícula que lo crea, hasta el punto de ser totalmente inapreciable a partir de una cierta distancia. Esta distancia dependerá evidentemente de la cantidad de carga que cree el campo. Un ejemplo para entender mejor los campos eléctricos es un fenómeno que nos ocurre a diario cuando nos peinamos con un peine de plástico. Al pasar el peine entre el pelo, por rozamiento entre las partículas que componen el peine y las de nuestro pelo, se produce un traspaso de electrones de un lado a otro, con lo que el peine y el cabello quedan cargados eléctricamente. Si a continuación alejamos el peine de nuestra cabeza y lo vamos acercando lentamente podemos observar cómo los cabellos son atraídos hacia el peine. Esta atracción es producida porque el cabello está cargado eléctricamente y está en presencia del campo que crea el peine y viceversa, es decir, el peine está cargado y está en presencia del campo eléctrico creado por el cabello. Otra característica que podemos observar es, como ya hemos mencionado, que a partir de cierta distancia los efectos mutuos entre el peine y el cabello desaparecen debido a lo débil que es el campo eléctrico a ciertas distancias.

Otro concepto fundamental en el cual están basados innumerables aparatos es el "campo magnético". Dicho concepto es similar al del campo eléctrico, excepto en las causas que lo producen. Un campo magnético es creado siempre que un cuerpo cargado eléctricamente esté en movimiento. En el ejemplo del peine y el cabello, cada vez que movemos el peine, estamos creando un campo magnético ya que se trata de un cuerpo con carga eléctrica y está en movimiento. La característica más importante del campo magnético para nuestros intereses coincide con la del campo eléctrico, y es que se va debilitando considerablemente según nos alejamos de la carga que lo produce. Podemos imaginarnos una partícula o cualquier objeto que esté cargado y además se encuentre en movimiento produciendo, por tanto, un campo eléctrico y otro magnético. En realidad, ambos campos están relacionados y, por lo general, la presencia de uno conlleva la presencia del otro, y se suele hablar de "campo electromagnético".

La señal de corriente alterna se puede utilizar para transportar información de un sitio a otro. Ya hemos visto diferentes tipos de circuitos que tratan las señales alternas, las amplifican y varían su forma y tamaño. A partir de ahora vamos a ver cómo podemos grabar información en las señales alternas para luego poder transportar dicha información a pequeñas y a grandes distancias.

Uno de los métodos más antiguos de transmitir señales es el telégrafo. Se basa en interrumpir un nivel de tensión de continua en espacios sucesivos de tiempo. Dependiendo del tiempo que se mantenga sin interrumpir la señal se producirá un "punto" o una "raya" pudiendo así transmitir, codificados según el código morse, todo tipo de mensajes. El principal problema de este sistema consistía en que necesitaba dos hilos para unir la estación de telégrafo que mandaba el mensaje con la que lo recibía.

Cuando Marconi inventó la radio se solucionó el problema de necesitar cables conectados entre el emisor y el receptor de los mensajes. La radio consistía en emitir una señal de corriente alterna al aire, lo que se conseguía haciendo circular por una antena una corriente alterna adecuada para generar una radiación de campos, uno eléctrico y otro electromagnético. Este es un método muy simple que actualmente no se usa. Hoy en día usamos la modulación para imprimir la información que deseemos a las señales alternas. La modulación puede ser de tres tipos: en amplitud (AM), en frecuencia (FM) y en fase (FaM).

La modulación es la modificación de una magnitud física a través de una información. La magnitud física que vamos a modificar es la señal de corriente alterna, que está representada por una onda que se denomina "portadora".

En el mundo de la electrónica, al hablar de una onda portadora, nos estamos refiriendo a cualquier señal de corriente, ya sea continua o alterna, que circula por un conductor y que une dos puntos, el emisor y el receptor que están unidos físicamente. Si esta unión física no existe debemos emplear ondas electromagnéticas para enviar la información, en cuyo caso la onda portadora es una señal de alta frecuencia.

La señal que vamos a mandar está formada por la suma de dos ondas. La primera de ellas es la onda portadora y la segunda la moduladora. La portadora es la señal eléctrica y la moduladora es la señal que va a variar su forma según la información que le vayamos a escribir.

En una señal eléctrica tenemos tres magnitudes características: la amplitud, la frecuencia y la fase. Según la magnitud que modulemos, vamos a tener uno de los tres tipos de modulación que hemos visto antes.

