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informe final laboratorio 3
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Informe Previo Laboratorio Nº 03: Detector AM
Facultad de Ingeniería Eléctrica y Electrónica,
Universidad Nacional de Ingeniería Lima, Perú
José Luis Lázaro Sánchez
I. OBJETIVO
-Los siguientes experimentos tienen como finalidad:
Diseñar y construir un Detector de envolvente para las
siguientes condiciones:
• Frecuencia inicial de la señal de audio 300Hz
• Índice de modulación 1/3
• Frecuencia de la señal portadora 300 KHz
II. FUNDAMENTO TEORICO
Se denomina modulación al proceso de colocar la
información contenida en una señal, generalmente de
baja frecuencia, sobre una señal de alta frecuencia.
Debido a este proceso la señal de alta frecuencia
denominada portadora, sufrirá la modificación de
alguna de sus parámetros, siendo dicha modificación
proporcional a la amplitud de la señal de baja
frecuencia denominada moduladora.
A la señal resultante de este proceso se la denomina
señal modulada y la misma es la señal que se transmite.
Es necesario modular las señales por diferentes
razones:
- Si todos los usuarios transmiten a la frecuencia de la
señal original o moduladora, no será posible reconocer
la información inteligente contenida en dicha señal,
debido a la interferencia entre las señales transmitidas
por diferentes usuarios.
- A altas frecuencias se tiene mayor eficiencia en la
transmisión, de acuerdo al medio que se emplee.
- Se aprovecha mejor el espectro electromagnético, ya
que permite la multiplicación por frecuencias.
-En caso de transmisión inalámbrica, las antenas tienen
medidas más razonables.
En resumen, la modulación permite aprovechar mejor
el canal de comunicación ya que posibilita transmitir
más información en forma simultánea por un mismo
canal y/o proteger la información de posibles
interferencias y ruidos.
TIPOS DE MODULACIÓN
Existen básicamente dos tipos de modulación: la
modulación ANALÓGICA, que se realiza a partir de
señales analógicas de información, por ejemplo la voz
humana, audio y video en su forma eléctrica y la
modulación DIGITAL, que se lleva a cabo a partir de
señales generadas por fuentes digitales, por ejemplo
una computadora.
Modulación Analógica: AM, FM, PM
Modulación Digital: ASK, FSK, PSK, QAM
*Modulación por amplitud (am).
Este es un caso de modulación donde tanto las señales
de transmisión como las señales de datos son
analógicas.
Un modulador AM es un dispositivo con dos señales
de entrada, una señal portadora de amplitud y
frecuencia constante, y la señal de información o
moduladora. El parámetro de la señal portadora que es
modificado por la señal moduladora es la amplitud.
En otras palabras, la modulación de amplitud (AM) es
un tipo de modulación lineal que consiste en hacer
variar la amplitud de la onda portadora de forma que
esta cambie de acuerdo con las variaciones de nivel de
la señal moduladora, que es la información que se va a
transmitir.
*Modulación por frecuencia (fm).
La frecuencia modulada (FM) o modulación de
frecuencia es una modulación angular que
transmite información a través de unaonda
portadora variando su frecuencia (contrastando esta
con la amplitud modulada o modulación de
amplitud (AM), en donde laamplitud de la onda es
variada mientras que su frecuencia se mantiene
constante). En aplicaciones analógicas, la frecuencia
instantánea de la señal modulada es proporcional al
valor instantáneo de la señal
moduladora. Datos digitales pueden ser enviados por
el desplazamiento de la onda de frecuencia entre un
conjunto de valores discretos, una modulación
conocida como FSK.
La frecuencia modulada es usada comúnmente en
las radiofrecuencias de muy alta frecuencia por la alta
fidelidad de laradiodifusión de la música y
el habla (véase Radio FM). El sonido de
la televisión analógica también es difundido por medio
de FM. Un formulario de banda estrecha se utiliza para
comunicaciones de voz en la radio comercial y en las
configuraciones deaficionados. El tipo usado en la
radiodifusión FM es generalmente llamado amplia-FM
o W-FM (de la siglas en inglés "Wide-FM"). En la
radio de dos vías, la banda estrecha o N-FM (de la
siglas en inglés "Narrow-FM") es utilizada para
ahorrar banda estrecha. Además, se utiliza para enviar
señales al espacio.
La frecuencia modulada también se utiliza en las
frecuencias intermedias de la mayoría de los sistemas
de vídeo analógico, incluyendo VHS, para registrar
la luminancia (blanco y negro) de la señal de video.
La frecuencia modulada es el único método factible
para la grabación de video y para recuperar de la cinta
magnética sin la distorsión extrema, como las señales
de vídeo con una gran variedad de componentes de
frecuencia - de unos pocos hercios a
varios megahercios, siendo también demasiado amplia
para trabajar con equalisers con la deuda al ruido
electrónico debajo de -60 dB. La FM también
mantiene la cinta en el nivel de saturación, y, por
tanto, actúa como una forma de reducción de ruido del
audio, y un simplecorrector puede enmascarar
variaciones en la salida de la reproducción, y que
la captura del efecto de FM elimina a través
de impresión y pre-eco. Un piloto de tono continuo, si
se añade a la señal - que se hizo en V2000 o video
2000 y muchos formatos de alta banda - puede
mantener el temblor mecánico bajo control y ayudar
al tiempo de corrección.
