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TRANSMISION POR
MODULACION DE AMPLITUD
CARACTERISTICAS
ENVOLVENTE DE AM
La modulación AM (Amplitude
Modulation), es el proceso de cambiar la
amplitud de una señal portadora de
frecuencia alta, en proporción con el
valor instantáneo de una señal
modulante o moduladora (información).
[1]
-Es poco costosa y de baja calidad.
-Aplican para emisiones comerciales, señales
de audio y de video.
-Los dispositivos no lineales con 2 entradas y
una salida.
-Rango de transmisión 530 KHz a 1600 KHz
Existen varias formas de
modulación AM, la forma más
común es la AM de portadora de
máxima potencia y doble banda
lateral (DSBFC, por Double-
sideband full carrier). También se
le conoce como AM convencional.
ESPECTRO DE FRECUENCIAS
Y ANCHO DE BANDA AM
REPRESENTACIÓN FASORIAL
DE UNA ONDA DE AMPLITUD
MODULADA
Las 2 frecuencias laterales se combinan y producen una
resultante que se combina con el vector de la
portadora. En la siguiente figura se indica esta suma
fasorial. Los fasores de la frecuencia de la portadora y
de los lados superiores e inferior bandas laterales giran
en sentido contrario a las manecillas del reloj. La
frecuencias de lado superior gira con más rapidez que
la portadora (𝜔𝑓𝑙𝑠 > 𝜔𝑐) y la frecuencia del lado
inferior gira más lento (𝜔𝑓𝑙𝑖 < 𝜔𝑐 ); por consecuencia
se mantiene estacionario el fasor de la portadora. [1]
Un modulador AM es un dispositivo no lineal,
en consecuencia, hay mezclado no lineal y la
envolvente de salida es una onda compleja
formada por un voltaje de cd, la frecuencia de
la portadora y la suma 𝑓𝑐 + 𝑓𝑚 y la diferencia
𝑓𝑐 − 𝑓𝑚 de las frecuencias, es decir los
productos cruzados. El espectro de señal de
AM contiene componentes de frecuencia 𝑓𝑚 a
ambos lados de la portadora.
• 𝑉𝑓𝑙𝑠 = 𝑣𝑜𝑙𝑡𝑎𝑗𝑒 𝑓𝑟𝑒𝑐𝑢𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑙𝑎𝑡𝑒𝑟𝑎𝑙 𝑠𝑢𝑝𝑒𝑟𝑖𝑜𝑟
• 𝑉𝑓𝑙𝑖 = 𝑣𝑜𝑙𝑡𝑎𝑗𝑒 𝑓𝑟𝑒𝑐𝑢𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑙𝑎𝑡𝑒𝑟𝑎𝑙 𝑖𝑛𝑓𝑒𝑟𝑖𝑜𝑟
• 𝑉𝑐 = 𝑣𝑜𝑙𝑡𝑎𝑗𝑒 𝑝𝑜𝑟𝑡𝑎𝑑𝑜𝑟𝑎
-La banda lateral inferior: 𝐿𝑆𝐵 = (𝑓𝑐 − 𝑓𝑚(𝑚á𝑥)) 𝑎 𝑓𝑐
- La banda lateral superior: 𝑈𝑆𝐵 = 𝑓𝑐 𝑎 (𝑓𝑐 + 𝑓𝑚(𝑚á𝑥))
- La frecuencia de lado superior: 𝑓𝑙𝑠 = 𝑓𝑐 + 𝑓𝑚
-La frecuencia de lado inferior: 𝑓𝑙𝑖 = 𝑓𝑐 − 𝑓𝑚
-El ancho de banda: 𝐵 = 2 ∗ 𝑓𝑚(𝑚á𝑥)
Porcentaje de modulación.-
El porcentaje de modulación, o modulación porcentual, es simplemente el coeficiente de modulación expresado como porcentaje. En forma más específica, el porcentaje de modulación indica el cambio porcentual de amplitud de la onda de salida cuando sobre la portadora actúa una señal moduladora.
Si la señal moduladora es una onda senoidal pura de una sola frecuencia, y el proceso de modulación es simétrico (es decir, las diferencias positiva y negativa de amplitud de la envolvente son iguales), entonces se puede deducir como sigue el porcentaje de modulación.
