Electrónica de Comunicaciones. Manual de Laboratorio ( ) PRACTICA 2 MODULACIONES 1. INTRODUCCIÓN TEÓRICA... 2

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1 PRACTICA 2 MODULACIONES 1. INTRODUCCIÓN TEÓRICA MODULACIONES LINEALES Modulaión en doble banda lateral (DBL) Modulaión de amplitud (AM) Modulaión en banda lateral únia (BLU) MODULACIONES ANGULARES: MODULACIÓN DE FRECUENCIA Y FASE MODULACIONES DIGITALES Modulaión ASK (Amplitude Shift Keying) Modulaión PSK (Phase Shift Keying) Modulaión QPSK Modulaión FSK (Frequeny Shift Keying) DESCRIPCION DE LAS PLACAS PLACA MODULADOR I-Q PLACA OSCILADOR LOCAL FI PLACA AMPLIFICADOR FI-TX PLACA CON DEMODULADOR COHERENTE Y DE ENVOLVENTE MODULACIONES DIGITALES. BANDA BASE-TRANSMISIÓN PLACA CONVERSOR S/P PLACA DEMODULADOR I&Q PLACA MODULADOR DE FASE MONTAJES Y MEDIDAS EN EL LABORATORIO EXPERIMENTO Nº 1. OBTENCIÓN DE UNA SEÑAL MODULADA EN AMPLITUD (AM) EXPERIMENTO Nº 2. OBTENCIÓN DE UNA SEÑAL MODULADA EN DBL EXPERIMENTO N O 3. DEMODULACIÓN DE LAS SEÑALES AM Y DBL EXPERIMENTO Nº 4. CARACTERIZACIÓN DEL VCO EXPERIMENTO Nº 5. OBTENCIÓN DE UNA SEÑAL MODULADA EN FRECUENCIA EXPERIMENTO Nº 6. OBTENCIÓN DE UNA SEÑAL MODULADA EN ASK EXPERIMENTO 7. DIAGRAMAS DE OJO EXPERIMENTO 8. MODULACIÓN BPSK EXPERIMENTO 9. MODULACIÓN QPSK EXPERIMENTO 10. CONSTELACIÓN QPSK. EFECTO DEL CANAL

2 1. INTRODUCCIÓN TEÓRICA Como veremos a lo largo del desarrollo de esta prátia, la base (eletrónia) para la generaión de señales moduladas paso banda es la utilizaión de un dispositivo no lineal que permite el produto analógio de señales: en onreto se pretende multipliar la señal informaión (señal en banda base) por una señal portadora sinusoidal de mayor freuenia (freuenia intermedia) para transferir la informaión a esta nueva freuenia (el fenómeno de demodulaión es el dual: se realiza el produto de la señal ya modulada en freuenia intermedia por la misma portadora para onseguir la señal demodulada de baja freuenia). El produto analógio de ambas señales se puede efetuar de manera eletrónia de múltiples formas, aprovehando siempre la araterístia no lineal de un dispositivo semiondutor. Lo más habitual es utilizar diodos en onfiguraiones simple (un solo diodo), balaneada (dos diodos) o doblemente balaneada (anillo de uatro diodos). Esta omplejidad adiional redunda en mejores prestaiones en uanto al número y amplitud de los produtos de intermodulaión generados en el mezlador. Las estruturas balaneadas se suelen denominar de doble banda lateral pues eliminan el término orrespondiente a la portadora (presente en estruturas no balaneadas). El dispositivo que se va a utilizar en la prátia es un modulador doblemente balaneado onstruido mediante un puente de diodos en anillo. El modulador I&Q (o modulador universal), mediante la utilizaión de dos moduladores balaneados que usan señales de portadora desfasadas 90 grados, permite obtener distintas 2

3 señales moduladas sin más que aondiionar onvenientemente las entradas de señal moduladora (I y Q). Es muy utilizado en modulaiones digitales MODULACIONES LINEALES Modulaión en doble banda lateral (DBL) La modulaión en doble banda lateral es la más senilla desde un punto de vista oneptual puesto que onsiste diretamente en el produto de las señales moduladora y portadora. La expresión en el dominio del tiempo de una señal DBL es: y(t) = Ax(t) es deir, la señal DBL se obtiene multipliando la señal moduladora por la portadora. Su espetro vendrá dado por: os ω t Y(f) = A 2 [ X(f - f )+ X(f + f )] Para el aso que x(t)=osω m t, tendríamos: y(t) = A os ω t osω t = m A [ os( ω 2 - ω m )t + os( ω + ω m )t] y su espetro: Y(f) = A [ 4 δ(f - f + f m )+ δ(f + f - f m )+ δ(f - f - f m )+ δ(f + f Por tanto, el espetro de la señal modulada es idéntio al de la señal mensaje trasladado a f. En algunos asos se deja alguna pequeña antidad de portadora para failitar el proeso de reepión (DBL on reinyeión de portadora). En otros asos se pretende haer una DBL pura pero debido a imperfeiones del modulador queda algún residuo de diha portadora. Se + f m )] 3

4 denomina rehazo de portadora al nivel de diha portadora residual frente a la potenia total, y es una típia medida de la alidad del modulador. La figura 1.1 muestra la señal modulada en DBL uando la moduladora es un tono de freuenia f m. Figura 1.1. Señal DBL en el dominio del tiempo Modulador de DBL Para la generaión de una señal modulada en DBL se aplian ambas señales al dispositivo modulador balaneado. Figura 1.2. Generaión de la modulaión DBL. Variaión temporal de las señales moduladora y modulada Demodulador de DBL Para la demodulaión de una señal DBL es neesario realizar un proeso de demodulaión que se denomina DEMODULACIÓN COHERENTE. Esta forma de demodular la señal es válida para otras muhas ténias de modulaión y tiene exelentes prestaiones. Su denominaión proviene de que los osiladores utilizados para modular (transmisor) y demodular (reeptor) deben ser oherentes, es deir, su freuenia ha de ser exatamente la misma, además, han de estar enganhados en fase, (o sea, tener la misma fase o una deriva de fase onstante). Por tanto, la demodulaión DBL se obtiene volviendo a multipliar la señal 4

5 modulada por la portadora y sometiendo al produto a un filtro paso bajo, de auerdo on la figura 1.3. Figura 1.3. Demodulador oherente DBL Modulaión de amplitud (AM) La expresión de una señal modulada en amplitud viene dada por: y(t) = [ A + A m x(t)] os ω t donde (t)=a osw t es la señal portadora, x(t) es la señal moduladora. Llamando m al índie de modulaión, definido por: la señal modulada puede expresarse omo: m m= A A x max y(t)= A [1+ m x (t)] osω t N x N (t)= x(t) x max 1 Este parámetro establee la intensidad de la modulaión y puede variar en la prátia entre 0 (ausenia de modulaión) y 1 (100% de modulaión). La figura 1.4 muestra tres ejemplos de modulaión AM por una moduladora sinusoidal. Uno de ellos orresponde a un aso de sobremodulaión (m>1). 5

