MODULACIN FMINTRODUCCION
El inicio de la FM consigui importantes progresos en el mundo de
las comunicaciones, expandiendo la cobertura de las comunicaciones
a lo largo del mundo, de tal forma que se garantiz el acceso a la
comunicacin como un derecho fundamental de todos.La FM fue
utilizada en un principio por la radiodifusin para crear canales
radiofnicos.La modulacin de frecuencia consiste en variar la
frecuencia de la onda portadora de acuerdo con la intensidad de la
onda de informacin. La amplitud de la onda modulada es constante e
igual que la de la onda portadora.
La frecuencia de la portadora oscila ms o menos rpidamente, segn
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;
adems el grado de esta variacin depender del volumen con que
modulemos la portadora, a lo que denominamos ndice de
modulacin.
Debido a que los ruidos o interferencias alteran la amplitud de
la onda, no afecta a la informacin transmitida en FM, puesto que la
informacin se extrae de la variacin de frecuencia y no de la
amplitud, que es constante.
Como consecuencia de estas caractersticas de modulacin podemos
observar cmo la calidad de sonido o imagen es mayor cuando
modulamos en frecuencia que cuando lo hacemos en amplitud.
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 est limitado para
que pueda haber emisoras de la misma frecuencia situadas a unos
cientos de kilmetros sin que se interfieran entre
ellas.CARACTERSTICAS El primer sistema operativo de comunicacin
radiofnica fue descrito por el inventor y Mayor de la marina
norteamericana Edwin H. Armstrong en 1936.
La Modulacin de Frecuencia posee varias ventajas sobre el
sistema de Modulacin de Amplitud: Menor Interferencia al Ruido.
Inmune a Descargas Elctricas. Encendido de Automviles. Seales de
Baja Frecuencia. Por sus caractersticas espectrales (frecuencia de
trabajo en VHF y UHF) la propagacin de ondas electromagnticas en FM
necesita lnea de Vista.
Fig. 1 Sistema de comunicacin
Vara la Frecuencia de la Portadora proporcionalmente a la Onda
Moduladora. Permanece constante la amplitud Mayor Ancho de Banda
que AM.
Mayor Calidad de Reproduccin. Principales aplicaciones Radio
Difusin y TV.
La anchura de los canales depende de decisiones concretas dcada
Estado, la mayora de las naciones han adjudicado a la FM unos
canales con una anchura entre 100 y 200 KHz.
Espectro de Audio Frecuencia hasta 20 KHz, con una adecuada
multiplexacin se puede enviar en un solo canal de FM hasta 5 y 10
canales.
Fig. 2 Modulacin Fm
Espectro de Audio Frecuencia hasta 20 KHz, con una adecuada
multiplexacin se puede enviar en un solo canal de FM hasta 5 y 10
canales.
La propagacin de la seal de frecuencia modulada debe ser en lnea
de vista.
Las torres solo sirven para soporte de las antenas
irradiantes.
Deben normarse que las plantas transmisoras se ubiquen fuera del
permetro urbano.
PARMETROS TCNICOS
SERVICIO: RADIODIFUSIN Y/O TELEVISINA travs de la Resolucin SC N
1028/98 se aprob la norma tcnica para este servicio Emisora de
radiodifusin sonora en la banda de ondas hectomtricas:Emisora del
Servicio de Radiodifusin sonora que emite, modulando en amplitud,
en un canal de la banda atribuida de 535 a 1705 kHz
Canalizacin:A los fines de la planificacin, se adopta una
canalizacin de 10 kHz. Modulacin de amplitud:Mtodo de modulacin de
una seal de radiofrecuencia llamada portadora por medio del cual,
sin variar su frecuencia, se vara su amplitud de acuerdo con el
valor instantneo de una seal de audiofrecuencia o de una informacin
a transmitir.
ndice de modulacin de amplitud:Es la relacin entre la diferencia
del valor mximo de la amplitud de esta la ltima. Canal del servicio
de radiodifusin sonora por modulacin de amplitud en la banda de
ondas hectomtricas: Banda de frecuencias cuya frecuencia central
coincide con la asignada, y cuya anchura de banda es de 10 kHz para
las categoras V, VI y VII (1390 kHz a 1700 kHz) y de 20 kHz para
las categoras I, II, III y IV (540 kHz a 1380 kHz).
Contorno de servicio protegido:Lnea continua que limita la zona
de servicio primaria protegida contra interferencias
objetables.
Area primaria de servicio:Zona de servicio delimitada por el
contorno de servicio protegido, dentro del cual el nivel calculado
de la intensidad de campo de la onda de superficie est protegido
contra interferencias objetables de conformidad con las
disposiciones del punto 3. Frecuencia asignada: Centro de la banda
asignada a una estacin.