Porcentaje de modulación de una envolvente de AM de DSBFC: (a) señal moduladora; (b) portadora no modulada; (c) onda modulada 50%; (d) onda modulada 100%
Determinar, para la forma de onda de AM:
(a) Amplitud máxima de las frecuencias de lado superior e inferior.
(b) Amplitud máxima de la portadora no modulada.
(c) Cambio máximo de amplitud de la envolvente.
(d) Coeficiente de modulación.
(e) Porcentaje de modulación.
DISTRIBUCIÓN VOLTAJE EN UNA SEÑAL AM La señal de la portadora se escribe matemáticamente así: Señal modulada
CÁLCULOS DE CORRIENTE EN AM
La medición de la corriente (I) se hace simplemente determinando la I en la antena de transmisión con o sin señal modulada , la relación es :
Pt =potencia total Tx (vatios) Pc = potencia máxima de la señal portadora(vatios)
It = corriente total del Tx (Amperes) Ic = corriente máxima de la señal portadora(amperes)
R = resistencia de la antena (ohmios)
DISTRIBUCIÓN DE POTENCIA EN AM
En todo circuito eléctrico la potencia disipada es igual al cuadrado del voltaje dividido entre la resistencia.
Pc = Potencia disipadora (Vatios)
Ec = Vmáx de la portadora (Volts)
R = Resistencia de carga (ohmios)
Las potencias de las bandas laterales superior e inferior
Potencia total
MODULACIÓN AM CON UNA SEÑAL COMPLEJA DE INFORMACIÓN
En la práctica la señal moduladora es una forma de onda compleja formada por muchas ondas senoidales con distintas amplitudes y frecuencias
Ejemplo:
Un Tx de AM tiene una potencia portadora no modulada de Pc=100w que se modula en forma simultanea por tres señales cuyos coeficientes son las siguientes 0.2, 0.4 y 0.5 respectivamente. Determinar:
Potencia total a transmitir
TIPOS DE MODULACIÓN AM
Modulación AM DSB ó Convencional
Modulación de doble banda lateral (DBL-SB)
La amplitud Ac de una sinusoide Ac cos(ωct + θc) (portadora) se varía de forma proporcional a la señal que contiene la información a transmitir (modulante) manteniendo constantes la frecuencia ωc y la fase θc.
(La fase se considerara nula en adelante)
· El espectro resultante tiene ancho de banda doble de la señal modulante.
· Contiene dos réplicas del espectro: banda lateral superior (USB) y banda lateral inferior (LSB).
· Dado que la portadora no aparece en el espectro, esta variante se denomina modulación en
doble banda lateral con portadora suprimida (DSB-SC).
Modulación de amplitud: Banda lateral única (SSB)
Modulación de banda lateral única1� (BLU) o (SSB) (del inglés Single Side Band) es una evolución de la AM. La banda lateral única es muy importante para la rama de la electrónica básica ya que permite transmitir señales de radio frecuencia que otras modulaciones no pueden transmitir
Modulación AM VSB
La modulación VSB es un compromiso intermedio entre DSB y SSB. Comparte las ventajas de DSB y SSB y evita sus desventajas: una señal VSB es relativamente fácil de generar y únicamente tiene un ancho de banda algo superior (entre un 12 % o un 25 %) superior al de SSB.
MODULADOR AM
Oscilador Loca.-l Genera la frecuencia de la señal portadora, existen gran variedad de osciladores, como el oscilador puente de Wien, Oscilador Hartley, Oscilador Colpitts, entre otros
Circuito preamplificador y filtro: La función de esta etapa es dar la suficiente amplitud a la señal del mensaje y filtrar el ruido en modo común que pueda presentarse en la fuente de la señal moduladora.
Mezclador por multiplicación Analógica La función del mezclador es trasladar en frecuencia la señal de entrada, manteniendo la amplitud relativa de sus componentes espectrales.
Etapa de salida Se parte por definir la antena que se va usar para radiar las ondas electromagnéticas, es necesario simular sus características de radiación como calcular la frecuencia de operación
VENTAJAS:
Debido a su bajo costo, es medio preferido por los radiodifusores internacionales para cubrir cualquier parte del mundo.
