amplitud modulada am
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“Comunicación”
Escuela de Ing. Electrónica y Eléctrica
ALCALA CH, Rafael A.
C.I 13.814.213
Agosto, 2014
Introducción
INSTITUTO UNIVERSITARIO POLITECNICO
“SANTIAGO MARIÑO”
EXTENSION - MATURIN
Las señales de información deben ser transportadas entre un transmisor y
un receptor sobre alguna forma de medio de transmisión. Sin embargo, las
señales de información pocas veces encuentran una forma adecuada para la
transmisión.
La modulación se define como el proceso de transformar información de su forma
original a una forma más adecuada para la transmisión.
Demodulación es el proceso inverso. La modulación se realiza en el transmisor en
un circuito llamado modulador.
Comúnmente hablamos de emisoras de AM y de FM, y se suelen confundir esto
con las bandas de radiodifusión en Onda Media y VHF respectivamente. AM y FM
hacen referencia al tipo de modulación que usan las emisoras en dichas bandas y
no a la banda en sí. Un diexista que explore distintas bandas en busca de
diferentes tipos de emisoras (radiodifusión, utilitarias, radioaficionados, etc.) se
enfrentara con distintos tipos de modulación (AM, FM, SSB, CW, RTTY, etc.) que
su receptor deberá ser capaz de demodular si desea oírlas.
1. Modulación
Se denomina al proceso que consiste en trasladar la estructura original de
información a otro punto del espectro de frecuencias. De hecho que para poder
escuchar esta información debe ser colocada de nuevo en la posición espectral
original y a es te proceso inverso se lo denomina demodulación
Demodulación es el proceso inverso (es decir la onda modulada se convierte
nuevamente en su forma original)
La modulación es el proceso, o el resultado del proceso, de variar una
característica de una onda portadora de acuerdo con una señal que transporta
información. El propósito de la modulación es sobreponer señales en las ondas
portadoras.
Es la técnica empleada para modificar una señal con la finalidad de posibilitar el
transporte de información a través de un canal de comunicación y recuperar la
señal en su forma original en la otra extremidad.
Se trata de la modificación de una señal denominada portadora y al acoplarle las
variaciones de otra señal denominada moduladora. Son posibles dos técnicas
para la transmisión de datos: analógica y digital. Solamente la analógica realiza
modulación. La digital, usa un recurso de codificación de pulsos.
2. Frecuencia Portadora
Una señal portadora es una onda eléctrica modificada en alguno de sus
parámetros por la señal de información (sonido, imagen o datos) y que se
transporta por el canal de comunicaciones.
El uso de una onda portadora también soluciona muchos otros problemas de
circuito, antena, propagación y ruido. Por ello, una antena práctica debe tener un
tamaño aproximado al de la longitud de onda de la onda electromagnética de la
señal que se va a transmitir. Si las ondas de sonido se difundieran directamente
en forma de señales electromagnéticas, la antena tendría que tener más de un
kilómetro de altura. Usando frecuencias mucho más altas para la portadora, el
tamaño de la antena se reduce significativamente porque las frecuencias más
altas tienen longitudes de ondas más cortas.
La portadora es una onda periódica cuyos parámetros de definición son la
amplitud, la frecuencia y la fase. De tal manera que según el parámetro que varíe
la Banda Base surge la denominación de la técnica.
AM: Modulación de amplitud
FM: Modulación de frecuencia
PM: Modulación de fase
A su vez la modulación de amplitud y frecuencia pueden ser realizada mediante
diversas técnicas:
Amplitud Modulada
o AMDSB: doble banda lateral con portadora.
o AMDSBSC: doble banda lateral con portadora suprimida.
o SSB: banda lateral única (BLU).
o VSSB: banda lateral vestigial.
o ISSB: banda lateral independiente.
Frecuencia Modulada
o Mono
o Estéreo
3. Modulación en Amplitud de Doble Banda Lateral y portadora completa
DSB-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.
Es la forma más conocida y antigua de transmisión AM. Ofrece la mayor
simplicidad y ahorro económico, y se usa particularmente en sistemas de bajo
nivel.
Dominio del tiempo y Espectro de frecuencias de una onda AM (DSBFC)
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.
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.
El oscilador de portadora de RF puede ser cualquiera de las configuraciones de
oscilador discutidas anteriormente.