Dentro de los avances más importantes que se
presentan en las comunicaciones, la mejora de un
sistema de transmisión y recepción en características
como la relación señal – ruido, sin duda es uno de los
más importantes, pues permite una mayor seguridad
en las mismas. Es así como el paso de Modulación en
Amplitud (A.M.), a la Modulación en Frecuencia
(F.M.), establece un importante avance no solo en el
mejoramiento que presenta la relación señal ruido,
sino también en la mayor resistencia al efecto del
desvanecimiento y a la interferencia, tan comunes en
A.M.
La frecuencia modulada también se utiliza en
las frecuencias de audio para sintetizar sonido. Está
técnica, conocida como síntesis FM, fue popularizada
a principios de lossintetizadores digitales y se
convirtió en una característica estándar para varias
generaciones de tarjetas de sonido de computadoras
personales.
*Modulación por fase (pm).
Tipo de modulación que se caracteriza porque la fase
de la onda portadora varía directamente de acuerdo
con la señal modulante, resultando una señal
de modulación en fase.
Se obtiene variando la fase de una señal portadora de
amplitud constante, en forma directamente
proporcional a la amplitud de la señal modulante. La
modulación de fase no suele ser muy utilizada porque
se requieren equipos de recepción más complejos que
los de frecuencia modulada. Además puede presentar
problemas de ambigüedad para determinar por
ejemplo si una señal tiene una fase de 0º o 180º.
III. EQUIPOS Y MATERIALES
a) Generador de audio: 300 hz – 30Khz
b) Equipo Modulador
c) Osciloscopio 25mhz , 5mV/div
IV. PROCEDIMIENTO
4.1 FUNCIONAMIENTO DEL MODULADOR
a. Conecte a la entrada del modulador , el generador de
audio, y a su salida el osciloscopio; como se muestra
en la fig. 1 . Si trabaja con osciloscopio de 2 canales
conecte la salida del generador de audio al otro canal.
b. Varíe lentamente la amplitud del generador de audio
hasta obtener en la salida del
modulador, una señal de salida máxima.(ajustar la
frecuencia del modulador en 300 Khz.).
c. Obtenga 1 Vpp en la salida del modulador, para lo
cual regule la amplitud de la portadora
d. Varíe la frecuencia del generador de audio a la
frecuencia hasta 1Khz, observe la señal de salida del
modulador .
4.2. RESPUESTA EN FRECUENCIA DEL
MODULADOR
a. Manteniendo constante el porcentaje de modulación
(se recomienda un 50%); varie la
frecuencia de la señal moduladora entre 100hz y 20
Khz
b. Mida y anote la amplitud de la señal modulada para
cada variación de la frecuencia de la moduladora.
4.3 LINEALIDAD DEL MODULADOR
a. Manteniendo constante la frecuencia de la señal
moduladora a 1Khz, varíe la amplitud de la señal
moduladora para cada porcentaje de modulación entre
10% al 90%
b. Mida y anote la amplitud de la señal moduladora
para cada porcentaje de modulacion
c. Repita las mediciones sindicadas para frecuencias
moduladoras de 300 hz y 10khz
V. RESPUESTA A PREGUNTAS
1. Identifique y explique la expresión matemática
de las bandas laterales.
Considerando la señal portadora cómo:
La señal modulada en DBL responde a la siguiente
ecuación:
donde es la señal de información (mensaje),
y la señal modulada en DBL.
Se trata pues, de multiplicar la señal moduladora y la
señal portadora de forma de obtener una señal cuya
envolvente es directamente la señal de información
multiplicada por la amplitud de la portadora.
Espectralmente, esto equivale a convolucionar las dos
señales, por tanto, desplazar el espectro de la señal
moduladora centrándolo en la frecuencia de la
portadora, positiva y negativa. Esto implica que
el ancho de banda de la señal DBL es, como en AM, el
doble del ancho de banda del mensaje.
La principal ventaja de la modulación DBL respecto la
modulación AM es que toda la potencia de la señal
moduladora se emplea en la transmisión de la
información, de modo que la relación señal-
ruido (SNR) en recepción será mayor.
El principal inconveniente es que su demodulación es
más complicada, ya que el hecho de multiplicar
directamente la señal portadora y la moduladora,
implica que la envolvente de la señal modulada es
directamente x(t), y teniendo en cuenta que x(t) tomará
valores positivos y negativos, no podremos recuperar
la información con un simple detector de envolvente.
*La modulación SSB es usada habitualmente por los
servicios marítimos (estaciones costeras telefonía
dirigida a barcos...) o los aviones (en viajes
transoceánicos) cuando las distancias a salvar son
grandes y se necesitan grandes potencias de emisión.
