MODULACION Concepto: Modular una señal consiste en modificar alguna de las características de esa señal, llamada portadora, de acuerdo con las características de otra señal llamada moduladora. Basicamente, tenemos tres tipos de modulación: Modulación de Amplitud Modulación de Frecuencia Modulación de Fase
Modulación de Amplitud
Modulación de frecuencia
Modulación de fase
Modulación de amplitud Se denomina modulación de amplitud al proceso mediante el cual una onda de audiofrecuencia u otra frecuencia se imprime sobre la onda portadora variando su amplitud. En realidad, la amplitud de la onda portadora permanece constante y lo que se produce es una onda envolvente variable.
Señales intervinientes
Frecuencias laterales Cuando se modula una portadora con una audiofrecuencia única, se producen dos frecuencias adicionales : la frecuencia lateral inferior (FLI) y la frecuencia lateral superior (FLS).
Frecuencias Laterales Otro ejemplo es el de la figura siguiente, en donde la portadora de 100Khz está modulada por una señal de 3Khz. La FLI es de 97Khz y la FLS es de 103Khz, ambas permanecen constante mientras permanezcan constante la portadora y la moduladora.
Análisis de la señal Las variaciones en amplitud ocurren en la envolvente resultante, en razón de los 3Khz de la señal de modulación. Esto es cierto porque la amplitud de la envolvente es la suma vectorial de las amplitudes de la portadora y las bandas laterales en cualquier momento dado. De este modo, la onda envolvente consiste en realidad en tres (o más) frecuencias diferentes cuyas relaciones de fase están variando continuamente. La onda modulada en amplitud es entonces en realidad la onda envolvente y no simplemente una portadora variando en amplitud.
Bandas Laterales Si por ejemplo se modula una portadora de 5Mhz con una banda de frecuencia de 200 a 5.000 hercios, se produce una banda lateral inferior y una banda lateral superior. Del extremo inferior de la BLI al extremo superior de la BLS. Es el ancho de banda que es 10Khz el permitido para las emisoras radiales.
Otro ejemplo
Variaciones de la onda modulada En este dibujo podemos observar las forma que toma La portadora modulada u onda envolvente, cuando la señal moduladora varía su amplitud y frecuencia
Por ciento de modulación Existen ciertos límites para la intensidad de la señal moduladora. Por ejemplo si queremos producir una onda modulada que tenga el máximo de modulación sin distorsión, la señal moduladora debe reducir la amplitud de la portadora a cero y aumentarla hasta el doble de su valor en los picos de dicha señal. La magnitud en que la señal de modulación varia la amplitud de la portadora recibe el nombre de grado de modulación . Cuando a este grado de modulación se lo multiplica por 100, recibe el nombre de por ciento de modulación. Si la onda modulada varía de cero a dos veces el valor de amplitud de la portadora el grado de modulación es igual a 1 y el por ciento igual a 100%
Calculo de el % de modulación Fórmulas:
Calculo de el % de modulación 100%
Calculo de el % de modulación
Sobremodulación El porciento de modulación adecuado es de un 80% Cuando el por ciento de modulación sobrepasa el 100%, se presenta la distorsión de la onda. Esta distosión se llama sobremodulación, determina una pédida de fidelidad de la señal. La sobremodulación determina también una pérdida de la potencia de salida del transmisor
Distribución de la potencia en una onda modulada en amplitud La potencia de una onda modulada en amplitud se distribuye entre la portadora y las bandas laterales. Dado que la potencia de la portadora es constante (excepto en los casos de sobremodulación), la potencia de banda lateral es la diferencia entre la de portadora y la potencia total en la onda modulada. Cuando se modula una portadora con un tono sinusoidal único, la potencia total de salida se encuentra mediante la siguiente fórmula:
Distribución de la potencia en una onda modulada en amplitud Pmod = Potencia total de la onda modulada M = Grado de modulación Pport = Potencia de la portadora. Supongamos una portadora de 500W se modula al 100%, la potencia en la señal es: Pmod = (1 + 1º/2 ) x 500 = 750W De este total, 500W están en la portadora y 250W en las bandas laterales. El por ciento de potencia en la banda lateral es 250/750 veces para el 100% de modulación, es decir 33,3%. De estos 250W hay 125 en cada banda lateral y por lo tanto, el 16,6% de la potencia total de salida modulada al 100%. La potencia de banda lateral posible, acusa una marcada caida cuando el por ciento promedio de modulación está por debajo de 100%. Esto se demuestra modulando la portadora solo al 50%, cuando la portadora es de 500W.
Distribución de la potencia en una onda modulada en amplitud Pmod = ( 1 + 0.5º /2 ) x 500 = 562,5 W La potencia modulada total es ahora de 562,5 W. Puesto que hay 500W en la portadora, solamente restan 62,5 para las bandas laterales. Siendo que los 62,5W son un cuarto del valor obtenible con un 100% de modulación, es evidente que la reducción de la modulación al 50% determina una disminución del 75% en la potencia posible de banda lateral. Puesto que toda la inteligencia transmitida está contenida en las bandas laterales, se hace evidente la necesidad de un elevado por ciebto de modulación que de acuerdo con la experiencia un 80/85% sería el adecuado.
