II Unidad Diagramas en bloque de transmisores /receptores

Transcripción

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2 Diagramas en bloque de transmisores /receptores Amplitud modulada AM Frecuencia modulada FM

3 Diagramas en bloque de transmisores /receptores Amplitud modulada AM En la modulación de amplitud (AM) la característica sometida a variación es la amplitud de la onda. Por tanto esta se define como el proceso mediante el cual se varía la amplitud de la onda portadora de radiofrecuencia (RF) en función de la variación de la amplitud de la señal de audiofrecuencia (AF)

4 Diagramas en bloque de transmisores /receptores Amplitud modulada AM Portadora de radiofrecuencia y señal de audiofrecuencia El proceso de modulación ocurre en un circuito del transmisor llamado modulador. La señal de RF tiene una amplitud constante y alta frecuencia, mientras que la señal de AF tiene una frecuencia baja y no es una señal constante. La unión de estas dos señales en el modulador de amplitud origina la señal modulada de AM en la cual se puede observar como la amplitud varía en función de la señal de audio

5 Diagramas en bloque de transmisores /receptores Amplitud modulada AM La modulación de amplitud es una forma de modulación relativamente barata y de baja calidad de modulación que se utiliza en la radiodifusión de señales de audio y vídeo. La banda de radiodifusión comercial AM abarca desde 535 a 1605 khz. La radiodifusión comercial de tv se divide en tres bandas (dos de VHF y una de UHF)

6 Diagramas en bloque de transmisores /receptores Amplitud modulada AM Un modulador AM es un aparato no lineal con dos señales de entrada de información: una señal portadora de amplitud constante y de frecuencia sencilla, y la señal de información. La información actúa sobre o modula la portadora y puede ser una forma de onda de frecuencia simple o compleja compuesta de muchas frecuencias que fueron originadas de una o más fuentes. Debido a que la información actúa sobre la portadora, se le llama señal modulante. La resultante se llama onda modulada o señal modulada

7 AM DSBFC se le llama algunas veces como AM convencional. La onda modulada de salida contiene todas las frecuencias que componen la señal AM y se utilizan para llevar la información a través del sistema. Por lo tanto, a la forma de la onda modulada se le llama la envolvente. Sin señal modulante, la onda de salida simplemente es la señal portadora amplificada. Cuando se aplica una señal modulante, la amplitud de la onda de salida varía de acuerdo a la señal modulante. INSTALACIÓN Y OPERACIÓN DE Diagramas en bloque de transmisores /receptores Amplitud modulada AM La envolvente de AM Varias formas o variaciones de modulación de amplitud son posibles de generar. Aunque matemáticamente no es la forma más sencilla, la portadora de AM de doble banda lateral (AM DSBFC) se discutirá primero, puesto que probablemente sea la forma más utilizada de la modulación de amplitud. AM DSBFC (Double Side Band Full Carrier)

8 Diagramas en bloque de transmisores /receptores Amplitud modulada AM La envolvente de AM La envolvente de la onda modulada es exactamente igual a la señal moduladora. La siguiente figura muestra la modulación en AM. La señal portadora Vc y la señal moduladora Vm se representan mediante las siguientes ecuaciones:

9 Espectro de Frecuencia de AM Diagramas en bloque de transmisores /receptores La frecuencia de la señal modulada corresponde a la suma y diferencia entre la frecuencia de la señal portadora y la frecuencia de la señal moduladora, es decir, el resultado de (fc + fm) y (fc - fm). La suma y diferencia de frecuencias son desplazadas de la frecuencia portadora por una cantidad igual a la frecuencia de la señal moduladora. La siguiente figura muestra el espectro de frecuencia para una onda de AM

10 Diagramas en bloque de transmisores /receptores Espectro de Frecuencia de AM El espectro de AM abarca desde f c - f m(max) a f c + f m(max), en donde f c es la frecuencia de la portadora y f m(max) es la frecuencia mas alta de la señal moduladora. La banda de frecuencias entre f c - f m(max) y f c se denomina banda lateral inferior (BLI) y cualquier frecuencia en esta banda se denomina frecuencia lateral inferior (FLI). La banda de frecuencias entre f c y f c + f m(max) se denomina banda lateral superior (BLS) y cualquier frecuencia en esta banda se denomina frecuencia lateral superior (FLS). Entonces el ancho de banda de una onda AM DSBFC es igual a la diferencia entre la frecuencia lateral superior mas alta y la frecuencia lateral inferior mas baja o dos veces la frecuencia de la señal moduladora mas alta que es: 2f m(max).

11 11 Amplitud modulada AM Frecuencia modulada FM

12 12 Frecuencia modulada FM En las transmisiones inalámbricas, al proceso de inyectar señales de sonido a una onda portadora de alta frecuencia se le denomina "modulación de la señal de audio". De acuerdo a este sistema, una onda de radiofrecuencia que contenga señales de audio se puede modular en amplitud, Amplitud Modulada o AM, o en frecuencia, Frecuencia Modulada o FM. La modulación de frecuencia consiste en variar la frecuencia de la onda portadora de acuerdo con la intensidad de la onda de información. La amplitud de la onda modulada es constante e igual que la de la onda portadora.

13 13 Frecuencia modulada FM La frecuencia de la portadora oscila más o menos rápidamente, según la onda moduladora, esto es, si aplicamos una moduladora de 100 Hz, la onda modulada se desplaza arriba y abajo cien veces en un segundo respecto de su frecuencia central, que es la portadora; además el grado de esta variación dependerá del volumen con que modulemos la portadora, a lo que denominamos índice de modulación.