6 Figura 1.4 Señal modulada en AM on índies de modulaión del 20%, 90% y 120% (sobremodulaión) Utilizando la propiedad de modulaión de la transformada de Fourier el espetro de la señal modulada viene dado por: Y(f) = A 2 ma 2 [ δ (f - f )+ δ(f + f )] + [ X(f - f )+ X(f + f )] Es muy ilustrativo el aso de una modulaión uando la señal moduladora es un tono, es deir, x(t)=osω m t. En este aso la expresión de la onda modulada es: y su espetro será: y(t) = A ma A os ω t + 2 [ 1+ mos t] os t = ω m ω [ os( - )t + os( + )t] = ω ωm ω ωm Y(f)= A 2 ma 4 [ δ(f - f )+ δ(f + f )] + [ δ(f - f + f )+ δ(f + f - f )] m m + ma + 4 [ δ(f - f - f )+ δ(f + f + f )] m Por lo tanto, el espetro de una señal modulada en AM por un tono onsta de una raya espetral, orrespondiente a la portadora, más un par de rayas espetrales separadas f m de la portadora, que son las bandas laterales. Al aumentar m, la potenia de las bandas laterales, las que transportan la informaión, también aumenta, tal omo muestra la figura 1.5. Puede demostrarse fáilmente que la potenia de ada una de las rayas respeto a la de portadora es: m 2 P RAYA / P = m 4 6

7 Para que no haya sobremodulaión las rayas laterales deberán, por tanto, estar más de 6dB por debajo de la portadora. La figura 1.2 muestra el espetro de las tres señales moduladas que apareen en la figura 1.1. Figura 1.5. Espetro de la señal AM en funión de m Modulador de AM La forma más senilla de obtener una señal modulada en AM onsiste, ómo se verá en el EXPERIMENTO nº 1, en multipliar una señal portadora por una señal moduladora a la que se ha superpuesto un nivel de ontinua. Obsérvese que de esta forma se garantiza que la magnitud A + A m x(t), no pasa nuna por ero y, por tanto, esa magnitud es la envolvente de la señal, tal omo se muestra en la figura 1.6. No hay inversión de fase Figura 1.6. Modulaión AM de una portadora de valor máximo A mediante una señal x(t) on ontinua 7

8 El produto analógio de ambas señales realizará mediante un modulador doblemente balaneado. Demodulador de AM La gran ventaja de la modulaión AM es que el proeso de demodulaión es más senillo que en las otras modulaiones de amplitud. Por ello, se utilizó iniialmente en radiodifusión, y todavía se emplea en aquellos sistemas donde los reeptores tienen que ser muy baratos. La modulaión AM admite DEMODULACIÓN NO COHERENTE, es deir, sin neesidad de una referenia de la portadora. La forma más simple de haerlo es utilizar un detetor de envolvente (un retifiador), de auerdo on el esquema que se muestra en la figura Figura 1.7. Demodulaión de una señal AM mediante un detetor de envolvente Por supuesto, la modulaión AM también admite demodulaión oherente Modulaión en banda lateral únia (BLU) La transmisión de ambas bandas laterales es redundante y supone un gasto inneesario de anho de banda, el ual puede reduirse a la mitad, si se suprime una de las bandas laterales. Con la modulaión BLU, en ualquiera de sus versiones: Banda Lateral Superior (BLS) o Banda Lateral Inferior (BLI), se transmite estritamente el mismo anho de banda que el de la señal moduladora. Por lo tanto, la modulaión BLU es igual que la DBL pero suprimiendo una de las bandas laterales. Para una moduladora arbitraria x(t), la expresión de la onda modulada y(t) viene dada por: 1 y(t) = 2 [ os t ± x(t)sen ˆ t] A x(t) ω ω ^ donde el signo - es para el aso de BLS y el + para el de BLI, y x ( t ) es la transformada de 8

9 Hilbert de x(t). Su expresión en el dominio del tiempo para un tono x(t)=osω m t, y onsiderando la banda lateral superior, viene dado por: y(t)= 1 2 A os ( ω + ω )t m es deir, sería una señal sinusoidal de freuenia (f +f m ). Su espetro vendría dado por: Y(f) = A [ 4 δ(f - f - f m )+ δ(f + f + f m )] Modulador de BLU El esquema teório de un modulador BLU por ambio de fase (usando un modulador I&Q) se muestra en la figura 1.8. Se neesitan, por tanto, dos señales de banda fase desfasadas 90 o (una es la transformada de Hilbert de la otra) para ataar al modulador I&Q. Figura 1.8. Modulador BLU por ambio de fase Normalmente la banda de trabajo de este tipo de modulador viene limitada por el desfasador de 90 grados utilizado para la señal moduladora ya que puede requerírsele una banda porentual muy grande. Demodulador de BLU La modulaión BLU exige también una demodulaión oherente, omo se muestra la figura

10 Figura 1.9. Demodulador oherente de BLU En este aso, para que la señal se reiba sin distorsión se debe umplir que θ(t)=0, es deir, el osilador debe estar enganhado en freuenia y en fase sin ningún desfasaje. Esta es una diferenia importante respeto de la demodulaión DBL, pues omplia la realizaión del reeptor. La figura 1.10 muestra el espetro de las distintas modulaiones de amplitud estudiadas, suponiendo que la señal moduladora es un tono. Figura Espetro de las distintas modulaiones de amplitud on un tono 10

11 1.2. MODULACIONES ANGULARES: MODULACIÓN DE FRECUENCIA Y FASE. Las modulaiones angulares se denominan así, porque introduen la informaión (señal moduladora) en la fase de la portadora, manteniendo onstante la amplitud. Su representaión matemátia será: y(t) = A os [ ω t + ϕ(t)] = A osθ(t) donde ϕ(t) estará relaionada on x(t) de alguna forma (depende del tipo de modulaión). Básiamente existen dos modulaiones angulares: De fase o PM (Phase Modulation) De freuenia o FM (Frequeny Modulation) La modulaión se denomina de fase si la funión ϕ(t) es proporional a la señal moduladora: ϕ(t)= K x(t) P La modulaión se denomina de freuenia si la desviaión de la freuenia instantánea es proporional a la señal moduladora. f i(t) - f = f d (t)= K F x(t) La diferenia entre ambas puede apreiarse en la figura Figura Comparaión entre las modulaiones PM y FM Su representaión matemátia es: 11

12 PM : y (t)= A os [ ω t + K P P x(t)] = A os[ ω t + β x donde: β: índie de modulaión o máxima desviaión de fase (β= K P x(t) max ) x N (t): señal moduladora normalizada FM : y (t)= A os [ ω t + 2π K F x( α )dα ] = A os[ ω t + 2π f F donde f D es la máxima desviaión de freuenia e y N (t) es: y N t - t - (t)= xn ( α )dα Efetivamente, la desviaión de freuenia de esta señal es proporional a la señal moduladora, alanzando omo valor máximo f D (f D = K F x(t) max ): f (t)= f (t)- f = f d i D d y N (t) = f D x N (t) dt A ontinuaión se determinará el espetro de una señal on modulaión angular. Para una señal mensaje ualquiera este espetro es enormemente difíil de hallar. Úniamente es viable un análisis en el aso de que la señal mensaje sea un tono de freuenia f m. En ese aso, la expresión de la señal modulada viene dada por: y(t) = A os ( ω t + K P Am senω m t)= A os( ω t + βsenω donde β se denomina índie de modulaión y representa la máxima exursión de fase, en radianes, si la modulaión es PM y el oiente entre la máxima desviaión de freuenia f D y f m, si la modulaión es FM: N (t)] m D t) y N (t)] β = f f D m = K F x f m MAX siendo K F la onstante del modulador (hertzios de desviaión por ada voltio de señal moduladora, x) y f D la máxima desviaión de freuenia. Un desarrollo de esta señal ondue diretamente a determinar su ontenido en freuenias: n=- y(t)= A J n( β ) os ( ω + n ω m )t Siendo J n (x) la funión de Bessel de primera espeie de orden n, veáse la figura 1.12.: 12