Sea 𝑡 el tiempo, 𝑥(𝑡) la señal moduladora, 𝑥(𝑡) la
transformada de Hilbert de la señal moduladora y 𝑓𝑜la
frecuencia de la portadora. Se puede demostrar que la
señal modulada en banda lateral única con portadora
suprimida, 𝑦(𝑡), es:
𝑦(𝑡) = 𝑥(𝑡). cos(2𝜋𝑓𝑜𝑡) − 𝑥(𝑡). 𝑠𝑒𝑛(2𝜋𝑓𝑜𝑡)
Para una modulación en banda lateral superior, o bien
𝑦(𝑡) = 𝑥(𝑡). cos(2𝜋𝑓𝑜𝑡) + 𝑥(𝑡). 𝑠𝑒𝑛(2𝜋𝑓𝑜𝑡)
Para una modulación en banda lateral inferior.
2. En la expresión matemática determine la
potencia de las bandas laterales y sustente su
relación con respecto a la potencia de la portadora.
La amplitud máxima de cada banda lateral está dada
por la expresión:
y cómo la potencia es proporcional al cuadrado de la
tensión, la potencia de la señal modulada resultará la
suma de la potencia de la señal portadora mas la
potencia de ambas bandas laterales:
Para que la igualdad sea posible debemos tener en
cuenta las potencias en lugar de las tensiones:
En el caso de que la modulación sea al cien por
ciento, entonces y por lo tanto la potencia de
la señal modulada será:
O lo que es lo mismo:
De lo último se desprende que la onda
portadora consumirá dos tercios de la potencia total,
dejando un tercio para ambas bandas laterales.
Potencia en doble banda lateral:
Podemos calcular la potencia de la señal modulada
DBL a partir de su expresión temporal calculando
la esperanza de ésta al cuadrado.
dónde es la potencia de la señal moduladora y Ap
la amplitud de la portadora.
3. Defina la densidad de energía y potencia
5. Describa con ejemplos los diferentes tipos de
moduladores de amplitud, graficar y explicar su
esquema eléctrico.
MODULACION EN DOBLE BANDA LATERAL
(DSB)
Se puede definir como AM con la portadora
suprimida con el objeto de ahorrar potencia. Este tipo
de modulación se usa en comunicación punto a punto
donde hay un solo receptor ya que este sería más
complejo que en AM. También se utiliza para colocar
los canales derecho e izquierdo ( R y L) en FM
estéreo, con el propósito de tener buena reproducción
en la zona de baja frecuencia; por esta misma razón,
algunos sistemas de telemetría usan el esquema DSB.
La Figura Nº 3.2 muestra la señal xDSB(t) para un
mensaje x(t) sinusoidal. Como se ve la envolvente no
sigue la forma del mensaje.
Figura Nº 3.2 Modulación DSB
* Espectro de una señal DSB
Supongamos un mensaje x(t) cuyo espectro ocupa una
banda W tal y como se ilustra:
Al transformar la señal DSB , se tendrá:
XDSB(f) = (Ac /2) X ( f-fc) + (Ac /2) X ( f+fc)
Gráficamente:
Se observa que solo aparece el espectro del mensaje
trasladado en frecuencia ( no aparece la portadora) por
lo que el ancho de banda es , como en AM, igual a
2W.
*Cálculo de potencia de la señal DSB
Determinemos la potencia de la señal DSB ,
promediando el cuadrado de xDSB(t) .
<(xDSB(t))2 > =< Ac2 x2 (t)Cos2ct> =
< 0.5 Ac2x2 (t) Cos2 ct + 0.5 Ac2x2 (t) >
Pero <x2 (t) Cos2 ct> = 0 porque x2 (t) no coincide
en frecuencia con Cos2 ct . Así:
<( xDSB(t))2 > = < 0.5 Ac2x2 (t) >
Si llamamos Sx a la potencia del mensaje x(t) :
<( xDSB(t))2 > =0.5 Ac2Sx = 2 PSB
La eficiencia resulta:
Eficiencia= (2 PSB / Ptotal ) x 100% = 100%
En conclusión podemos decir que DSB es un sistema
que produce:
a) Un ancho de banda de transmisión igual al doble
del ancho de banda del mensaje (2W)
b) Una eficiencia de 100%.
Falta por analizar la complejidad de sus esquemas
prácticos de modulación y demodulación, cosa que
veremos a continuación.
*Moduladores DSB
Para conseguir una señal DSB se necesita básicamente
un multiplicador que puede ser analógico o basado en
la función logaritmo tal y como se explicó para AM.
Existen otras formas de lograr la modulación DSB:
a) Utilizando elementos no lineales.
c) Utilizando 2 moduladores AM ( Modulador
balanceado)
* Moduladores que utilizan elementos no lineales:
Por ejemplo se pueden usar dispositivos donde :
xout (t) = a1 xin2(t) .
Si se tiene xin (t) = AcCos ct.+ x(t)
xout (t) = a1 ( AcCos ct.+ x(t))2
xout(t)=a1 Ac2Cos2
ct.+2 a1 Acx(t)Cos ct.+ a1 x 2 (t)
Los 3 términos están:
Término 1: Ubicado f= 2fcy en f=0
Término 2: Ubicado alrededor de fc (Necesario para la
señal DSB)
Término 3: Ubicado en banda base, ancho 2W.