Atribucin de bandas de frecuencias: La banda de frecuencias para
el servicio de radiodifusin por modulacin de frecuencias (FM) es la
comprendida entre 535 kHz a 1705 kHz de acuerdo a lo dispuesto en
el Reglamento de Radiocomunicaciones y lo establecido en las Actas
Finales de la Conferencia Administrativa Regional de Radiodifusin
para la Regin 2 suscriptas en la ciudad de Ro de Janeiro el 8 de
Junio de 1988 (CARR/88), para la canalizacin de frecuencias en la
extensin de banda de 1605 a 1705 kHz de cada administracin.
CLCULOS DE PARMETROS DE MODULACIN
Esquema general de un demodulador de FM
Est formado por tres bloques principales: Limitador,
discriminador yDetector de envolvente.
Diagrama de bloques de un demodulador de FM
Limitadores
La informacin no est en la amplitud, luego las Variaciones de
amplitud son ruido que elimina el limitador. Existen limitadores
construidos con dos diodos y con transistores en zona no
lineal.
Limitador con transistores (funcionamiento).
Un transistor puede recortar la seal cuando se supera el margen
dinmico. El conjunto LC filtra la banda FM eliminando armnicos. El
transistor va de la zona de corte a la de saturacin.
Discriminadores
Caractersticas
El discriminador convierte las variaciones en frecuencia en
variaciones de amplitud. La conversin se hace de forma lineal, para
que las variaciones de amplitud sigan a las de frecuencia sin
distorsin.
Se tiene la funcin Fm V (t)=
Funcin de BesselEn matemtica, las funciones de Bessel, primero
definidas por el matemtico Daniel Bernoulli y ms tarde
generalizadas por Friedrich Bessel, son soluciones cannicas y(x) de
la ecuacin diferencial de Bessel:(1)Donde es un nmero real o
complejo. El caso ms comn es cuando es un entero, aunque la solucin
para no enteros es similar. El nmero se denomina orden de las
funciones de Bessel asociadas a dicha ecuacin.Dado que la ecuacin
anterior es una ecuacin diferencial de segundo orden, tiene dos
soluciones linealmente independientes.
Aunque y dan como resultado la misma funcin, es conveniente
definir diferentes funciones de Bessel para estos dos parmetros,
pues las funciones de Bessel en funcin del parmetro son funciones
suaves. Las funciones de Bessel se denominan tambin funciones
cilndricas, o armnicos cilndricos porque son solucin de la ecuacin
de Laplace en coordenadas cilndricas.
VENTAJAS Y DESVENTAJAS VENTAJAS Apenas le afectan las
interferencias y descargas estticas. Resistencia al ruido Mayor
calidad de reproduccin como resultado de su casi inmunidad hacia
lasinterferencias elctrica. En consecuencia, es un sistema adecuado
para la emisin de programas (msica) de alta fidelidad. Necesitan
unapotenciade modulacin mucho menor que las deamplitud. Las seales
moduladas en frecuencia son mucho menos afectadas por los ruidos y
seales externas Aumento en el ancho de banda de las seales
moduladas en frecuencia.
DESVENTAJAS
Mayor ancho de banda FM por aire y es estereofnica menos
alcance.
APLICACIONES
Radiofrecuencias El sonido de la televisin analgica. Viseo
analgico Micrfonos inalmbricos Ayudas a la navegacin area. etc
ESTRUCTURAS
ETAPAS
En la FM, el proceso demodulacin toma lugar en las etapas de
bajo nivel y este proceso es igual en todos los transmisores sin
tomar en cuenta su potencia; no as en la AM, donde el proceso de
modulacin se realiza en la etapa final de potencia y la capacidad
del modulador es diferente en todos los transmisores dependiendo de
la potencia de stos y del mtodo de modulacin empleado (placa, reja
grilla, reja pantalla o ctodo). Por ejemplo, un transmisor de AM de
10 KW para ser modulado en placa, necesita un modulador de por lo
menos 5 W para producir una modulacin del 100%; en cambio, un
transmisor de FM de 10 KW necesita apenas unos pocos de milivoltios
de audio en su etapa moduladora para producir una modulacin del
mismo porcentaje.
DEMODULADOR FM (Detector de fase)Detector de fase
Desde que se desarrollaron los circuitos integrados lineales en
gran escala, se puede lograr con bastante facilidad la demodulaci6n
de FM can un lazo de fase cerrada (PLL, de phase-lockedloop),
Aunque el funcionamiento de un PLL es m complicado, es probable que
el funcionamiento de un demodulador de FM con PLL sea mas sencillo
y fcil de comprender. Un demodulador de frecuencia can PLL no
requiere circuitos sintonizados, y compensa en forma automtica los
cambios de frecuencia de portadora debidos a inestabilidad del
oscilador del transmisor.