13 Figura 1.12 Funiones de Bessel de 1ª espeie, para n=0,1,2,3,4 y 5 La expresión anterior permite obtener las siguientes onlusiones, ilustradas por la figura anterior: El espetro ontiene la freuenia portadora y un número infinito de rayas separadas múltiplos de f m (oupa un anho de banda teóriamente infinito). Como se observa en la figura, la amplitud de las rayas va dereiendo, haiendo que el anho de banda sea finito en la prátia. Dada la propiedad J n (β) = J -n (β), el espetro es par alrededor de f. La anhura de banda ree onforme lo hae β, es deir, el número de rayas on valores signifiativos es mayor (véase la figura 1.13). Figura Espetro de una señal modulada angularmente on un tono, para distintos valores de β 13

14 Obviamente, tanto al ambiar la amplitud de la señal x MAX omo su freuenia f m, el índie de modulaión, β, ambia y las amplitudes relativas de las rayas también. En el aso de que se ambie f m, además de las amplitudes relativas variará también su separaión. A efetos prátios puede onsiderarse que el anho de banda de la señal es (Regla de Carson): B 2( β +1) f m en el que aproximadamente entra el 98% de la potenia total. Una propiedad interesante es que algunas rayas se anulan para iertos valores de β. Por ejemplo, la portadora (raya n=0) se anula para β= 2,405. Eso resulta útil para alibrar un modulador de freuenia. Atuando sobre la amplitud de la señal (que puede medirse en un osilosopio) se observa el espetro busando que se produza algún nulo en alguna de las rayas. Identifiando el valor de β para el que eso ourre (el valor para el que la orrespondiente J n presente un nulo) y onoida f m, puede estimarse la onstante del modulador K F. También puede medirse diha onstante para diversos valores de amplitud de la señal y determinar si el modulador es o no sufiientemente lineal (la desviaión de freuenia es proporional a la señal de entrada). Como ejemplo, la figura 1.14 muestra el aspeto aproximado que tendrá el espetro para el primer nulo de J 0 (β) (β = 2,405) y para el primer nulo de J 1 (β) (β = 3,832). Figura 1.14 Aspeto aproximado del espetro FM para dos valores de β que produen nulos 14

15 La siguiente tabla muestra los primeros nulos de las primeras funiones de Bessel (β<10) ORDEN DE LA FUNCION ORDEN DEL NULO ,405 5,520 8, ,832 7, ,136 8, ,380 9, , , ,936 - Modulador de FM En la prátia se utilizará un modulador FM basado en un VCO (osilador ontrolado por tensión). La señal moduladora se introdue a través de R5 en el diodo varator D2 que modifia la sintonía del iruito resonante formado por L2, CV1, C7, CV2, C8 y C9. 15

16 Modulador de PM Para la modulaión de fase, así omo para la demodulaión FM se utilizará el Lazo de Enganhe en Fase (PLL) analizado en la prátia MODULACIONES DIGITALES El objetivo de las modulaiones digitales es transmitir una serie de símbolos -formados por uno o varios bits- a través de un anal paso banda. Los diferentes símbolos se odifian mediante un onjunto disreto de señales, de tal forma que a ada símbolo se le hae orresponder una determinada forma de onda. Cada T segundos se envía una de estas señales. Es normal que el onjunto de señales empleadas para definir los distintos símbolos sea un onjunto de sinusoides, todas ellas de la misma freuenia, on diferentes amplitudes y fases. Cada una se representa por un vetor (punto) en el plano omplejo (figura 1.16). Para designar varios símbolos, serán neesarias varias señales, obteniéndose la onstelaión asoiada a esa modulaión (figura 1.17). Figura 1.16 Representaión fasorial de una señal. Figura 1.17 Constelaión on 4 símbolos (M=4). Un parámetro interesante es la efiienia espetral de ada tipo de modulaión. Se define omo la antidad de bits/s (régimen binario, V T ) que pueden transmitirse por ada hertzio de anho de banda oupado (B T ): V ef = T (bit/s) Cuanta mayor efiienia espetral menor será el anho de banda oupado por la señal B T 16

17 modulada para un régimen binario dado. Interferenia entre símbolos (Figura 1.18). En una modulaión digital se transmite idealmente un símbolo ada T segundos. Una señal de duraión finita, un pulso uadrado, por ejemplo, oupa un anho de banda infinito. Por razones de eonomía espetral, se limita el anho de banda de las modulaiones, lo que se tradue en una deformaión de las señales en el dominio del tiempo: los pulsos transmitidos se alargan en el tiempo e interfieren unos on otros. Este fenómeno se denomina Interferenia Entre Símbolos (IES) y se tradue en un inremento de la probabilidad de error. Cada modulaión tiene un anho de banda mínimo asoiado que garantiza que no existe interferenia entre símbolos, es deir, existen instantes de tiempo donde la IES se anula. Estos son los instantes que se deben elegir para muestrear la señal reibida y reuperar la informaión. Figura Interferenia entre símbolos. Para visualizar la IES en un sistema de transmisión digital, se utiliza un osilosopio sinronizado on la señal de reloj. De esta forma, se presentan a la vez todas las transiiones de la señal, de modo que se puede observar el deterioro por IES. La figura formada se denomina diagrama de ojo y da informaión sobre la alidad de la transmisión (véase la figura 1.19 donde se representa un diagrama de ojo en el que existen dos instantes óptimos de muestreo por bit en los que es posible muestrear sin IES). Figura 1.19 Diagrama de ojo. 17

18 Modulaión ASK (Amplitude Shift Keying). Definiión, generaión y demodulaión. La versión básia (binaria) de este sistema onsiste en emitir una sinusoide de amplitud A y freuenia f 0 para denotar un "1" y ausenia de señal para el símbolo "0", tal omo muestra la figura Figura 1.20 Modulaión ASK en el dominio del tiempo. Figura 1.20b Constelaión ASK. Puede obtenerse ataando diretamente on la señal de datos (si es unipolar) a un modulador doblemente balaneado (equivalente a una AM on m=100%). La demodulaión de la señal ASK es similar a la de AM. Puede utilizarse un simple diodo detetor (demodulaión inoherente) o reuperar la portadora en reepión y multipliar la señal reibida por la portadora reuperada (demodulaión oherente). Propiedades. Efiienia espetral. La densidad espetral de potenia será la de un ódigo NRZ unipolar, trasladado a f 0 (figura 1.21), o, lo que es lo mismo, la de un ódigo bipolar trasladado y on portadora. 18