Por lo tanto si xout(t)pasa por un filtro pasabanda
ubicado en fccon ancho de banda 2W , solo quedará:
xout(t)=2 a1 Acx(t)Cos ct que es una señal DSB.
Como los dispositivos no lineales de ley cuadrática
perfecta son difíciles de conseguir, en la práctica se
utilizan dos moduladores AM que, combinados como
se indica a continuación, producen un modulador
balanceado.
En la rama superior, a la salida del modulador AM se
tiene
Ac( 1 + 0.5x(t)) Cos ct
En la rama inferior, a la salida del modulador AM se
tiene
Ac( 1 - 0.5x(t)) Cos ct
Al restar estas dos señales se obtiene la señal DSB.
MODULACION EN DOBLE BANDA LATERAL
VESTIGIAL(VSB)
La modulación de banda lateral vestigial, en
inglés Vestigial Side Band (VSB), es una modulación
lineal que consiste en filtrar parcialmente una de las
dos bandas laterales resultantes de una modulación en
doble banda lateral o de una modulación AM.
Esta modulación se utiliza en la transmisión de la
componente de luminancia en los
sistemas PAL, SECAM y NTSC de televisión analógi
ca. La banda lateral que es parcialmente filtrada
constituye un vestigio de la banda lateral original y
porta habitualmente del 5% al 10% de la potencia
total transmitida, mejorando la relación señal a ruido
en las bajas frecuencias de la señal moduladora.
Las principales ventajas de este sistema son:
Ocupa menor ancho de banda que la modulación
en AM de Doble Banda Lateral DSB-LC
Puede ser demodulada usando demoduladores
síncronos de AM
No requiere de filtros tan abruptos (filtros mas
realizables en la realidad)
MODULACION EN CUADRATURA (QAM)
El QAM es una forma de modulación digital en donde
la información digital esta contenida, tanto en
la amplitud, como en la fase de la portadora
transmitida. En el transmisor se omite un inversor
entre el canal C y el modulador de producto Q para 8-
PSK.
Los datos que están entrando se dividen en grupos de
3 bits: los flujos de bits I, Q y C cada uno con una tasa
de bits igual a un tercio de la tasa de datos que están
entrando. Los bits I y Q determinan la polaridad de la
señal PAM y el canal C determina la magnitud.
La única diferencia en el receptor con respecto a 8-
PSK son las diferencia en los niveles PAM, en la
salida de los detectores de producto, la señales
binarias a la salida de los convertidores analógico y
digital. Debido a que hay dos amplitudes de
transmisión posibles, con 8-QAM, que son diferentes
de aquellas factibles con el 8-PSK, los cuatro niveles
PAMdemodulados, son diferentes de aquellos en 8-
PSK.
*Desplazamiento de fase binaria (BPSK)
Con este tipo de modulación son posible dos fases de
salida para una sola frecuencia de portadora. Una fase
de salida representa un 1 lógico y la otra un 0 lógico.
Conforme la señal digital de entrada cambia de
estado, la fase de la portadora de salida se desplaza
entre dos ángulos que están 180º fuera de fase. El
BPSK es una forma de modulación de onda cuadrada
de portadora suprimida de una señal de onda continua.
*Transmisor de BPSK. La fig. 4 muestra un
diagrama a bloques de un modulador BPSK.
Demodulador balanceado actúa como un conmutador
para invertir la fase. Dependiendo de la condición
lógica de la entrada digital, la portadora se transfiere a
la salida, ya sea en fase o 180º fuera de fase, con el
oscilador de la portadora de referencia.
6. Cuáles son las diferencias entre una transmisión
de señal SSB (Single Side Band), DSB (Doubleside
Band), SSB con portadora suprimida.
Modulación en banda lateral
única (BLU) o (SSB) (del inglés Single Side Band) es
una evolución de la AM. La banda lateral unica es
muy importante para la rama de la electrónica básica
ya que permite transmitir señales de radio frecuencia
que otras modulaciones no pueden transmitir.
En la transmisión en Amplitud Modulada se gasta la
mitad de la energía en transmitir una onda de
frecuencia constante llamada portadora, y sólo un
cuarto en transmitir la información de la señal
moduladora (normalmente voz) en una banda de
frecuencias por encima de la portadora. El otro cuarto
se consume en transmitir exactamente la misma
información, pero en una banda de frecuencias por
debajo de la portadora.
Es evidente que ambas bandas laterales son
redundantes, bastaría con enviar una sola. Y la
portadora tampoco es necesaria.
Por medio de filtros colocados en el circuito de
transmisión, el transmisor BLU elimina la portadora y
una de las dos bandas.
El receptor, para poder reproducir la señal que recibe,
genera localmente -mediante un oscilador- la
portadora no transmitida, y con la banda lateral que
recibe, reconstruye la información de la señal
moduladora original.
Un ejemplo de emisor / receptor BLU es el BITX.
