¿Es posible transmitir señales EM de ondas cuadradas a través del aire?

Una onda cuadrada se puede ver como una superposición de ondas sinusoidales (de frecuencias múltiples impares de la frecuencia más baja). Es decir. una onda cuadrada de 1MHz está compuesta de ondas sinusoidales de 1MHz, 3MHz, 5MHz, 7MHz, etc.

Entonces, mientras todo se comporte linealmente y no haya dispersión (es decir, no hay dependencia de frecuencia de \ $ n \ $; ambas condiciones se satisfacen en caso de vacío) teóricamente es posible.
Tenga en cuenta, sin embargo, que requiere un ancho de banda amplio (teóricamente inifinito).

Para enviar una señal a través del aire como una señal de RF, necesita modular el operador: -

Enelejemploanteriortenemoslamodulacióndeamplitud(AM)ylamodulacióndefrecuencia(FM).Comopuedeverenestesencilloejemplo,silaseñaldebandabase(ennegro)tieneunafrecuenciademasiadoaltaencomparaciónconlaportadora,tieneunproblemabásicoenquelaportadoranopuedecambiarsuamplitudlosuficientementerápido(osufrecuencia).losuficientementerápido)paraadaptarsealaseñaldebandabase.

Unaondacuadradaquesetransmiteatravésdelamodulacióndeberátenerunanchodebandalimitado.AquíhayunejemploquedemuestrahastaquépuntopuedetomarAMalimentadoconunaseñaldebandabasedeondacuadrada:-

Después de usar un detector de sobres, la onda cuadrada recuperada se verá bastante descuidada, como se muestra en la imagen de abajo. Básicamente, no hay necesidad de transmitir una onda cuadrada de ancho de banda completo porque muchos tipos de detectores no podrán recuperar la señal original correctamente.

Parece una pregunta simple pero realmente no lo es.

Primero ... no hay tal cosa como una onda cuadrada. Una onda cuadrada perfecta requiere un número infinito de armónicos y ancho de banda, por lo que incluso transmitir una onda cuadrada sin interrumpir un poco de cable es realmente imposible. Hacerlo en el dominio de RF requiere antenas de ancho de banda múltiples o muy altas y rápidamente se vuelve poco práctico.

Segundo, en realidad nunca enviamos una onda sinusoidal. Si todo lo que enviamos fue un operador puro ... no somos en realidad enviamos ninguna señal. Para agregar una señal a la portadora, la portadora necesita ser modulada. El acto de modulación significa que ya no es una onda sinusoidal pura.

En otras palabras, aparte de unas pocas radiobalizas simples, casi nunca transmitimos una onda sinusoidal pura. Lo que enviamos son ondas sinusoidales que se modulan un poco dentro de un rango razonable de la frecuencia de la portadora para que se transmitan y reciban de manera eficiente en el otro extremo.

Cualquier señal periódica de cualquier forma se puede considerar como la suma de un número infinito de ondas sinusoidales. Por ejemplo, una onda cuadrada perfecta se puede considerar como la suma de una onda sinusoidal de frecuencia 1 MHz, otra onda sinusoidal a 3 MHz con 1/3 de la amplitud de la primera onda, otra onda sinusoidal a 5 MHz con 1/5 la amplitud de la primera onda, otra onda sinusoidal a 7 MHz con 1/7 de la amplitud de la primera onda, y así hasta el infinito. (Todas estas ondas sinusoidales también deben estar en fase entre sí).

Sin embargo, una señal que deja la antena como una "onda cuadrada perfecta" generalmente no se recibirá como una "onda cuadrada perfecta". Esto se debe a que cada una de las ondas sinusoidales que forman su onda cuadrada se atenuará a medida que se desplaza, y (aquí está el bit importante) la cantidad de atenuación de cada onda sinusoidal depende de su frecuencia. En otras palabras, si su receptor está a una distancia de su transmisor de tal manera que la onda sinusoidal a 1 MHz se atenúe en un 25%, entonces el de 3 MHz se atenuará en un 28%, el de 5 MHz se atenuará en 29 %, Etcétera. (Los números aquí están compuestos; lo importante es que no serán todos iguales, ya que la atenuación varía con la frecuencia). Además, la velocidad de la propagación de una onda sinusoidal también depende ligeramente de su frecuencia; así que las ondas sinusoidales que eran agradables y amp; en fase cuando dejaron el transmisor ya no estarían en fase cuando llegaron.

Todos estos efectos tomados juntos significan que incluso si su antena pudiera emitir una onda cuadrada perfecta, la señal recibida no sería una onda cuadrada perfecta; las ondas sinusoidales constituyentes que lo componen se desfasarían durante su viaje y sus amplitudes estarían en las proporciones equivocadas. Efectivamente, la atmósfera actúa como un filtro de paso bajo (muy débil) en su señal durante su viaje. Una onda sinusoidal a una sola frecuencia evita este problema, ya que solo tiene una amplitud y una fase de las que hablar. Solo cuando se habla de múltiples ondas sinusoidales superpuestas cuyas amplitudes y fases relativas son importantes, la señal se distorsiona.

Para una onda cuadrada en las frecuencias de radio, las señales recibidas aún serían bastante cercanas a una onda cuadrada; los efectos que he mencionado anteriormente solo se vuelven significativos por encima de las frecuencias de 1 GHz. Las limitaciones de la electrónica receptora son probablemente más importantes que esto para cualquier configuración físicamente razonable. Pero mientras haya materia en el camino entre su transmisor y su receptor, es imposible obtener una fidelidad del 100%.

Bueno, un oscilador armónico simple (péndulo ideal, resonador Helmholtz, circuito LC, etc.) emite un continuo onda sinusoidal. Movimiento armónico simple es igual a curvas sinusoidales en el dominio del tiempo. Los osciladores del mundo real contendrán distorsión, ruido, recorte, lo que agrega un porcentaje de armónicos o ruido blanco de banda ancha. (Incluso encender el oscilador contribuirá con los armónicos de la función escalonada, mientras que un oscilador ideal de una sola frecuencia debe funcionar durante un tiempo infinito).

Al igual que con los inductores perfectos de cero ohmios y los aisladores de infinitos ohmios, el generador ideal de onda sinusoidal en realidad no existe.

Yendo más allá, la "onda sinusoidal perfecta" se asocia con una "frecuencia pura única" que se encuentra en los espectros mecánico, acústico o electromagnético. La onda sinusoidal ideal es un concepto de radio: un solo canal de CW infinitamente estrecho en su radio dial. O, con un espectrógrafo óptico, una única línea de emisión con un ancho de línea cero es lo mismo que una onda sinusoidal electromagnética.

No, los láseres no emiten ondas sinusoidales perfectas. Eso requeriría que el láser tenga una longitud de coherencia infinita (tiempo de coherencia).

Puedes enviar lo que quieras. El derivado matemático es lo que recibes. Entonces, en este caso, recibirás unos cuantos picos. ;)