19 Figura 1.21 Espetro de ASK El espetro unilateral de esta señal para datos aleatorios es: S [ π (f f )] A A T o ( f ) = δ( f f o ) + T 8 8 πt(f f o ) sen El espetro onsta de una sin más la portadora. Será tanto más estreho uanto mayor sea T, aunque se extiende hasta el infinito. Para poder emitirlo es neesario limitarlo en banda. Si se hae on un filtro ideal puede demostrarse que la mínima anhura posible para reuperar los datos sin IES es igual a la mitad del lóbulo prinipal de la sin, 1/T (Teorema de Nyquist). Por tanto, la efiienia espetral de esta modulaión es de 1 bit/s/hz en el mejor de los asos. En la prátia, no es posible realizar filtros ideales y se utilizan filtros en "oseno alzado" que requieren un anho de banda mayor, aunque evitan la IES. La potenia ontenida en la raya de portadora es la mitad de la potenia total (suponiendo datos totalmente aleatorios), de tal forma que, en primera aproximaión, la potenia media de la señal es el doble de la potenia de portadora. La potenia de las bandas laterales puede estimarse a partir del valor máximo de la sin indiado en pantalla, S 0 dbm: P = S - 10 log (T B ) BL 0 I siendo B I el anho de banda de FI del analizador de espetros. El ajuste de la forma del espetro real al teório da también una estimaión de la forma más o menos distorsionada de los pulsos en el dominio del tiempo. Se observa que hay potenia perdida en la portadora. Es un resultado típio de las modulaiones AM y se debe preisamente a que la onstelaión no es simétria respeto al origen. La modulaión ASK no es una modulaión de envolvente onstante. Su mayor y únia ventaja es la senillez, tanto en su generaión omo en la reepión. De heho ASK es una modulaión que apenas se usa en los sistemas omeriales ya que existen alternativas que, 19

20 siendo un poo más omplejas, ofreen prestaiones superiores Modulaión PSK (Phase Shift Keying) La deformaión de amplitud que sufren las señales en anales no lineales se evita utilizando modulaiones de módulo onstante: las modulaiones de fase PSK tienen esta propiedad. En sistemas de transmisión on modulaión PSK se envían M señales on la misma freuenia y amplitud (es de módulo onstante) pero on M fases diferentes para designar los M símbolos. La onstelaión se ompone de puntos desplegados sobre una irunferenia, tal omo muestra la figura Figura 1.22 Constelaión 16-PSK. Esta modulaión permite mantener el módulo onstante on alta efiienia espetral (M ). Sin embargo, para optimizar la probabilidad de error interesan símbolos muy separados (M ). Es neesario, por tanto, enontrar un ompromiso entre ambos efetos. Las modulaiones PSK no suelen utilizar un gran número de símbolos porque la distania entre ellos deree linealmente on M. Sólo en el aso de que se requiera simultáneamente alta efiienia espetral y envolvente onstante se justifia PSK on M alto. De heho, los esquemas más utilizados son on M=2 (BPSK) y on M=4 (QPSK). El número de bits por símbolo de las modulaiones PSK es N=log 2 (M), siendo M el número de puntos de la onstelaión. La efiienia espetral teória máxima (on filtros ideales) será por tanto de N bit/s/hz. El espetro de las señales PSK es idéntio al de ASK si el valor de T (periodo de símbolo) es el mismo, salvo que ahora desaparee la portadora. En la prátia siempre queda algún residuo de portadora que no se onsigue eliminar, y se espeifia a través del rehazo de portadora. 20

21 Figura 1.23 Constelaión BPSK. Figura 1.24 Constelaión QPSK. BPSK. Definiión, generaión y demodulaión. En la modulaión BPSK (M=2) úniamente existen dos fases posibles: 0º y 180º. La onstelaión se muestra en la figura Es pareida a una ASK sólo que ahora la modulaión es DBL on señales bipolares. Un posible modulador es preisamente un modulador DBL on un mensaje NRZ bipolar. La efiienia espetral ideal de un modulaión BPSK es: e = 1 bit / s / Hz La onstelaión de los sistemas BPSK es simétria respeto al origen: BPSK va a tener un omportamiento frente al ruido superior a ASK. Los sistemas PSK, al llevar la informaión en la fase, requieren reepión oherente. La demodulaión de la señal BPSK es similar a la de DBL y, por tanto, debe ser oherente mediante la reuperaión de la portadora en reepión y multipliar la señal reibida por la portadora reuperada. Un esquema típio es el bule de Costas. Propiedades. El espetro de la señal BPSK es idéntio al de la ASK pero sin portadora, y on toda la 21

22 potenia en las bandas laterales. La expresión para el álulo de la potenia en las bandas laterales a partir de S 0 en una modulaión ASK es también válida, on la únia diferenia que ahora la potenia alulada omo P BL será también la potenia total. Como se ha diho, el espetro BPSK no debe de ontener portadora. Sin embargo, en la prátia siempre queda portadora residual. Una medida del rehazo de portadora (potenia de portadora frente a potenia total de salida) es una buena indiaión de la alidad del modulador Modulaión QPSK. Es una modulaión de fase on uatro estados (figura 1.24). Se envían 2 bits on ada símbolo (T segundos), uno por el anal I y otro por el Q. En la generaión es neesario formar parejas de dos bits on un onversor serie/paralelo, tal omo muestra la figura 1.25, de forma que se ataa a ada uno de los dos moduladores del modulador I&Q on trenes de datos a veloidad de símbolo, (veloidad de bit /2). La modulaión QPSK tiene un espetro on la misma forma que el de BPSK, salvo que para la misma veloidad de transmisión tiene la mitad de anhura. La forma de determinar la potenia total es idéntia que para BPSK. La efiienia espetral será: e = 2 bit / s / Hz Figura 1.25 Modulador QPSK. La demodulaión de la señal QPSK (oherente) se realiza mediante un demodulador I&Q seguido de un onversor paralelo-serie que trabaja sobre las dos tramas (I y Q) obtenidas (reuperador de reloj digital). Puede verse al demodulador I&Q omo dos demoduladores BPSK en uadratura (pues no en vano, la señal QPSK se trata de dos BPSK superpuestas). 22

23 Modulaión FSK (Frequeny Shift Keying) En FSK se envían tonos de distintas freuenias para designar los distintos símbolos del alfabeto. Para el aso binario se tendrá una freuenia f 0 para designar el ero lógio y f 1 para el uno lógio. Cuando se trabaja on alfabetos mayores (M>2) se suele denominar a la modulaión MFSK. La forma de onda en el dominio del tiempo para el aso binario aparee en la figura El espetro de esta señal es igual al de la ASK pero dupliado. Aparee dos vees: una entrado en f 0 y otra en f 1. La efiienia espetral depende de la separaión entre las freuenias. Figura 1.26 Modulaión FSK de dos estados. La señal se generará mediante un modulador FM (VCO) ataado por un ódigo NRZ, omo se apreia en la figura Figura 1.29 Generaión de FSK mediante Modulaión FM. Propiedades. Efiienia espetral La mayor ventaja de FSK frente a ASK es la de ser una modulaión de envolvente onstante. FSK es una modulaión típia de sistemas de bajo oste, omo el fax o modems telefónios de 23