Los transmisores y receptores son de fácil construcción y económicos.
Su demodulación es simple, lo que abarata el costo y facilita la realización de receptores.
DESVENTAJAS:
Es fácilmente afectada por diversos fenómenos atmosféricos (estática), señales electrónicas con frecuencias parecidas.
Tiene interferencias provocadas por los aparatos eléctricos como motores y generadores.
Tiene una baja potencia de transmisión en relación con la modulación FM.
DEMODULACIÓN AM
El proceso de demodulación en un sistema AM se basa en recuperar la envolvente o señal de información de la modulación AM para con ella excitar el transductor final.
CARACTERÍSTICAS:
Su objetivo es recuperar la señal de información de la modulación por amplitud.
Se lleva acabo en el equipo receptor de la comunicación por AM.
Existen dos tipos de detectores AM: lineales y de ley cuadrática.
Detector por diodo o detector de pico :El detector por diodo emplea precisamente la acción rectificadora del diodo para rechazar la parte negativa de la señal compuesta y con ella la envolvente inferior.
Detector por resistencia de Rejilla:
Actúa como un detector diodo combinado con un triodo amplificador. Es conveniente considerar la detección y la amplificación como dos procesos separados.
Demodulador con detector coherenteLa detección coherente se obtiene al multiplicar la señal modulada por un tono de la misma frecuencia y fase que la portadora y extraer, mediante filtrado, la señal de banda base resultante.
VENTAJAS:
Debido a que la modulación de amplitud es sencilla, la demodulación también lo es.
El proceso de demodulación es barato.
Mejor relación señal-ruido.
DESVENTAJAS:
No puede ser usado cualquier circuito demodulador, este debe ser acorde al circuito modulador del transmisor AM.
Encontrar la frecuencia de sintonización para que el receptor pueda captar la señal enviada por el transmisor de modulación AM.
Existe y posee mayor posibilidad de interferencia en su recepción.
APLICACIONES:
Es usada en la radiofonía, ondas medias, ondas cortas e incluso en VHF.
Es utilizada en las comunicaciones entre aviones y torres de control.
Por onda media, se refiere a que puede ser captada por la mayoría de los receptores de uso doméstico. Y todas las aplicaciones que posean modulación AM.
PARÁMETROS TÉCNICOS DE LA COMUNICACIÓN POR MODULACIÓN AM
Clase de emisión y ancho de banda . Emisión: Modulación de amplitud, doble banda lateral con portadora completa: A3E. Anchura de banda: Las estaciones de radiodifusión deben utilizar una anchura de banda de hasta: 20 kHz.
Denominación de la emisión: Las emisiones de las estaciones de radiodifusión sonora en ondas hectométricas tendrán la siguiente denominación: 20K0A3EGN.
Anchura de banda de audio frecuencia: Anchura máxima de audio frecuencia será de 10 kHz.
Picos Negativos: hasta el 100%. Picos Positivos: Máximo 125%.
Porcentaje de modulación : Relación de la mitad de la diferencia entre la amplitud máxima y mínima de la onda modulada en amplitud
Separación entre canales : La banda de frecuencias de 535 a 1.705 kHz., se ha dividido en ciento diecisiete (117) canales con frecuencias portadoras que son múltiplos enteros de 10 kHz.
Clasificación de las estaciones y áreas de servicio:
Área de servicio primaria: Delimitada por el contorno dentro del cual el nivel calculado de la intensidad de campo de la onda de superficie está protegido contra interferencia objetable.
Estación clase A: Aquella destinada a cubrir extensas áreas de servicio primario y secundaria y que está protegida, por lo tanto, contra interferencias objetables.
Estación clase B: Aquella destinada a cubrir dentro de su área de servicio primaria, a uno o varios centros de población y las áreas rurales contiguas a los mismos.
Estación clase C: Aquella destinada a cubrir, con parámetros restringidos, dentro de su área de servicio primaria, a uno o varios centros de población y las áreas rurales contiguas a los mismos.
Estación clase D: Aquella destinada a cubrir con parámetros restringidos dentro del área de servicio primaria, a una ciudad, población o comunidad, y que está obligada a garantizar la operación de las mismas libres de interferencias objetables.