Modulación de Frecuencia La modulación en frecuencia (FM) es el proceso de combinar una señal de AF con otra de RF tal que la amplitud de la AF varíe la frecuencia de la RF. Una señal de FM tiene un gran número de bandas laterales. La desviación de frecuencia es la máxima excursión de frecuencia de una señal de FM alrededor de la frecuencia central. Las estaciones radiofónicas en la banda que comprende 88MHz a 108MHz utilizan la modulación en frecuencias (FM) para transmitir audio en la portadora de RF. La FM es el proceso de combinar señales de AF y RF para que las variaciones de amplitud de la señal moduladora de AF controlen la frecuencia de la portadora de RF. La frecuencia de la señal moduladora de AF controla la tasa a que cambia la frecuencia de la portadora de RF. En la generación de una señal de FM no se crean variaciones en amplitud; sólo variaciones en frecuencia.
Forma de ondas en FM La figura anterior muestra la portadora de RF no modulada, que tiene una frecuencia constante denominada la frecuencia de reposo o central. El aplicar la señal de modulación de audio de (b) provoca que la frecuencia de la portadora cambie como se muestra en (e).
Comentario Cuando la amplitud de la señal de modulación va a positivo, aumenta la frecuencia de la portadora, y continúa aumentando hasta que la señal de modulación alcance su máximo valor positivo. En este punto es máxima la frecuencia de la portadora. Al empezar a disminuir la amplitud de la señal de modulación, también disminuye la frecuencia de la portadora. Cuando el voltaje de modulación disminuye a 0, la portadora vuelve a la frecuencia central. Algo semejante ocurre en el medio ciclo negativo del voltaje de modulación excepto por que la frecuencia portadora disminuye por debajo de la frecuencia central. Luego vuelve a la frecuencia de reposo cuando la señal de modulación vuelve a O. Si la señal de modulación varía en frecuencia, no tiene efecto en las excursiones máxima y mínima de la frecuencia de portadora, sino que sólo determina la rapidez o lentitud con que ocurren las variaciones en la frecuencia. Es decir, que una frecuencia más baja de modulación provoca que ocurran variaciones a una tasa más lenta, y una frecuencia más alta de modulación hace que ocurran a una tasa más rápida. Sin embargo, las variaciones en amplitud de la señal de modulación sí afectan las excursiones máxima y mínima de la frecuencia portadora. Una señal de mayor amplitud provoca un mayor cambio en la frecuencia y una señal más pequeña provoca un cambio menor en la frecuencia.
Desviación de Frecuencia A toda la excursión en frecuencia de una señal de FM con respecto a la frecuencia central se le conoce como desviación de frecuencia. Para la transmisión radiofónica comercial de FM, se restringe la desviación de frecuencias a 150kHz por reglamentación de la Comisión Federal de Comunicaciones (FCC) de Estados Unidos. La oscilación de la portadora es la cantidad de desviación arriba o abajo de la frecuencia central, o ±75kHz para las estaciones comerciales. Una relación importante en FM es la relación de la desviación, o sea la relación de la oscilación máxima de la portadora a la máxima señal de audio por transmitir. Por lo general se restringe en forma arbitraria a 15kHz la frecuencia de audio más alta a transmitir comercialmente. En este caso, la relación de desviación de las estaciones comerciales es:
Ancho de banda en FM Ancho de banda asignado a transmisores comerciales
Fórmula relación de desviación Máxima oscilación de portadora 75 Khz ----------------------------------------------------------- = ------------- = 5 Frecuencia de audio más alta por transmitir 15 Khz
Indice de modulación Indice de modulación. Otro término que se utiliza en FM es el índice de modulación, que es la relación de la máxima oscilación de la portadora a la frecuencia de la señal variable de audio que produce la oscilación de la portadora que puede parecer igual a la relación de la desviación aunque sólo sería cierto si la más alta señal de modulación también tuviera la mayor amplitud. Por lo general las frecuencias bajas tienen una mayor amplitud que las altas, lo que explica la diferencia. Matemáticamente, se expresa el índice de modulación como: Máxima oscilación de la portadora Indice de modulación = ------------------------------------------------------- Frecuencia de la señal de audio que produce la oscilación de la portadora
Potencia en una señal de FM Aplicar modulación a una portadora de FM no produce aumento en la potencia pico de la portadora como sucede en la señal de AM. De la potencia total transmitida de FM, parte de la potencia de la portadora de la señal de FM va a las bandas laterales durante la modulación, lo que disminuye la potencia de la propia portadora pero como se utilizan casi todas las bandas laterales, las pérdida global de potencia es mínima. La FM es una forma eficiente de transmisión.