24 baja apaidad. El espetro FSK tiene lógiamente muhas omponentes en los alrededores de las freuenias f 0 y f 1. La anhura de los lóbulos depende de la veloidad de símbolo y las "olas" del espetro dependen de si es o no de fase ontinua. 2. DESCRIPCION DE LAS PLACAS 2.1. PLACA MODULADOR I-Q Constituye la plaa base que permitirá generar los distintos tipos de modulaiones analógias. La estrutura básia de un modulador I-Q se muestra en la figura 2.1 y está onstituido por dos mezladores balaneados, un híbrido en uadratura y un ombinador de potenia en fase. El modulador I-Q se puede onsiderar omo un modulador universal puesto que permite obtener ualquier modulaión de amplitud, de fase, o de ambas. TEST I OL I FI- I MON ENT. I 0/90 o OL 0 o ENT. Q TEST Q OL Q MODULADOR I/Q SALIDA FI FI- Q Figura 2.1 Modulador I/Q Veamos ómo on esta estrutura se pueden generar las distintas modulaiones omparándolas on los esquemas teórios estudiados en el apartado 1.3: a) Para la generaión de una señal AM, omo se verá en el montaje del EXPERIMENTO nº 1, se utiliza un únio mezlador para multipliar una señal portadora, generada por la plaa Osilador Loal FI, por una señal sinusoidal superpuesta a un nivel de ontinua, generada por el generador de funiones, y que onstituye la señal moduladora. Evidentemente, se está implementando el esquema básio de modulaión AM mostrado en la figura

25 b) Para la generaión de una señal modulada en DBL, el esquema es el mismo, salvo que el nivel de ontinua de la señal moduladora es nulo y, por tanto, pasa por ero para distintos valores del tiempo, tal omo se muestra en la figura 1.2. También puede introduirse la señal moduladora (on o sin offset de DC) a través de la puerta TEST (I ó Q) puesto que estas puertas están desaopladas en DC. ) El esquema teório de un modulador BLU por ambio de fase se muestra en la figura 1.8. Se neesitan, por tanto, dos señales desfasadas 90 o para ataar a los dos mezladores de la plaa Modulador I-Q PLACA OSCILADOR LOCAL FI Esta plaa onsta básiamente de un osilador de tipo Colpitts, uyo iruito tanque es un ristal o un iruito LC, dependiendo de la posiión XTAL o LC de uno de los onmutadores de la plaa. LC XTAL SAL 2 INT TUNING EXT SAL 1 AMPL. OSCILADOR FI 10.8 MHz En ambas posiiones, la freuenia se puede variar on un poteniómetro FREC situado en la misma, para lo que es neesario que el otro onmutador se enuentre en la posiión INT. Este poteniómetro permite variar la freuenia del osilador en la posiión XTAL en ±0.4KHz y en la posiión LC en ±0.8MHz en torno a la freuenia de 10.8MHz. La plaa posee una entrada que permite introduir una señal de ontrol externa. Para que ésta funione es neesario que el onmutador esté en la posiión EXT. Esta señal será la que se utilizará, tanto para modular on una tensión ontinua la freuenia de osilador y éste funione ómo un VCO (Osilador Controlado por Tensión), omo para generar una señal modulada en FM PLACA AMPLIFICADOR FI-TX Esta plaa ontiene un amplifiador basado en un MOSFET de doble puerta sirviendo la segunda de ellas para introduir una tensión DC que permite ajustar la ganania del mismo (es 25

26 variable on el mando de ganania). A la entrada y salida existen unos iruitos sintonizados a la freuenia de trabajo de 10.8 MHz. Su ganania máxima es de unos 15 db y tiene un anho de banda de unos 200KHz. MONITOR ENTRADA SALIDA AMPL. AMPLIFICADOR FI TX 2.4. PLACA CON DEMODULADOR COHERENTE Y DE ENVOLVENTE Esta plaa ontiene dos iruitos: un demodulador de envolvente y otro oherente. El primero servirá para la demodulaión de una señal AM y el segundo para la demodulaión de señales BLU y DBL. MON SAL. ENT. OL-FI ENT. FI DEMODULADOR COHERENTE DEMODULADOR ENVOLVENTE SAL. ENT. FI MON. El iruito demodulador de envolvente, tal omo se ha expliado en el apartado 1.1.2, onsta de un diodo retifiador, seguido de un filtro y un amplifiador. El iruito demodulador oherente onsta de un multipliador, realizado mediante un puente de diodos (similar al que se utiliza para la modulaión), seguido de un filtro paso bajo y un amplifiador de baja freuenia para elevar el nivel de la señal. Contiene una entrada para la señal de OL del osilador loal. 26

27 2.5. MODULACIONES DIGITALES. Banda Base-Transmisión. La generaión de datos se puede realizar on un Generador de Bits Aleatorios o mediante un Generador de Seuenias programable. GEN. BITS ALEATORIOS RELOJ/2 M. MON. RUIDO DATOS GEN. GEN. SECUENCIAS FIJAS SELECTOR M. ENT. RELOJ DATOS GEN. ENT. RELOJ EXT INT M. RELOJ EXT INT M. RELOJ Se utilizará básiamente la primera posibilidad. Ambas plaas disponen de un reloj interno fijo de 64 KHz y una entrada de reloj externa (señal TTL) que se ativará situando el onmutador orrespondiente en la posiión EXT. También disponen de una salida de reloj para sinronizar el onversor S/P al que irán normalmente onetadas y otra salida para monitorizar los datos generados PLACA CONVERSOR S/P Separa la trama de bits generada en los generadores de bits on un régimen binario determinado V b (fijado por el reloj interno o externo) en dos subtramas de régimen binario V T = V b /2: DATOS I (DATOS Q). CONVERSOR S/P + FILTROS M. ENT. DATOS S/P CON SIN DATOS I DATOS Q ENT. RELOJ M. Existe la posibilidad de haer pasar ada una de las subtramas por un filtro de datos (Conmutador ON del Conversor S/P + Filtros) que limita el anho de banda de la señal de banda base. Las salidas de datos DATOS I (DATOS Q) son señales bipolares (valor medio nulo) y, por tanto, no son válidas para modulaión ASK. 27

28 Modulaión. Como iruito de modulaión se utiliza un Modulador I-Q, o modulador universal, que es útil para ASK, BPSK y QPSK. En aso de que exista una señal unipolar en una de las entradas se generará una modulaión ASK, si la señal es bipolar se generará BPSK. Si existen señales bipolares en ada una de sus entradas, la modulaión será QPSK. Radiofreuenia. En la presente prátia sólo se onsiderarán los amplifiadores de freuenia intermedia, tanto en transmisión omo en reepión PLACA DEMODULADOR I&Q. Es un iruito igual al modulador I-Q, donde se han interambiado las entradas y salidas: Demodulador I-Q. La entrada de FI se divide en dos partes iguales que ataan a dos demoduladores doblemente balaneados en uadratura. Las salidas de estos son las señales I/Q en banda base. TEST I OL I FI- I MON SAL. I SAL. Q TEST Q 0/90 o OL Q DEMODULADOR I/Q Requiere de la señal de osilador loal para su funionamiento (demodulador oherente). En el aso de que sea posible la demodulaión no oherente, modulaión ASK, el sistema reeptor no neesitará reuperar la portadora: la salida del Amplifiador de FI de reepión ataará la entrada del Demodulador de Envolvente. OL 0 o FI- Q ENTR. FI 2.8. PLACA MODULADOR DE FASE. La plaa onsta básiamente de un híbrido en uadratura, por una de uyas entradas se introdue la señal moduladora y por la otra se extrae la señal modulada. Las dos puertas de salida se argan, respetivamente, on 50 Ohm y una apaidad C variable (un diodo varator polarizado en inversa). Presenta, por tanto, una impedania reativa que puede variarse 28