Doble-sideband la transmisión del transportista
suprimido (DSB-Consejero-principal): la transmisión
en la cual las frecuencias (a) producidas por la
modulación de amplitud son simétricamente
espaciadas encima y debajo de la frecuencia del
transportista y (b) el nivel del transportista se reduce
al nivel práctico más bajo, idealmente completamente
suprimido.
En la doble-sideband transmisión del transportista
suprimido (DSB-Consejero-principal) modulación, a
diferencia de la mañana, el transportista de onda no se
transmite; así, un gran porcentaje del poder que se
dedica a ello se distribuye entre el sidebands, que
implica un aumento de la tapa en el DSB-Consejero-
principal, comparado con de la mañana, para el
mismo poder usado.
La transmisión del DSB-Consejero-principal es un
caso especial de la Doble-sideband transmisión del
transportista reducida.
Esto se usa para RDS (Sistema de datos de la Radio).
7. Defina la modulación por Banda Lateral
Residual, espectro en frecuencia, aplicaciones.
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.
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.
La modulación VSB es buena para el caso de voz en
donde no tenemos componentes a baja frecuencia de
forma que se puede de modular la señal de forma
sencilla. Cuando la señal moduladora m(t) tiene
componentes a frecuencias extremadamente bajas
(como en el caso de se˜nales de TV), la banda lateral
superior e inferior se juntan a la frecuencia de la
portadora. Por ello, la modulación VSB no es
apropiada debido a la dificultad de aislar una de las
bandas laterales. Esto sugiere otro tipo de
modulacion: la banda lateral residual (VSB:
VestigeSideBand), que establece un compromiso
entre SSB y DSB. En este tipo
de modulacion se transmite casi completamente una
de las bandas laterales, mientras que la otra solo se
transmite una parte muy pequeña (la banda residual).
Para el caso de una señal moduladora con ancho de
banda W como la de la figura 6.1, el espectro de la
señal VSB usando banda residual superior se muestra
en la figura 6.2. La cantidad de banda lateral no
deseada transmitida (superior) compensa a la cantidad
de banda lateral deseada eliminada (inferior).
8. Dar ejemplos de tipos de moduladores de banda
lateral residual, grafique su esquema.
Cuando se quiere ahorrar ancho de banda, la
modulación SSB parece la más adecuada. Sin
embargo, dado que es imposible eliminar exactamente
la banda indeseada, este esquema de modulación
produce una mala reproducción de las bajas
frecuencias; ademas es bastante complicado generarla
y detectarla. Aparece entonces un esquema de
modulación que mejora estos dos últimos problemas a
cambio de un ligero aumento del ancho de banda.
Esto produce VSB o banda lateral vestigial, que deja
pasar casi completamente una banda y un vestigio de
la otra tal y como se muestra a continuación. La
aplicación más difundida de VSB es en TV comercial.
La señal VSB puede ser vista como una señal DSB
filtrada de manera muy particular. Las características
de dicho filtro se deducen imponiendo como
condición que el mensaje se pueda recuperar con un
detector síncrono como en todos los otros métodos de
modulación lineal. Veamos este análisis:
TRANSMISOR: La señal DSB tiene un espectro de la
siguiente forma
XDSB(f)= Ac/2 [ X(f-fc) + X(f+fc) ]
Al pasarla por el filtro VSB:
XVSB(f)= Ac/2 [ X(f-fc) + X(f+fc) ] H(f)
RECEPTOR: Si se quiere recuperar el mensaje con un
detector síncrono, el cual lo primero que hace es
multiplicar la señal VSB por un tono de frecuencia fc,
se tendría lo siguiente:
A /2 [ XVSB (f-fc) + XVSB (f+fc) ]=
=
Al pasar por el filtro pasabajo del detector síncrono,
solo queda:
Para esto, [H (f+fc) + H (f-fc) ] = constante para
|f| W. Esto sería posible si H(f) fuese por ejemplo
cualquiera de las dos respuestas siguientes:
9. Grafique y explique el diagrama de bloques de
un transmisor BLU.
Vamos a describir dos metodos utilizados de forma
general para generar senalesSSB: discriminador en
frecuencia y discriminador en fase. El primero de
estos metodos se basa en el dominio de la frecuencia,
mientras que el segundo de ellos en el dominio del
tiempo, respectivamente.
Metodo Discriminador en Frecuencia
Este metodo se puede utilizar para generar una senal
SSB cuando la senal banda base esta restringida en
frecuencia a una banda W1 <|f| < W2, o lo que es lo
mismo, la se˜nal banda base no tiene componentes por
debajo de una cierta frecuencia W1. Bajo estas
condiciones la banda lateral deseada aparecera
separada de la banda lateral no deseada y se podra
obtener la senal SSB mediante filtrado. Un modulador
de SSB basado en el dominio de la frecuencia estara
formado por un modulador producto (por ejemplo un
modulador en
estrella) que genere una senal DSB, seguido de un
filtro paso banda que deje pasar la banda deseada y
elimine la otra. En la figura 5.9 se puede ver el
esquema de este tipo de modulador.