Al modular en amplitud estamos imprimiendo la información que deseamos que se transporte en la amplitud de la onda portadora. Según lo que variemos dicha amplitud vamos a mandar una información u otra.

La modulación en amplitud consiste exactamente en modular la amplitud de la onda portadora con la amplitud de la onda moduladora. La señal que obtenemos después de una modulación en amplitud recibe el nombre de señal modulada. La frecuencia de las oscilaciones de la onda portadora debe ser más elevada que la frecuencia de las oscilaciones de la moduladora. Para obtener una señal modulada con lo visto hasta ahora necesitamos dos circuitos oscilantes: uno de baja frecuencia, que nos va a proporcionar la onda moduladora, otro de alta frecuencia para producir la portadora y, además, un tercero denominado modulador que va a realizar la modulación de la onda portadora de acuerdo con la señal moduladora.

A la tensión que tiene la onda portadora, onda de alta frecuencia, la vamos a denominar Vaf, y a la tensión de la moduladora, onda de baja frecuencia, la llamaremos Vbf. Denominaremos grado de modulación al cociente entre la tensión de la onda moduladora, Vbf, y la tensión de la onda portadora Vaf; si a este cociente lo multiplicamos por 100 obtenemos el grado de modulación en tanto por ciento. Cuando el grado de modulación se hace superior al 100% es porque la tensión de baja frecuencia es superior a la de alta frecuencia. Si se da este caso, la onda portadora va a desaparecer y, mientras no varíen las tensiones, no va a poder llevar ninguna modulación.

La onda moduladora está formada por la mezcla de tres oscilaciones de distinta frecuencia y amplitud constante. La primera de ellas es la portadora, fp, la segunda es la "suma" de la portadora y la modulación, fp+fm, y la tercera la "diferencia" entre la portadora y la modulación, fp-fm. El espectro de una oscilación modulada en amplitud, AM, consta de la oscilación portadora, fp, cuya tensión máxima será Vp, de las dos frecuencias laterales, fp-fm y fp+fm, de tensiones V1=V2= 0,5 Vm. La oscilación portadora fm cuya tensión es Vm no pertenece al espectro de la oscilación modulada.

Normalmente, la modulación consta de una mezcla de frecuencias y no de una sola frecuencia, ya que la música y la voz humana, que son las señales que más se suelen transmitir a través de una portadora, constan de una gama de frecuencias muy amplias. En el caso de la música la gama de frecuencias oscila desde los 16 a los 16.000Hz y, en el caso de la voz humana, la banda está situada entre los 300 y los 3.500Hz. Por esta razón en el espectro de frecuencias aparecen dos bandas laterales, en lugar de dos oscilaciones laterales. El espectro de una señal de baja frecuencia viene dado por dos mitades situadas simétricamente a cada uno de los lados de una onda portadora. Como tenemos dos bandas laterales simétricas la información se va a transmitir dos veces, ya que la portadora no lleva ninguna información. Por lo tanto, podíamos transmitir sólo una de las bandas y conseguiríamos el mismo resultado, para hacer esto previamente tendríamos que filtrar la otra banda y la onda portadora.

Este proceso no siempre se realiza, sólo se hace en algunas emisoras con la llamada modulación a una sola banda lateral o a banda lateral única (BLU). La gran ventaja de este sistema es el gran ahorro de energía que se produce. Otra de las ventajas es que podemos ampliar el número de canales de información ya que con la banda lateral única ocupamos menos de la mitad del espacio, así que el número de emisoras puede duplicarse siempre que las frecuencias no se interfieran unas con otras.

Existen diferentes tipos de modulación en amplitud. El primero que vamos a tratar es la modulación en amplitud en doble banda lateral (MA-DBL). Este tipo de modulación es el que hemos estado viendo hasta ahora, la amplitud de la portadora va a variar al ser modulada por una onda que lleva la información que queremos transmitir. Como ya hemos visto el espectro de amplitudes de la señal modulada consta de tres componentes fp, fp-fm y fp+fm. El espectro de amplitudes va a contener normalmente dos bandas de frecuencias que se denominarán bandas laterales, y se encuentran por encima y por debajo de la portadora.