29 dependiendo de la tensión apliada al diodo. Ésta puede ser ontinua, y puede variarse on el poteniómetro que ontiene la plaa, o bien, puede ser una señal moduladora superpuesta a una ontinua que se apliará a la entrada de modulaión. La apaidad variará según esta señal y por tanto también la fase de la señal de salida. MODULADORA 50 Oh. EXT INT 0 o / 90 o SALIDA FASE ENT. RF MODULADOR DE FASE El onjunto osilador loal de FI y el modulador de fase representan una espeie de reuperador de portadora: la fase del osilador loal se ajusta on un mando de la plaa del modulador de fase para onseguir la oherenia neesaria para las demodulaiones digitales de más de un estado. 29

30 3. MONTAJES Y MEDIDAS EN EL LABORATORIO Material y equipo neesario: Osilosopio. Analizador de espetros Generador de funiones. Freuenímetro. Cables RCA-RCA Cables BNC Cargas de 50 ohm. Plaas de los siguientes iruitos: Plaa Osilador Loal FI. Plaa Modulador I-Q. Plaa Amplifiador FI-Tx. Plaa Amplifiador FI-Rx. Plaa Modulador de fase. Plaa Demodulador Coherente y de Envolvente. Plaa generador de datos aleatorios Plaa onversor SP + filtros Plaa demodulador I&Q El bastidor se oneta diretamente a la red y la alimentaión de la misma se onsigue aionando el onmutador de la parte superior. En los puestos existe también una variedad de transiiones que permiten utilizar los ables BNC para llevar señales externas a la entrada de las distintas plaas (onetorizadas en RCA) y vieversa. Es aonsejable elegir los distintos ables de onexionado interplaas de la longitud adeuada para que no se ejerza tensión exesiva sobre los onetores. Por otra parte, las figuras que se presentan a lo largo del texto deben servir tan sólo de guía puesto que las onexiones y posiión de los distintos interruptores se espeifian en el propio texto. 30

31 3.1. EXPERIMENTO nº 1. Obtenión de una señal modulada en amplitud (AM) (25 min) Genere on la plaa Osilador Loal FI una señal de amplitud máxima y una freuenia de 10.82MHz. Los interruptores de la itada plaa deben estar en las posiiones INT y XTAL. Obtenga on el generador de funiones una señal on una amplitud de aprox. 4.5Vpp. y una freuenia de 20KHz. La señal debe tener un nivel de ontinua de -4.5V aproximadamente. Mida ambos niveles on el osilosopio (reuerde que estas medidas debe haerlas en vaío, argando el generador de funiones exlusivamente on el osilosopio). Una vez ajustados los niveles de portadora y moduladora, realie, tal omo se india en la figura, las siguientes onexiones que permiten visualizar las señales moduladora y modulada en el osilosopio (reuerde sinronizar éste on el CH1) y ésta última también en el analizador de espetros: ALM/REC MEDIDAS ADQUISICION AUTOCONF Tektronix TDS220 Digital Osillosope UTILIDADES CURSORES IMP PANTALLA COPIA ACT./PARAR FUNCTION GENERATOR GF-1000B PROMAX VERTICAL HORIZONTAL DISPARO POSICION POSICION POSICION NIVEL k 10k 100k 1M CH1 CH2 MENU MATE M MENU MENU HORIZONTAL MENU MENU VOLTS/DIV VOLTS/DIV SEG/DIV NIVEL 50% FORZ. DISPARO OFFSET AMPLITUD VER DISPARO CH1 CH2 EXT. TTL OUTPUT BNC TEST I OL I FI- I MON MONITOR ENT. I HE W LETT ESA-L1500A P A C KAR D SPECTRUM ANALYZER CONTROL SYSTEM 90 o OL 0 o ENT. Q SALIDA FI OL Q FI- Q TEST Q MODULADOR I/Q ENTRADA SALIDA AMPL. AMPLIFICADOR FI TX FRE Q SPAN AMPL INPUT LC XTAL SAL 2 RCA INT EXT SAL 1 TUNING AMPL. OSCILADOR FI 10.8 MHz El generador de funiones al onetor Q de la plaa Modulador IQ (puede observar en el osilosopio el efeto de arga del iruito sobre el generador que produe un desenso del nivel de la señal moduladora). El onetor SAL1 de la plaa Osilador Loal FI al onetor OL de la plaa Modulador IQ. 31

32 La salida FI de la plaa Modulador IQ al onetor ENTRADA FI de la plaa AMPLIFICADOR FI-Tx. El onetor SALIDA FI de la plaa AMPLIFICADOR FI-Tx al analizador de espetros. El onetor MONITOR de la plaa AMPLIFICADOR FI-Tx al CH2 del osilosopio. Visualie la señal modulada en el dominio del tiempo y de la freuenia. Dibuje ambas representaiones: AM (Osilosopio) AM (A. E.) Medida del índie de modulaión El índie de modulaión para una portadora modulada por un tono viene dado por: m E E max = E + E max donde E max y E min son, respetivamente, las amplitudes máxima y mínima de la envolvente de la señal modulada (osilosopio). min min Índie de modulaión: m= Verifique esta última medida observando los niveles relativos de portadora y bandas laterales en el analizador de espetros (entrado en MHz y on un SPAN de 200 KHz). Utilie la expresión: 20 log m = 6dB - 32

33 Índie de modulaión medido en el A.E.: m= Observe que la envolvente de la señal modulada es preisamente la señal moduladora. Superponga, para ello, las señales presentes en ambos anales del osilosopio y sinronie on el anal 1 orrespondiente a la señal moduladora. A qué es debido que estén en ontrafase?. Observe que variando el nivel de ontinua de la señal moduladora mediante el mando DC OFFSET del generador de funiones se puede modifiar el Índie de modulaión (al variar el nivel de portadora) y también variando el nivel de alterna de la señal moduladora (en este aso se modifia el nivel de las bandas laterales). Compruebe, apunte y omente en este segundo aso la variaión de nivel de los produtos de intermodulaión. Amplitud señal moduladora (Vpp) Nivel (dbm) de la omponente F FI +F m Nivel (dbm) de la omponente F FI +3F m Module ahora on una señal uadrada (pulse el botón orrespondiente del generador de funiones) y observe el espetro. Compruebe que las bandas laterales están ahora formadas por los armónios impares de la señal moduladora (los armónios pares son teóriamente nulos). No retire los ables del montaje pues servirán para el apartado siguiente. 33