14 14 Frecuencia modulada FM Debido a que los ruidos o interferencias alteran la amplitud de la onda, no afecta a la información transmitida en FM, puesto que la información se extrae de la variación de frecuencia y no de la amplitud, que es constante. Como consecuencia de estas características de modulación podemos observar cómo la calidad de sonido o imagen es mayor cuando modulamos en frecuencia que cuando lo hacemos en amplitud. Señal Moduladora (Datos) Señal Portadora Señal Modulada

15 15 Frecuencia modulada FM Las emisoras de FM pueden trabajar en bandas de frecuencias muy altas, en las que las interferencias en AM son importantes; las estaciones o emisoras comerciales de radio FM tienen frecuencias entre 88 y 108 Mhz. El alcance en estas bandas está limitado para que pueda haber emisoras de la misma frecuencia situadas a unos cientos de kilómetros sin que se interfieran entre ellas. La modulación FM tiene lugar a frecuencias muy altas comparando con AM. La señal transmitida en frecuencia modulada es mucho mas compleja y lleva una información mas detallada de la señal. La modulación directa de frecuencia tiene lugar cuando la frecuencia de la señal modulada varía directamente con la amplitud de la señal moduladora. La modulación FM se utiliza en medios tan importantes como la televisión y la radio.

16 16 Frecuencia modulada FM La expresión matemática de la señal portadora, está dada por: (1) v p (t) = V p sen(2π f p t) Donde V p es el valor pico de la señal portadora y f p es la frecuencia de la señal portadora. Mientras que la expresión matemática de la señal moduladora está dada por: (2) v m (t) = V m sen(2π f m t) Siendo V m el valor pico de la señal moduladora y f m su frecuencia. De acuerdo a lo dicho anteriormente, la frecuencia f de la señal modulada variará alrededor de la frecuencia de la señal portadora de acuerdo a la siguiente expresión: f = f p + Δf sen(2 π f m t)

17 17 Frecuencia modulada FM por lo tanto la expresión matemática de la señal modulada resulta: v p (t) = V p sen[2π (f p + Δf sen(2 π f m t) ) t] Δf se denomina desviación de frecuencia y es el máximo cambio de frecuencia que puede experimentar la frecuencia de la señal portadora. A la variación total de frecuencia desde la más baja hasta la más alta, se la conoce como oscilación de portadora. De esta forma, una señal moduladora que tiene picos positivos y negativos, tal como una señal senoidal pura, provocara una oscilación de portadora igual a 2 veces la desviación de frecuencia. Una señal modulada en frecuencia puede expresarse mediante la siguiente expresión:

18 18 Frecuencia modulada FM Se denomina índice de modulación a Se denomina porcentaje de modulación a la razón entre la desviación de frecuencia efectiva respecto de la desviación de frecuencia máxima permisible. Al analizar el espectro de frecuencias de una señal modulada en frecuencia, observamos que se tienen infinitas frecuencias laterales, espaciadas en f m, alrededor de la frecuencia de la señal portadora f p ; sin embargo la mayor parte de las frecuencias laterales tienen poca amplitud, lo que indica que no contienen cantidades significativas de potencia.

19 19 Frecuencia modulada FM El análisis de Fourier indica que el número de frecuencias laterales que contienen cantidades significativas de potencia, depende del índice de modulación de la señal modulada, y por lo tanto el ancho de banda efectivo también dependerá de dicho índice. Schwartz desarrollo la siguiente gráfica para determinar el ancho de banda necesario para transmitir una señal de frecuencia modulada cuando se conoce el índice de modulación.

20 20 Frecuencia modulada FM En la construcción de la gráfica se ha empleado el criterio práctico que establece que una señal de cualquier frecuencia componente, con una magnitud (tensión) menor de 1% del valor de la magnitud de la portadora sin modular, se considera demasiado pequeña como para ser significativa.

21 21 FM de banda angosta y FM de banda ancha Al examinar la curva obtenida por Schwartz, se aprecia que para altos valores de m f, la curva tiende a la asíntota horizontal, mientras que para valores bajos de m f tiende a la asíntota vertical. Un estudio matemático detallado indica que el ancho de banda necesario para transmitir una señal FM para la cual, depende principalmente de la frecuencia de la señal moduladora y es totalmente independiente de la desviación de frecuencia. Un análisis más completo demostraría que el ancho de banda necesario para transmitir una señal de FM, en la cual, es igual a dos veces la frecuencia de la señal moduladora. De igual manera que en AM ya a diferencia de lo que ocurre para FM con por cada frecuencia moduladora aparecen dos frecuencias laterales, una inferior y otra superior, a cada lado de la frecuencia de la señal portadora y separadas en f m de la frecuencia de la portadora. Dado lo limitado del ancho de banda cuando se la denomina FM de banda angosta, mientras que las señales de FM donde se las denomina FM de banda ancha.

22 22 FM de banda angosta y FM de banda ancha Los espectros de frecuencia de AM y de FM de banda angosta, aunque pudieran parecer iguales, por medio del análisis de Fourier se demuestra que las relaciones de magnitud y fase en AM y FM son totalmente diferentes. En FM de banda ancha se tiene la ventaja de tener menor ruido. En FM el contenido de potencia de las señal portadora disminuye conforme aumenta m f, con lo que se logra poner la máxima potencia en donde está la información, es decir en las bandas laterales.