Otro tipo es la modulación en doble banda lateral con portadora suprimida. (MA-DBL-PS). La potencia transmitida en este tipo de modulación es la suma de la potencia de la señal portadora y de las bandas laterales. Si elimináramos a la señal portadora, toda la señal transmitida sería útil, ya que la portadora no contiene información. Pero habría muchos inconvenientes ya que al eliminar la portadora aumentaría mucho la complejidad del detector. El espectro de amplitudes de este tipo de modulación se deduce al saber que la onda modulada va a ser el producto de la señal portadora y la señal moduladora. De ahí que en vez de tener dos bandas laterales podamos quedarnos solo con una. Este tipo de modulación se denomina modulación de amplitud en banda lateral única (MA-BLU). La banda lateral inferior transmite la misma información que la superior por lo que podemos suprimir una de las bandas sin que se pierda nada de información y reduciendo el ancho de banda a la mitad, pudiéndose así transmitir el doble de señales independientes por un canal de ancho de banda fijo. Como ya vimos, al reducir el ancho de banda aumenta la complejidad del demodulador. El último tipo de modulación en amplitud que vamos a ver se denomina modulación de amplitud en banda lateral residual (MA-BLR). Este tipo de modulación se emplea para señales moduladas de banda ancha, como las de la televisión, en las que el ancho de banda puede ser superior a los 5,5 MHz. Si usáramos una modulación MA-DBL, el ancho de banda requerido sería 11MHz ya que al tener dos bandas iguales se tiene que multiplicar por dos. Esto sería muy caro puesto que cuanto mayor sea el ancho de banda mayor es el coste. Por otro lado, si usáramos una modulación MA-BLU, con una única banda, sería muy difícil reproducir una señal de televisión ya que el espectro de amplitudes de una señal de vídeo tiene un componente de continua. La solución a este problema consiste en transmitir parte de una de las bandas laterales, es decir, sólo lo que se considera parte residual, y transmitir la otra banda lateral completa.

El proceso de demodular consiste en recuperar la onda moduladora (que es la que tiene baja frecuencia) y separar la de portadora (que es la que tiene alta frecuencia). Podemos demodular la señal modulada en amplitud o en frecuencia. Nos vamos a centrar sólo en la señal modulada en amplitud y ya veremos después cómo funcionan los demoduladores de FM. Un demodulador de AM sencillo puede ser el formado por un diodo, un condensador y una resistencia. El proceso de demodulación consiste en un proceso de rectificación de la señal.

Para que este circuito funcione aplicamos la tensión de la señal de alta frecuencia en los bornes de entrada. La tensión de salida va a depender del nivel de la tensión de entrada. Al llegar la señal al circuito y pasar por el diodo queda reducida solo a la parte positiva, ya que el diodo no deja pasar a la parte negativa de la señal. El circuito también tiene un condensador amortiguador. Con cada semionda positiva el condensador se va a cargar y con las semiondas negativas se descarga a través de la resistencia R. El condensador no puede descargarse a través del diodo ya que éste se encuentra en estado de bloqueo. La capacidad del condensador no debe ser muy grande pues, de lo contrario, el tiempo de descarga sería superior a la duración de una oscilación de baja frecuencia y obtendríamos a la salida una corriente continua. También podemos utilizar como demodulador de AM un circuito rectificador de onda completa, constituido por dos diodos y por un transformador con toma central. Cada uno de los diodos va a permitir el paso de la corriente en un sentido.

Hemos visto como demodular una señal modulada en amplitud en doble banda lateral (MA-DBL). Para demodular una señal modulada en MA-DBL-PS, es decir, como la anterior pero con la portadora suprimida, necesitamos un oscilador local para que genere el componente de corriente requerida.

Si el oscilador local tiene la misma fase que la portadora suprimida, el canal va a tener la salida correcta, si no coinciden ambas fases la salida del canal va a disminuir. El circuito que demodula este tipo de señales recibe el nombre de "circuito o bucle de Costas".

Para las señales de banda lateral única también es necesario un oscilador local en el demodulador al no transmitirse señal portadora. En este tipo de circuitos, además de estar en fase, la señal producida por el oscilador y la portadora, aunque en algunos casos se puede eliminar este requisito, también deben tener coherencia en frecuencia. Se suelen usar osciladores controlados por cristal y sintetizadores de frecuencia para conseguir la estabilidad necesaria de la frecuencia. Como vemos, estos circuitos son mucho más complejos que los simples rectificadores de media onda que se pueden usar para demodular señales de doble banda.