34 3.2. EXPERIMENTO nº 2. Obtenión de una señal modulada en DBL (10 min) Obtenga on el generador de funiones una señal sinusoidal on una amplitud de aproximadamente 4.5 Vpp y una freuenia de 20KHz, on un nivel de ontinua nulo (reuerde que estas medidas debe haerlas en vaío, argando el generador de funiones exlusivamente on el osilosopio). Lleve esta señal a la entrada del Modulador IQ. Mantenga el montaje del experimento anterior y visualie y dibuje en la gráfia adjunta la señal modulada en el dominio del tiempo (reuerde sinronizar el osilosopio on la señal moduladora) y de la freuenia. Si los lóbulos de la señal modulada (dominio del tiempo) no fueran exatamente iguales, ello signifiaría que la señal de entrada tiene un nivel de ontinua no nulo. En este aso intente ajustarlo a ero on el mando DC Offset o introduza la señal moduladora por las puertas desaopladas en DC (puertas TEST del modulador). Si aún así los lóbulos no salen iguales, soliite al profesor que ajuste el modulador. DBL (Osilosopio) DBL (A. E.) Asoie, en el dominio de la freuenia, ada una de las deltas on un produto de intermodulaión y mida el rehazo del modulador a la portadora (relaión en db entre los niveles de las bandas laterales y el de portadora): Rehazo de portadora: R = db 34

35 3.3. EXPERIMENTO n o 3. Demodulaión de las señales AM y DBL (15 min) Realie, tal omo se india en la figura, las siguientes onexiones (línea ontinua): El generador de funiones (señal sinusoidal de 20 KHz + DC offset) al onetor Q de la plaa Modulador IQ. La salida SAL1 de la plaa Osilador loal FI al onetor OL de la plaa Modulador IQ. Los onmutadores de la plaa deben estar en la posiión INT y XTAL. Tektronix TDS220 Digital Osillosope ALM/REC UTILIDADES MEDIDAS ADQUISICION AUTOCONF CURSORES IMP PANTALLA COPIA ACT./PARAR FUNCTION GENERATOR GF-1000B PROMAX VERTICAL HORIZONTAL DISPARO POSICION POSICION POSICION NIVEL k 10k 100k 1M MATE M CH1 MENU CH2 MENU MENU HORIZONTAL MENU MENU VOLTS/DIV VOLTS/DIV SEG/DIV NIVEL 50% FORZ. DISPARO OFFSET AMPLITUD VER DISPARO CH1 CH2 EXT. TTL OUTPUT BNC TEST I OL I FI- I MON MONITOR ENT. I 90 o OL 0 o ENT. Q SALIDA FI OL Q FI- Q TEST Q MODULADOR I/Q ENTRADA SALIDA AMPL. AMPLIFICADOR FI TX SAL 2 LC XTAL INT EXT SAL 1 TUNING AMPL. OSCILADOR FI 10.8 MHz MON ENT. OL-FI ENT. FI SAL. DEMODULADOR COHERENTE DEMODULADOR ENVOLVENTE SAL. ENT. FI DETECT. SALIDA FI MONITOR ENT. CAG EXT AMPLIFICADOR FI RX INT ENTRADA FI MONITOR MON. La salida FI de la plaa Modulador IQ a la entrada FI de la plaa Amplifiador FI-Tx, y la salida de ésta a la entrada de la plaa Amplifiador FI-Rx. El onmutador de ésta debe estar en la posiión INT. El objeto de utilizar esta última plaa es para obtener un nivel de señal sufiiente para ataar el demodulador. Conete la salida SAL FI de la plaa Amplifiador FI-Rx a la entrada ENT FI del demodulador de envolvente y la salida de éste al osilosopio. Intente visualizar en el osilosopio la señal moduladora y la señal demodulada. Para ello, 35

36 puede ser neesario ajustar la ganania del amplifiador FI-Tx y/o el nivel de la señal moduladora, para que el nivel de señal que ataa al demodulador sea el adeuado. (Niveles orientativos: MODULADORA: amplitud de +3,5Vpp y un nivel de ontinua de -9,5V (medido en vaío); SEÑAL DE FI A LA ENTRADA DEL DEMODULADOR (SALIDA DEL AMPLIFICADOR FI Rx): 600 mvpp sobre 50 Ohm). El índie de modulaión, así omo los niveles de señal involurados en los distintos módulos son de muha importania en este tipo de modulaión. Para la demodulaión de una señal DBL debe utilizarse el mismo montaje que para la demodulaión de una señal AM, salvo que debe utilizarse el Demodulador Coherente (líneas disontinuas). Por tanto, debe onetarse la salida SAL FI de la plaa Amplifiador FI-Rx a la entrada FI del demodulador oherente (parte superior de la plaa) y la salida de éste al anal 2 del osilosopio. La señal de referenia del OL se obtiene onetando la salida SAL 2 la plaa Osilador Loal FI a la entrada OL-FI del demodulador oherente. La señal DBL se obtendrá sin más que eliminar el offset del generador de funiones o utilizar las entradas desaopladas en DC de la plaa moduladora. Los niveles orientativos del experimento anterior siguen siendo válidos para este, aunque las demodulaiones oherentes son muho más robustas. Visualie las señales moduladora y demodulada en el osilosopio. Tanto en la demodulaión AM omo en la demodulaión DBL podrá observar que las señales moduladora y demodulada están desfasadas y que este desfase varía on la freuenia de la señal moduladora. Explique este fenómeno EXPERIMENTO nº 4. Caraterizaión del VCO (15 min) Se araterizará a ontinuaión el Osilador Controlado por Tensión, tanto en modo XTAL omo on una tensión ontinua apliada en la entrada de modulaión. Este osilador, que ha servido omo fuente de señal portadora en los experimentos anteriores puede ser modulado 36

37 externamente funionando entones omo modulador FM. Coloque los dos interruptores de la plaa Osilador Loal FI, uno en la posiión INT (podrá variarse la freuenia on el mando orrespondiente de la plaa) y el otro en la posiión XTAL. Conete la salida SAL2 de la plaa al osilosopio argado on 50 Ohm y llleve la SAL1 al freuenímetro (también argado on 50 ohm) tal omo se india en la figura siguiente on línea ontinua. Mida la freuenia de la señal y observe que la amplitud de ésta se puede ajustar on el mando AMPLITUD situado en la itada plaa. Ajústelo hasta tener una señal on una amplitud de aproximadamente 1Vpp. Compruebe que la freuenia de la señal se enuentra en torno a 10,82MHz. ALM/REC MEDIDAS ADQUISICION AUTOCONF Tektronix TDS220 Digital Osillosope UTILIDADES CURSORES IMP PANTALLA COPIA ACT./PARAR FUNCTION GENERATOR GF-1000B PROMAX VERTICAL HORIZONTAL DISPARO POSICION POSICION POSICION NIVEL FREQUENCY COUNTER FD-915B PROMAX k 10k 100k 1M MATE M CH1 MENU CH2 HORIZONTAL MENU MENU MENU MENU VOLTS/DIV VOLTS/DIV SEG/DIV NIVEL 50% LINE FORZ. DISPARO OFFSET AMPLITUD VER DISPARO GATE TIME MHz FILTER CH1 CH2 EXT. TTL OUTPUT INPUT BNC SAL 2 LC XTAL INT EXT SAL 1 FREC. AMPL. BNC OSCILADOR FI 10.8 MHz Pase ahora el interruptor a la posiión LC. Varíe el mando FREC y observe que la freuenia de salida varía aproximadamente entre 10MHz. y 11.6MHz. Coloque seguidamente los onmutadores de la plaa Osilador Loal FI en la posiión EXT y LC. Coloque el mando DC OFFSET del generador de funiones en la posiión OFF. Genere on este generador una señal on amplitud nula (mínima) y una freuenia de 1 KHz. A ontinuaión se variará el offset del generador de modo que la tensión ontinua apliada al VCO pueda ser variada. Se pretende de esta forma utilizar el generador de funiones omo batería, sólo nos importa la tensión ontinua que genera para araterizar el omportamiento freuenia tensión del VCO. Conete la salida del generador de funiones al onetor EXT de la plaa Osilador Loal FI y al anal 1 del osilosopio tal omo se india en la figura on línea de puntos. Ponga el anal 37