El requisito mas severo de este metodo proviene de la
banda lateral no deseada: la componente en frecuencia
mas cercana de la banda no deseada a la deseada esta
separada dos veces la menor componente de la senal
moduladora, es decir 2W1. El filtro debe cumplir dos
requisitos:
La banda de paso del filtro ocupa la misma banda de
frecuencias que la banda lateral deseada.
El ancho de la banda de transicion del filtro, que
separa la banda de paso de la banda de corte del filtro,
debe ser como mucho dos veces la menor componente
frecuencial de la senal moduladora, 2W1.
En general, ya que la frecuencia portadora fces muy
grande comparada con 2W1, es muy difıcil disenar un
filtro que deje pasar la banda deseada y rechace la no
deseada. En este caso es necesario utilizar el esquema
mostrado en la figura 5.10. Como se puede ver, se
requieren dos etapas de modulacion. La salida del
primer filtro se utiliza como senal moduladora del
segundo modulador, dando lugar a otra senal DSB
cuyo espectro será simetrico con respecto a fc2 .
Ahora la separacion entre la banda lateral superior y la
inferior es 2fc1 , permitiendo que la banda no deseada
se pueda eliminar de forma sencilla mediante filtrado.
10. La señal AM con frecuencia de portadora Fc
que emite un transmisor se propaga en el espacio
libre, cuál es la potencia Pr que recibe el receptor
ubicado a una distancia D del transmisor que
cuenta con una antena de ganancia Gr y Gt
respectivamente.
Considerar un factor de pérdida igual a 1.
La razón de transmisión entre las dos antenas esta
dada por:
𝑃𝑟
𝑃𝑡=
𝐺𝑡 ∗ 𝐺𝑟 ∗ 𝜆2
(4 ∗ 𝜋 ∗ 𝑅)2 ∗ 𝐹𝑝
Si consideramos ambas antenas isotrópicas
(ganancia=1) la ecuación resultante nos da las
perdidas de propagación por el medio (espacio libre)
independientemente de las antenas.
𝑃𝑒𝑟𝑑𝑖𝑑𝑎𝑠 =𝜆2
(4 ∗ 𝜋 ∗ 𝑅)2
Luego 𝐹𝑝 = 1, 𝜆 =𝐶
𝑓=
3∗108
𝐹𝑐 y también: 𝑅 = 𝐷 ,
pero como se trata de una señal modulada AM
entonces se conoce la potencia de transmisión:
𝑃𝑡 = (1 +< 𝑚2 >
2) ∗ 𝐴𝑐2
Remplazando datos obtenemos:
𝑃𝑟 =𝐺𝑡 ∗ 𝐺𝑟 ∗ (
3 ∗ 108
𝐹𝑐)2
(4 ∗ 𝜋 ∗ 𝐷)2 ∗ (1 +< 𝑚2 >
2) ∗ 𝐴𝑐2
11. El transmisor AM de una estación de
radiodifusión con frecuencia de portadora de 1160
Khz. qué tipo de antena usara para transmitir su
señal desde los estudios hasta su planta
transmisora ubicada en línea de vista a una
distancia de 2 Km?
Las antenas parabólicas usan características físicas así
como antenas de elementos múltiples para alcanzar
muy alta ganancia y direccionalidad. Estas antenas
usan un plato reflector con la forma de una parábola
para enfocar las ondas de radio recibidas por la antena
a un punto focal. La parábola también funciona para
capturar la energía radiada por la antena y enfocarla
en un haz estrecho al transmitir. Como puede verse en
la Figura 5, la antena parabólica es muy direccional.
Al concentrar toda la potencia que llega a la antena y
enfocarla en una sola dirección, este tipo de antena es
capaz de proveer muy alta ganancia.
Figura 5, Patrón de Elevación de Plato Parabólico
12. Las ondas de propagación terrestre o superficial
y las ondas espacial (aire) sufren atenuaciones
debido a que tipos de perdidas?
La propagación de ondas se refiere a la propagación
de ondas electromagnéticas
en el espacio libre. Aunque el espacio libre
realmente implica en el vacío, con frecuencia la
propagación por la atmósfera terrestre se llama
propagación por el espacio libre y se puede
considerar siempre así. La principal diferencia es que
la atmósfera de la Tierra introduce perdidas de la
señal que no se encuentran en el vacío.
Las ondas electromagnéticas se propagan a través de
cualquier material dieléctrico incluyendo el aire pero
no se propagan bien a través de conductores con
pérdidas como el agua de mar ya que los campos
eléctricos hacen que fluyan corrientes en el material
disipando con rapidez la energía de las ondas.
Las ondas de radio se consideran ondas
electromagnéticas como la luz y al igual que ésta,
viajan a través del espacio libre en línea recta
con una velocidad de 300,000,000 (3108 ) metros
por segundo. Otras formas de ondas electromagnéticas
son los rayos infrarrojos, los ultravioleta, los rayos X
y los rayos gamma.