Desviación de la portadora: No debe ser mayor del 5%, para cualquier porcentaje de modulación a la frecuencia de 400Hz.
Tolerancia de frecuencia: Desviación instantánea de la frecuencia portadora a causa de la modulación. La máxima desviación de frecuencia admisible para la portadora será de + 10 Hz.
Área de servicio secundaria: Área de servicio en la cual el nivel calculado de intensidad de campo de onda ionosférica durante el 50% del tiempo está protegido contra interferencia objetable.
Potencia de operación:
Estación clase A: La potencia será superior a 10 kW y hasta 250 kW.
Subtopic Estación clase B: La potencia será superior a 5 kW y hasta 10kW.
Estación clase C: La potencia mínima será superior a 250 W y hasta 5 kW
Estación clase D: La potencia máxima será de 250 W.
TRANSMISIÓN DE AM
La función de un transmisor en un sistema de comunicaciones es la de formar la señal a transmitir sobre la frecuencia portadora.
FUNCIONAMIENTO BASICO DE TRANSMISOR AM
El transmisor contiene dispositivos electrónicos o circuitos que se requieren para convertir la información de la fuente a una señal que pueda ser transmitida en un determinado medio de transmisión. En el transmisor se lleva a cabo la modulación de la señal.
FUNCIONAMINETO GENERAL DE TRANSMISOR AM
Generar la señal portadora con la estabilidad adecuada al servicio destinado.
Modular la portadora con la señal que contiene la información (señal en banda base).
Amplificar la señal portadora modulada hasta el nivel requerido por el servicio y el alcance deseado del enlace con los receptores (cobertura).
Efectuar un filtrado sobre la señal modulada antes de ser radiada por la antena, para generar el menor nivel de interferencias posibles con otros servicios de telecomunicación que trabajen en bandas próximas.
TIPOS DE TRANSMISIÓN AM
1. TRANSMISION DBB-FC (DOUBLE SIDE BAND FULL CARRIER).
Se transmiten las 2 bandas y la portadora. La potencia de la portadora no se desperdicia, permite el uso de circuitos de demodulación baratos y sencillos en el receptor.
Subtopic
TRANSMISORES DE BAJO NIVEL
Las señales se modulan en un bajo nivel de potencia, la amplificación ocurre al final con un amplificador de RF lineal, la desventaja principal es que la señal se distorsiona antes de llegar a la etapa de final, esto puede minimizarse utilizando la retroalimentación negativa.
Transmisor de bajo
nivel
Se muestra un diagrama en bloques para un transmisor de AM DSBFC de bajo nivel. Para la transmisión de voz
o música, la fuente de la señal modulante generalmente es un transmisor y traductor acústico, tal como un
micrófono, cinta magnética, un disco CD o un disco fonográfico. El preamplificador normalmente es un
amplificador de voltaje lineal de clase A sensible con una alta impedancia de entrada. La función del
preamplificador es levantar la amplitud de la señal de la fuente a un nivel utilizable mientras produce la mínima
cantidad de distorsión no lineal y agrega la menor cantidad de ruido térmico posible. El excitador para la señal
de modulación es también un amplificador lineal que simplemente amplifica la señal a un nivel adecuado para
manejar de manera suficiente al modulador. Se requiere más de un controlador para amplificador.
Se utiliza de manera predominante para los
sistemas de baja capacidad y baja potencia tal
como los teléfonos inalámbricos, unidades de
control remoto, beepers y radioteléfonos
portátiles, de corto alcance.
La red de acoplamiento de la antena acopla la
impedancia de salida del amplificador de potencia
final a la línea de transmisión y antena. También
debe filtrar armónicos y espúreas de modulación
La desventaja principal es que la señal se
distorsiona antes de llegar a la etapa final, esto
puede minimizarse utilizando la
retroalimentación negativa
Se utiliza de manera predominante para los
sistemas de baja capacidad y baja potencia tal
como los teléfonos inalámbricos, unidades de
control remoto, beepers y radioteléfonos
portátiles, de corto alcance.
