Telecomunicaciones

Resumen

Esta práctica de laboratorio busca adentrarnos en manejo, modulación y demodulación de señales FM, teniendo en cuenta su desarrollo analítico (cálculos), circuito de trabajo y los elementos que constituyen la señal a trabajar.

Abstract

This laboratory practice looks for to go into FM in handling, modulation and unmodulation of signs, keeping in mind its analytic development (calculations), work circuit and elements that constitute the sign to work.

Introducción

En Telecomunicaciones existen ciertos tipos de modulación que son ampliamente utilizadas por razones prácticas, sus fundamentos son simples y efectivos. Una de ellas es la modulación de frecuencia, en que la información es montada en las variaciones angulares (FM) o en las de su fase (PM) del ritmo de información. Su uso es muy conocido en:

a) Banda de FM (88-108 MHz) con sus particularidades de FM estéreo y SCA.

b) Comunicaciones punto a punto (VHF/UHF) la cual utiliza el mecanismo de propagación directa y PM. Usados en servicio de bomberos, radio-taxi, comunicaciones estudio-planta, telemetría, etc.

c) Enlaces de microondas de baja y media capacidad. Tecnología análoga en conjunto con el multiplex de frecuencia (FDM).

d) Banda de 2 m de los Radio-aficionados.

Por estas aplicaciones entre otras, vale la pena estudiar ampliamente el concepto de modulación en frecuencia, ya que esto nos permitirá tener herramientas importantes de análisis respecto a la elección del mejor modulador deacuerdo a la aplicación especifica a implementar.

Marco Teórico

Frecuencia modulada (FM), sistema de transmisión de radio en el que la onda portadora se modula de forma que su frecuencia varíe según la señal de audio transmitida. El primer sistema operativo de comunicación radiofónica fue descrito por el inventor norteamericano Edwin H. Armstrong en 1936.

La frecuencia modulada posee varias ventajas sobre el sistema de modulación de amplitud (AM) utilizado alternativamente en radiodifusión. La más importante es que al sistema FM apenas le afectan las interferencias y descargas estáticas. Algunas perturbaciones eléctricas, como las originadas por tormentas o sistemas de encendido de los automóviles, producen señales de radio de amplitud modulada que se captan como ruido en los receptores AM. Un equipo de FM bien diseñado no es sensible a tales perturbaciones cuando se sintoniza una señal FM de suficiente potencia. Además, la relación señal-ruido en los sistemas FM es mucho mayor que en los AM. Por último, las emisoras de FM pueden trabajar en bandas de frecuencias muy altas, en las que las interferencias en AM son importantes; las estaciones o emisoras comerciales de radio FM tienen frecuencias entre 88 y 108 Mhz. El alcance en estas bandas está limitado para que pueda haber emisoras de la misma frecuencia situadas a unos cientos de kilómetros sin que se interfieran entre ellas.

Estas características, unidas al coste relativamente bajo de los equipos, originaron un rápido incremento de las estaciones o emisoras FM en los años posteriores a la Segunda Guerra Mundial. En los tres años siguientes había 600 emisoras FM en los Estados Unidos y a finales de los años 80 había más de 4.000. Los demás países han conocido una evolución similar. Debido a la saturación en la banda de emisión AM y a la incapacidad de los receptores AM para eliminar los ruidos, la fidelidad tonal de las estaciones normales se limita intencionadamente. La FM no presenta estos inconvenientes y por tanto puede utilizarse para transmitir reproducciones musicales de actuaciones en directo con un grado de fidelidad inalcanzable en la banda AM. La emisión FM en estéreo ha atraído un número creciente de oyentes tanto de música popular como clásica, de forma que las estaciones o emisoras FM comerciales poseen unos índices de audiencia más elevados que las emisoras AM.

La Modulación de frecuencia FM es el proceso de codificar información, la cual puede estar tanto en forma digital como analógica, en una onda portadora mediante la variación de su frecuencia instantánea de acuerdo con la señal de entrada. El uso más típico de este tipo de modulación es la radiodifusión en FM.

Un oscilador controlado por voltaje (con siglas en inglés VCO) es aquel cuyo valor de frecuencia es controlado por un valor de voltaje aplicado externamente. Si recordamos que la modulación de frecuencia es el proceso mediante el cual se cambia la frecuencia de una portadora obtenida a los cambios en el nivel de otra forma de onda denominada moduladora, entonces podemos concluir que un VCO puede verse como modulador de Frecuencia. En la figura número 1 se muestra este proceso:

En la figura número 1 se observa que la salida del VCO mantiene su amplitud constante, es decir la amplitud a la salida es independiente de la amplitud de la entrada y solo cambia la frecuencia de salida. Este proceso se conoce en la bibliografía técnica como modulación directa de frecuencia, en donde el aumento o disminución de la frecuencia de la portadora se realiza al ritmo de variación de la amplitud de la señal moduladora como se muestra en la figura. Note que la frecuencia de salida es la misma que la portadora cuando la señal de entrada es cero (no hay modulación). El cambio máximo en la frecuencia de salida, por encima o por debajo de la portadora se denomina desviación de frecuencia f.

Un primer parámetro que identifica el comportamiento del VCO es la sensitividad, que se define como la cantidad de cambios de frecuencia por volt de cambio en la amplitud de entrada. Idealmente, el VCO debería ser lineal, en el sentido que la frecuencia de salida cambiara en proporción directa con los cambios en la amplitud de entrada. Por ejemplo si suponemos que un sistema de FM tiene una frecuencia de portadora de 1 Mhz y la señal moduladora es Um = 2sen wmt hace que la frecuencia cambie de 995 Khz a 1.005 Mhz, entonces la desviación f = (1.005-1) ó (1-0.995) = 0.005 ó 5 Khz y la sensitividad es de:

(1)

Y por tanto debe esperarse que un aumento de voltaje afectase de forma lineal a la frecuencia de salida. En la práctica de la radiodifusión de la FM comercial, ubicada en el intervalo de frecuencia de 88 - 108 Mhz se establece que fmax = +/- 75 Khz.

El índice de

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