Las ondas de radio se propagan por la atmósfera
terrestre con energía transmitida por la fuente,
posteriormente la energía se recibe del lado de la
antena receptora.
La radiación y la captura de esta energía son
funciones de las antenas y de la distancia entre
ellas.
12.1 Pérdidas de la señal en el espacio libre
El espacio libre puede ser considerado como
vacío y no se consideran pérdidas.
Cuando las ondas electromagnéticas se encuentran
en el vacío, se llegan a
dispersar y se reduce la densidad de potencia a lo
que es llamado atenuación. La atenuación se presenta
tanto en el espacio libre como en la atmósfera
terrestre. La atmósfera terrestre no se le considera
vacío debido a que contiene partículas que pueden
absorber la energía electromagnética y a este tipo de
reducción de potencia se le llama pérdidas por
absorción la cual no se presenta cuando las ondas
viajan afuera de la atmósfera terrestre.
12.2 Propagación terrestre de las ondas
electromagnéticas
Las ondas terrestres son todas las ondas
electromagnéticas que viajan dentro de la atmósfera
terrestre, así también, las comunicaciones entre dos o
más puntos de la 4 Tierra son llamadas
radiocomunicaciones. Las ondas terrestres se ven
influidas por la atmósfera y por la Tierra misma.
Las radiocomunicaciones terrestres se pueden
propagar de distintas formas y estas formas dependen
de la clase de sistema y del ambiente, las ondas
terrestres tienden a viajar en línea recta, pero tanto la
Tierra como la atmósfera pueden alterar su
trayectoria. Existen tres formas de propagación de
ondas electromagnéticas dentro de la atmósfera que
corresponden a las ondas terrestres, ondas espaciales y
ondas celestes o ionosféricas. Mostradas en la figura
2.1 cuando las ondas viajan directamente del
transmisor al receptor se le llama transmisión de
línea de vista (LOS-Line of Sight por sus siglas en
ingles).
12.3 Propagación de ondas terrestres
Las ondas terrestres son las ondas que viajan por la
superficie de la tierra, éstas deben de estar
polarizadas verticalmente debido a que el campo
eléctrico en una onda polarizada horizontalmente
sería paralelo a la superficie de la tierra y se
pondría en corto por la conductividad del suelo.
En las ondas terrestres el campo eléctrico variable
induce voltajes en la superficie terrestre que hacen
circular corrientes muy parecidas a las de una
línea de transmisión. La superficie terrestre
también tiene pérdidas por resistencia y por
dieléctrico. Por consiguiente, las ondas terrestres
se atenúan a medida que se 5 propagan haciéndolo
mejor sobre una superficie buena conductora como
el agua salada y son mal propagadas en superficies
como desiertos. La atmósfera terrestre tiene un
gradiente de densidad, es decir, la densidad
disminuye en forma gradual conforme aumenta la
distancia a la superficie terrestre, esto hace que el
frente de onda se incline en forma progresiva
hacia adelante. Así, la onda terrestre se propaga en
torno a la Tierra y queda cerca de su superficie
pudiéndose propagar más allá del horizonte o
incluso por toda la circunferencia de la Tierra
como se muestra en la figura 2.2.
12.4 Propagación de ondas espaciales
Esta clase de propagación corresponde a la
energía irradiada que viaja en los kilómetros
inferiores de la atmósfera terrestre. Las ondas
espaciales son todas las ondas directas y reflejadas
en el suelo como se muestra en la figura 2.3.
Las ondas directas viajan esencialmente en línea recta
de la antena transmisora a la receptora. Esta
transmisión se le llama transmisión de línea de
vista. Esta transmisión se encuentra limitada
principalmente por la curvatura de la tierra. La
curvatura de la Tierra presenta un horizonte en la
propagación de las ondas espaciales, que se suele
llamar el horizonte de radio.
13. Explique la refracción, difracción y reflexión
producida por la propagación de ondas.
La reflexión:
Ocurre cuando una señal electromagnética, que se
propaga, golpea sobre un objeto cuyas dimensiones son
mucho más grandes que la longitud de onda de la señal
electromagnética y que tiene diferentes propiedades
eléctricas. Un porcentaje de la señal es transmitido
dentro del objeto y otro porcentaje es reflejado.la señal
se refleja con un Angulo de reflexión.
La refracción:
Es el cambio de dirección de una onda cuando cruza el
límite entre dos medios en los cuales la onda viaja con
diferente rapidez.
El fenómeno de la refracción supone un cambio en la
velocidad de propagación de la onda, cambio asociado
al paso de un medio a otro de diferente naturaleza o de
diferentes propiedades. Este cambio de velocidad da
lugar a un cambio en la dirección del movimiento
ondulatorio. Como consecuencia, la onda refractada se
desvía un cierto ángulo respecto del incidente.
La refracción se presenta con cierta frecuencia debido
a que los medios no son perfectamente homogéneos,
sino que sus propiedades y, por lo tanto, la velocidad
de propagación de las ondas en ellos, cambian de un
punto a otro. La propagación del sonido en el aire sufre
refracciones, dado que su temperatura no es uniforme.