38 1 del osilosopio en la posiión aoplamiento en CC on una sensibilidad vertial de 2V/div, lo que le permitirá medir la tensión ontinua que se aplia al VCO (entre +8 V y 8 V), y varie ésta on el mando DC OFFSET del generador de funiones. Mida en el osilosopio la tensión ontinua apliada y on el freuenímetro la freuenia orrespondiente. Anote los resultados en la siguiente tabla: TENSIÓN DE OFFSET (V) FRECUENCIA (MHz) -8V -6V -4V -2V 0V 2V 4V 6V 8V COEFICIENTE K F DEL VCO = KHz/V (medido alrededor de 0V) 3.5. EXPERIMENTO nº 5. Obtenión de una señal modulada en freuenia (15 min) Se utilizará el VCO araterizado anteriormente. Con los interruptores en LC,EXT puede introduirse una señal proedente del generador de funiones y el osilador quedará modulado en freuenia por diha señal. La señal resultante estará era de 10 MHz. Se visualizará la señal moduladora en el osilosopio y la modulada en el analizador de espetros. 38

39 ALM /REC UTILIDADES M EDIDAS ADQUISICION AUTOCONF CURSORES IMP PANTALLA COPIA ACT./PARAR POSICION POSICION M ATEM M ENU POSICION HORIZONTAL NIVEL M ENU NIVEL 50% FORZ. DISPARO VER DISPARO Eletrónia de Comuniaiones. Manual de Laboratorio ( ) Tektr onix TDS220 Digital Osillosope FUNCTION GENERATOR GF-1000B PROMAX VERTICAL HORIZONTAL DISPARO k 10k 100k 1M CH1 MENU CH2 MENU MENU VOLTS/DIV VOLTS/DIV SEG/DIV OFFS E T AMP LITUD CH1 CH2 EXT. TTL OUTPUT HE W LETT ESA-L1500A P A C KAR D SPECTRUM ANALYZER CONTROL SYSTEM FRE Q SPAN AMPL LC XTAL SAL 2 INT EXT FREC. SAL 1 INPUT AMPL. OSCILADOR FI 10.8 MHz Consiga en el generador de funiones un tono modulador de 10 KHz y bajo nivel (amplitud mínima). Module en FM el osilador de 10.8 MHz. Para ello, lleve la salida del generador de funiones a la entrada EXT del mismo utilizando un able on onetores BNC y la transiión adeuada (BNC-RCA). Coloque el analizador de espetros en las siguientes ondiiones: Center Frequeny: 10 MHz Span: 2 MHz Lleve la salida del osilador de FI a la entrada del A.E utilizando un able on onetores BNC. Sintonie orretamente el analizador de modo que la señal quede entrada en pantalla y a ontinuaión reduza el span a 200 KHz para ver on más detalle la señal. Podrá observar parte del espetro de la señal modulada en FM. Por ser muy baja la señal moduladora (el mando AMPLITUDE del generador de funiones debe estar al mínimo), el espetro deberá ser pareido al de una señal AM. Aumente lentamente la amplitud de la moduladora y desriba lo que observa en lo que se refiere al número y amplitud de rayas espetrales y al anho de banda de la señal de FM. Intente onseguir que se anule la raya de la portadora y posteriormente las primeras rayas laterales. Ahora, para una amplitud de la moduladora fija, haga variar ligeramente f m y observe el efeto que tiene (número y amplitud de las rayas, obtenión de nulos). Desriba lo observado. 39

40 A ontinuaión se medirá la desviaión de freuenia de la señal modulada en el analizador de espetros, omprobando la oherenia del resultado on la onstante del VCO medida en el apartado 3.4. Ajuste la freuenia moduladora f m de nuevo a 10 KHz. Ajuste lentamente la amplitud del generador de funiones (partiendo del mínimo) hasta que se anule la raya espetral orrespondiente a la portadora (visualizaión on SPAN de 200 KHz). En esta situaión es onoido que el índie de modulaión β=f D /f m = 2.4 por lo que es inmediato enontrar la desviaión de freuenia f D : KHz Por otra parte f D = K F x m siendo x m la señal moduladora (visualizada en el osilosopio). Compruebe, utilizando el resultado para K F medido anteriormente que el resultado es oherente. f D = K F x m KHz 40

41 ALM /REC UTILIDADES POSICION M EDIDAS CURSORES M ATEM M ENU POSICION ADQUISICION AUTOCONF IMP PANTALLA COPIA ACT./PARAR POSICION HORIZONTAL NIVEL M ENU NIVEL 50% FORZ. DISPARO VER DISPARO Eletrónia de Comuniaiones. Manual de Laboratorio ( ) 3.6. EXPERIMENTO nº 6. Obtenión de una señal modulada en ASK (25 min) La señal ASK puede onsiderarse (de heho lo es) una señal AM on un índie de modulaión del 100%. La plaa generadora de bits aleatorios genera datos de nivel TTL según la freuenia de reloj seleionada (salida de sinronismo TTL del generador de funiones). Por tanto apliando estos datos a un modulador AM, de forma similar a omo se hizo en apartados anteriores, se obtendrá la señal ASK. Realie el montaje de la siguiente figura y ajuste la freuenia del generador de funiones a 32 KHz. FUNCTION GENERATOR GF-1000B PROMAX k 10k 100k 1M Tektr onix TDS220 Digital Osillosope VERTICAL HORIZONTAL DISPARO OFFS E T AMP LITUD CH1 MENU CH2 MENU MENU VOLTS/DIV VOLTS/DIV SEG/DIV TTL OUTPUT CH1 CH2 EXT. GEN. BITS ALEATORIOS RELOJ/2 M. TEST I OL I FI- I MON MONITOR MON. RUIDO ENT. RELOJ EXT INT GEN. M. DATOS RELOJ ENT. I 0/90 o OL 0 o ENT. Q SALIDA FI OL Q FI- Q TEST Q MODULADOR I/Q ENTRADA SALIDA AMPL. AMPLIFICADOR FI TX LC XTAL SAL 2 HE W LETT ESA-L1500A P A C KAR D SPECTRUM ANALYZER CONTROL FRE Q SYSTEM INT EXT SAL 1 SPAN AMPL FREC AMPL. OSCILADOR FI 10.8 MHz INPUT Compruebe en el osilosopio, visualizando el anal 1, que los datos generados se orresponden on la freuenia de reloj seleionada ( unos y eros de duraión 1/32E3 sg). Dado que son aleatorios, no es posible sinronizar el osilosopio para una orreta visualizaión, sin embargo, ésta puede onseguirse sin más que presionar el botón ativar/parar del osilosopio para ver distintas tramas. La base de tiempos debe ajustarse en onsonania on el número de datos que se quieran ver. Si visualiza simultáneamente el anal 2 (señal modulada) observará la presenia de señal de FI uando el dato es un uno y ausenia de señal de FI uando el dato es un ero. Visualie también la señal modulada en el analizador de espetros (entrando orretamente la señal en 41