Diagrama de bloques de un modulador FM con detector de fase
Se demostr6 que despus de haber sucedido 1a fijaci6n de
frecuencia, el VCO rastrea los cambios de frecuencia en la seal de
entrada, manteniendo un error de fase en la entrada del comparador
de fases. Por consiguiente, si la entrada al PLL es una seal
desviada de FM, y la frecuencia natural del VOC es igual a la FI
central, el voltaje de correccin que se que se produce en la salida
del comparador de fases, y se retroalimenta a la entrada del VOC,
es proporcional a la desviacin de frecuencia y es, por
consiguiente, la seal de informaci6n de modulada. Si la amplitud de
la FI se limita l0 suficiente antes de llegar al PLL.
Anlisis de Trasmisin
Los canales L y R de audio se combinan en una red matricial para
producir los canales de audio L + R y L - R. EI canal de audio L -
R modula una soportadora de 38 kHz y produce un canal estereofnico
L - R de 23 a 53 kHz. Como hay un retardo de tiempo introducido en
la trayectoria de la seal L - R, a1 propagarse por el modulador
balanceado, el canal estereof6nico L +R debe retardarse un poco en
forma artificial para mantener la integridad de fase con el cana1
L- R cuando se demodulen. Tambin, para fines de demodulacin, se
transmite una piloto de 19 kHz, y no una subportadora de 38 kHz,
porque es bastante ms difcil recuperar la de 38 kHz en el receptor.
La banda base de la seal compuesta se alimenta al transmisor de PM,
donde modula a la portadora principal.Para el modulador de FM de
este ejemplo se supone que 10 V de seal en banda baseProduce 75 kHz
de desviacin de frecuencia de la portadora principal, y las
polaridades de las piloto SCA y de 19 kHz que se ven son para la
desviaci6n mxima de frecuencia. Los canales de audio L y R se
limitan, cada uno, a un valor mximo de 4 V; 1 Ves para la SCA y 1 V
es para la piloto estereofnica de 19 kHz. Par consiguiente, quedan
8 V para los canales estereofnicos L + R Y L R en la figura
posterior sea muestra los canales L. R, L + R y L - R, la piloto
SCA y la de 19 kHz, y la forma de onda estereofnica compuesta. Se
puede ver que los canales estereofnicos L + R Y L - R se entrelazan
y nunca producen ms de 8 V de amplitud total y, en consecuencia,
nunca producen una desviacin de frecuencia mayor que 60 kHz. La
banda base total compuesta nunca es mayor que 10 V (desviacin de 75
kHz).
Diagramas de bloques transmisores
Anlisis de recepcin
Los receptores estereof6oicos de FM son idnticos a los normales
de FM hasta la salida de la etapa de deteccin de audio. La salida
del discriminador es el espectro total de la banda base que se
muestra en diagrama de bloques que se encuentra en el inferior.
Diagrama simplificado de bloques de un receptor de PM que tiene
salidas de audio tanto rnonoaural como estereof6nica. En la seccin
monoaural del procesador de seales tan solo se filtra, amplifica y
alimenta a las bacinas L y R el canal estereofnico L + R, que
contiene toda la informacin original de los canales de audio L y R.
En Ia seeci6n estereofnica del procesador de seales, la seal de
banda base se alimenta a un demodulador estereofnico, donde se
separan los canales de audio L y R, Y se alimentan a sus bocinas
respectivas. Los canales estereofnicos L + R Y L - R, y la piloto
de 19 kHz, se separan, como filtros, de la seal de banda base
compuesta.La piloto de 19 kHz se filtra con un filtro pasabanda de
alta Q. se multiplica por 2, se amplifica y a continuacin se
alimenta al demodulador L - R. El canal estereof6nica L + R se
filtra y se elimina con un filtro pasabajas can frecuencia de corte
superior a 15 kHz. La seal L - R de doble banda lateral se separa
con un filtro pasabanda sintonizado aproximadamente, y a
continuaci6n se mezcla con la portadora recuperada de 38 kHz en un
modulador balanceado, para producir la informacin de audio L - R.
La red matricial combina a las seales L + R y L - R de tal modo que
se separan las seales de informacin de audio L y R, Y alimentan a
sus redes respectivas de deenfasis y a sus bocinas.
Diagramas de bloques
Ejercicios Modulacin Para la frecuencia de portadora y las
propiedades de modulacin mencionadas, determinar la frecuencia de
portadora y propiedades de modulacin a la salida de:
a) Un modulador balanceado con un filtro pasabanda sintonizado a
la frecuencia de suma y una RF de entrada de 99.5 MHzb) Un
multiplicador de frecuencia por 10.
Solucin:
La frecuencia de salida de portadora no es ms que 1a suma de la
portadora modulada de entrada y 1a portadora de RF
c) La frecuencia de salida de portadora, la desviacin de
frecuencia, el ndice de modulacin y la frecuencia moduladora son
simplemente
Demodulacin
Calcular el voltaje mximo de salida para un circuito demulador
de FM con funcin de transferencia y senal de entrada de FM con
desviaci6n mxima de frecuencia de 20 kHz.
Solucin:
Referencia Bibliogrfica
Sistemas de Comunicaciones Electrnicas Wayne Tomasi 4ta
Edicin