La señal modulada, que entrega el modulador, con
un nivel de potencia de orden de mW, debe ser
amplificada linealmente usando amplificadores
que funcionen en clase A o en clase AB El
amplificador final de salida del transmisor entrega
la señal a la línea de transmisión y a la antena
En este tipo de transmisor, la salida del oscilador,
generalmente pasa a través de un buffer y algún
amplificador, para alcanzar un nivel del orden de
mw, que se aplican al modulador.
(Transmisores de AM, 15)
Transmisores de
alto nivel
Como se muestra el diagrama en bloques para un transmisor AM DSBFC de alto nivel. La señal modulante se
procesa de la misma manera que el transmisor de bajo nivel excepto por la adición de un amplificador de
potencia. Con los transmisores de alto nivel, la potencia de la señal modulante debe ser considerablemente más
alta que lo necesario para los transmisores de bajo nivel. Esto se debe a que la portadora está a su potencia total
en el punto donde ocurre la modulación en el transmisor y, consecuentemente, requiere que una señal modulante
de gran amplitud produzca el 100% de modulación.
El circuito del modulador tiene tres funciones
principales. Proporciona la circuitería necesaria
para que la modulación ocurra (es decir, no lineal),
es el amplificador de potencia final (clase C para
eficiencia) y es un convertidor ascendente de
frecuencia.
Un convertidor ascendente simplemente traduce
las señales inteligentes de baja frecuencia a
señales de radio frecuencia que puedan radiarse
eficientemente de una antena y propagarse por el
espacio libre.
La desventajas principales son que la salida es
alineal y existe trafos caros, significa que Cuando
la tensión de la corriente es alterna (C.A.), el valor
del voltaje procedente de cualquier fuente de
fuerza electromotriz (F.E.M.), se puede aumentar
o disminuir utilizando transformadores eléctricos
de fuerza o potencia.
En esta configuración la modulación ocurre en la
última etapa, lo cual re quiere que las señales
deben ser amplificadas desde el inicio, lo cual
requiere mucha energía.
De tal manera un de las ventajas importante es
que se transmite directamente a la antena. Costo
de operación menor por rendimiento alto, menor
potencia disipada. (Transmisores de AM, 15)
-La modulación se realiza, en la última etapa de
amplificación.
-En este caso, a salida del oscilador se amplifica en
potencia hasta el nivel necesario requerido a la
entrada del amplificador final.
Métodos de modulación de banda
lateral única (SSB)
La modulación SSB, en ingles Single Side
Band corresponde a un tipo de modulación
AM, donde se modificó esta modulación para
poder aumentar la eficiencia al no tener que
llevar la señal portadora. Esta banda lateral
única es de suma importancia el mundo de la
electrónica puesto que permite transmisor
señales de radio frecuencia de una manera
más sencilla en comparación con otros tipos
de modulaciones.
En la transmisión AM se gasta el 50% de la
energía para poder transmitir una onda de
frecuencia constante denominada
portadora y un 25% de energía para poder
transmitir la información de la señal
moduladora por medio de una banda de
frecuencias por encima de la portadora. El
otro 25% de la energía utilizada en el
sistema es utilizado para poder transmitir la
misma información, pero en la banda de
frecuencias utilizadas por debajo de la señal
portadora.
En AM la potencia corresponde a 𝑃𝑐 + 2𝑃𝑆𝐵. En cualquiera de los dos tipos de modulación
banda lateral única, la potencia se la puede
calcular con la siguiente fórmula:
𝑃𝑈𝑆𝑆𝐵 = 𝑃𝐿𝑆𝑆𝐵 =𝐴𝑐2𝑆𝑥4
Y para la expresión de la señal de la
frecuencia de Modulación de banda lateral
única corresponde a la siguiente:
𝑥𝑆𝑆𝐵(𝑡) =1
2𝐴𝑐[𝑥(𝑡)cos(𝜔𝑐𝑡)
± �̂�(𝑡)𝑠𝑒𝑛(𝜔𝑐𝑡)]
• VENTAJAS
- Transmisión de una banda
lateral
- Menor potencia
- Menor Ancho de Banda
• DESVENTAJAS
- Diseño complejo.
• APLICACIONES
- Telefonía
- Radio HAM y comunicaciones
HF, es decir, comunicaciones basadas
en voz.
Discriminación de Frecuencia.
Se genera una señal DSB y utilizando el
filtro necesario se elimina una de las
bandas, normalmente se utiliza un filtro
pasa banda.