En un día soleado las capas de aire próximas a la
superficie terrestre están más calientes que las altas y
la velocidad del sonido, que aumenta con la
temperatura, es mayor en las capas bajas que en las
altas. Ello da lugar a que el sonido, como consecuencia
de la refracción, se desvía hacia arriba. En esta
situación la comunicación entre dos personas
suficientemente separadas se vería dificultada. El
fenómeno contrario ocurre durante las noches, ya que
la Tierra se enfría más rápidamente que el aire
La difracción es un fenómeno característico de las
ondas, éste se basa en el curvado y esparcido de las
ondas cuando encuentran un obstáculo o al atravesar
una rendija. La difracción ocurre en todo tipo de ondas,
desde ondas sonoras, ondas en la superficie de un
fluido y ondas electromagnéticas como la luz y las
ondas de radio.
14. Explique la influencia de la ionosfera en las
transmisiones de radio.
Ionosfera: se extiende desde una altura de casi 80 km
sobre la superficie terrestre hasta 640 km o más.
Cuando las partículas de la atmósfera experimentan
una ionización por radiación ultravioleta, tienden a
permanecer ionizadas debido a las mínimas colisiones
que se producen entre los iones. La ionosfera tiene una
gran influencia sobre la propagación de las señales de
radio. Una parte de la energía radiada por un transmisor
hacia la ionosfera es absorbida por el aire ionizado y
otra es refractada, o desviada, de nuevo hacia la
superficie de la Tierra. Este último efecto permite la
recepción de señales de radio a distancias mucho
mayores de lo que sería posible con ondas que viajan
por la superficie terrestre.
15. Explique la zona de Fresnel y la interferencia
que causaría en la propagación de ondas.
Se llama zona de Fresnel al volumen de espacio entre
el emisor de una onda -electromagnética, acústica, etc.-
y un receptor, de modo que el desfase de las ondas en
dicho volumen no supere los 180º.
Así, la fase mínima se produce para el rayo que une en
línea recta al emisor y el receptor. Tomando su valor de
fase como cero, la primera zona de Fresnel abarca hasta
que la fase llegue a 180º, adoptando la forma de un
elipsoide de revolución. La segunda zona abarca hasta
un desfase de 360º, y es un segundo elipsoide que
contiene al primero. Del mismo modo se obtienen las
zonas superiores.
La obstrucción máxima permisible para considerar que
no hay obstrucción es el 40% de la primera zona de
Fresnel. La obstrucción máxima recomendada es el
20%. Para el caso de radiocomunicaciones depende del
factor K (curvatura de la tierra) considerando que para
un K=4/3 la primera zona de fresnel debe estar
despejada al 100% mientras que para un estudio con
K=2/3 se debe tener despejado el 60% de la primera
zona de Fresnel.
Para establecer las zonas de Fresnel, primero debemos
determinar la línea de vista de RF, que de forma simple,
es la línea recta que une los focos de las antenas
transmisora y receptora.
La fórmula genérica de cálculo de las zonas de Fresnel
es:
16. Describir el espectro radioeléctrico- determinar
las bandas de frecuencia.
*Espectro radioeléctrico
El espectro radioeléctrico es un concepto fundamental
en materia de telecomunicaciones, que se encuentra
asociado a las comunicaciones inalámbricas y puede
ser entendido como el medio en el que se propagan las
ondas electromagnéticas que son empleadas en dicho
tipo de comunicaciones para transmitir información
(datos, imágenes, voz, sonido, etc.)
Bandas de frecuencia:
17. Esquematizar el espectro electromagnético, cuál
es su relación con el espectro radioeléctrico?
El espectro electromagnético y el espectro
radioeléctrico.
No todas las ondas electromagnéticas son propicias
para usarse como medios de transmisión de los
servicios de telecomunicaciones y radiodifusión, de
forma que sólo las que se encuentran en determinado
rango serán susceptibles de ser empleadas para la
prestación de este tipo de servicios.
En ese orden de ideas, es en el espectro radioeléctricoel
ámbito en el que se desarrollan una buena parte de los
servicios de telecomunicaciones, el cual a su vez, está
contenido en el espectro electromagnético.
Para comprender lo señalado en el párrafo anterior, es
necesario definir los dos conceptos mencionados, a
saber:
a)Espectro electromagnético.- Es el conjunto de
frecuencias de ondas electromagnéticas continuas en el
rango de 3Hz a 1025 Hz.
b)Espectro radioeléctrico.- Es el segmento de
frecuencias comprendido en el espectro
electromagnético, ubicado en el rango de ondas
electromagnéticas que van de 3KHz a 3000GHz.
Dicho de otra forma,el espectro radioeléctrico es una
porción del espectro electromagnético y es
precisamente en esa porción en donde operan las
emisoras de radio (AM y FM), las de televisión abierta
(por aire) y microondas, de telefonía celular, los
sistemas satelitales, los radioaficionados, las
comunicaciones vía Internet, los radiomensajes
(pagers), las comunicaciones de aeronaves, buques,
transporte terrestre, entre otros servicios de
telecomunicaciones.