Si la señal posee componentes de baja
frecuencia, el filtro debe ser adaptado a
uno ideal, por lo que es imposible
realizarlo físicamente porque no existen
filtros ideales.
Transmisores homodinos o de
modulación directa
La modulación se realiza directamente sobre la frecuencia portadora. Tras la modulación se realiza el
proceso de amplificación y filtrado. Es típico de los transmisores que operan con portadora de baja
frecuencia y específicamente para modulación de amplitud (AM).
Tiene el inconveniente de que si la frecuencia portadora es variable, entonces el filtrado paso banda debe
tener una frecuencia también variable, haciéndolo más complejo y caro.
El circuito esta compuesto por:
• Genera la señal moduladora en baja potencia y a frecuencia de portadora.
• Amplificador lineal sintonizado
• Filtro pasa banda para eliminar armónicos y espurios de modulación.
TRANSMISORES HOMODINOS O DE
MODULACIÓN DIRECTA
•Genera la señal modulada en baja potencia
sobre la portadora final.
•Amplifica
•Filtra armónicos y espurios de modulación.
TRANSMISOR HOMODINO CON
MODULACIÓN A NIVEL ALTO
•Genera y amplifica la portadora.
•Genera y amplifica la señal de modulación.
•Modula en alto nivel en un modulador lineal de alto rendimiento.
•Filtra armónicos y espurios de modulación.
Transmisores
heterodinos
En un transmisor heterodino la portadora sobre la que se produce la modulación es de frecuencia
diferente de la de emisión. La conversión de una frecuencia en otra se hace a través de un circuito
conversor de frecuencia, permitiendo trasladar una señal en el espacio de la frecuencia un valor fijo, sin
modificar el tipo y la profundidad de la modulación.
• Genera la señal modulada en baja potencia y a frecuencia
Intermedia (FI) de 455 KHz
• Amplificadores lineales sintonizados
• Traslada la frecuencia mediante un mezclador que bate la
frecuencia FI con f02 y da a la salida la frecuencia de
transmisión.
• Amplifica en forma lineal hasta llegar a la potencia de
transmisión.
• Filtro pasa banda para eliminar armónicos y espurios de
modulación y conversión. (Transmisores de AM, 15)
Receptor de radio AM
(Tamayo & Vuelvas)
La señal de información como "señal de audio" de baja
frecuencia, se superpone a una señal de radiofrecuencia
mucho más alta, 'portadora', que puede ser transmitida y
luego recibida por la antena de radio. Sin embargo, la antena
recibe al mismo tiempo las señales de todos los transmisores
de radio AM en la zona, y por lo general se quiere escuchar
sólo uno. Por lo tanto, en el desarrollo de la radio práctica,
fue necesario implementar una manera de sintonizar con
precisión una sola "señal portadora" y rechazar todas las
demás. A cada estación de radio se le asigna una frecuencia
portadora precisa y debe mantener su transmisión de
información dentro de esa frecuencia portadora +/- 5 kHz.
Después del mezclador, se amplifica la
frecuencia f del oscilador local - f de la portadora =
455kHz y a continuación entra en la etapa
de detección. Allí se rectifica y alimenta a un
circuito detector de AM. Este proceso
equivale a una especie de filtro que no
responde a las variaciones de alta
frecuencia de la IF, pero sigue el rastro de la
"envoltura" de la señal de baja frecuencia
de audio de la IF. Esto proporciona una
señal de salida de frecuencia de audio que
luego se amplifica y se suministra a un
altavoz para convertirla de nuevo en ondas
de sonido. Esa salida de sonido se espera
que sea una reproducción fiel del sonido
original de entrada. (Olmo)
Este tipo de proceso elaborado para
hacer de la radio AM un medio práctico
para la comunicación de masas se
llama "heterodino". Consiste en utilizar
un oscilador local en el receptor que se
sintoniza con el amplificador de la
entrada de señal de radiofrecuencia,
de modo que su diferencia o frecuencia
de batido siga siendo la misma para
cualquier caso. A esta frecuencia de
batido se le llama "frecuencia
intermedia" o IF, y para los Estados
Unidos esa frecuencia de batido es de
455 kHz.