Las normas tienen requerimientos estrictos sobre la exactitud y estabilidad del
transmisor; por lo tanto, los osciladores controlados por cristales son los circuitos
más comúnmente utilizados. El amplificador de búfer es un amplificador lineal de
impedancia de entrada alta y de ganancia baja. Su función es aislar al oscilador de
los amplificadores de alta potencia. El búfer proporciona una carga relativamente
constante al oscilador, la cual ayuda a reducir la ocurrencia y magnitud de las
variaciones de la frecuencia de corto término. Frecuentemente se usan para el
búfer los seguidores de emisor de circuito integrado. El modulador puede utilizar la
modulación de emisor o de colector. Los amplificadores de potencia intermedia y
final son de clase A lineal o clase B push-pull. Esto se requiere en los transmisores
de bajo nivel para mantener simetría en la envolvente de AM. La red de
acoplamiento de la antena acopla la impedancia de salida del amplificador de
potencia final a la línea de transmisión y antena.
Los transmisores de bajo nivel como el mostrado en la figura 5 se utilizan 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.
Diagrama en bloques para un transmisor de AM DSBFC de bajo nivel.
Transmisores de alto nivel
En esta configuración la modulación ocurre en la última etapa, lo cual requiere que
las señales deben ser amplificadas desde el inicio, lo cual requiere mucha energía.
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 oscilador de portadora RF, su búfer asociado y el excitador de la portadora
también son esencialmente los mismos circuitos utilizados en los transmisores de
bajo nivel. Sin embargo, con los transmisores de alto nivel, la portadora de RF
pasa por una amplificación de potencia adicional antes de la etapa del modulador,
y el amplificador de potencia final también es el modulador. Consecuentemente, el
modulador generalmente es un amplificador de clase C modulado en drenaje,
placa, o colector.
Con los transmisores de alto nivel, 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.
Diagrama en bloques para un transmisor AM DSBFC de alto nivel
4. Modulación en Amplitud de Doble Banda Lateral con Portadora
Suprimida (DSB-SC)
Esta técnica de modulación analógica, tiene como característica que la amplitud
de la portadora Ac no modulada y denotada por la ecuación:
Ac cos (wct + qc)
se varía en proporción a la señal de banda base o señal moduladora. En estas
condiciones, se mantienen constantes wc y qc. El espectro de frecuencia de la
señal modulante se desplaza hasta el valor de wc.
X
f(t)
cos(Wc.t)
f(t).cos(Wc.t)
Podemos obtener las siguientes observaciones:
La señal f(t) se denomina MODULANTE y es la que contiene la información que se
desea transmitir.
La señal Cos(wct) es la PORTADORA, la cual determina la frecuencia a la cual va
a ser trasladado el espectro de frecuencia
El espectro de f(t).cos(wct) no contiene portadora.
El espectro de la moduladora es simétrico respecto al eje “y”, es decir, la
información al lado derecho es igual al del lado izquierdo.
El espectro de f(t).cos(wc t) contiene dos bandas laterales para ±wc. La banda a
la derecha de +wc se denomina banda lateral superior (B.L.S.) y la de la izquierda
banda lateral inferior (B.L.I.). Para la frecuencia -wc el tratamiento es análogo, es
decir, la banda a la derecha de -wc se denomina banda lateral inferior (B.L.I.) y la
de la izquierda banda lateral superior (B.L.S.).
El ancho de banda de la señal modulada es el doble del ancho de banda de la
señal moduladora.
f(t)
cos(Wc.t)
f(t).cos(Wc.t)
Se suprime la portadora y se transmiten las 2 bandas. Eliminar la portadora
permite que toda la potencia del transmisor se destine a las bandas laterales,
incrementando sustancial su potencia. El ancho de banda es similar al de DSB-
SC. Es utilizada por las estaciones de radio comerciales.
Dominio del tiempo y espectro de frecuencia para modulación DSB-SC
El transmisor de doble banda lateral moderno consiste generalmente de: un
amplificador de micrófono encargado de amplificar señal vocal, de allí pasa a un
circuito llamado "modulador balanceado" quien se encarga de trasladar el espectro
de audiofrecuencia al de radiofrecuencia, para hacerlo recibe simultáneamente
una señal de radiofrecuencia proveniente de un oscilador llamado "el generador
de portadora" (por tradición), que determina a qué parte del espectro se trasladará
la señal de audio.
En la salida del modulador balanceado se obtienen dos señales que son copias de
la señal de audio, simétricas trasladadas en el espectro, que se ubican a ambos
lados de la frecuencia portadora y son simétricas, pero como si la portadora fuera
un espejo. Estas señales se denominan "bandas laterales", la de frecuencias más
altas se llama "Banda Lateral Superior - BLS" (Upper Side Band - USB) y la de
frecuencias más bajas "Banda Lateral Inferior BLI" (Lower Side Band - LSB)
Mediante un cuidadoso diseño de los circuitos se consigue que en su salida no
aparezcan restos de la señal de audio original y, más importante aún, restos de la
señal del generador de portadora. A continuación se amplifica la señal hasta un
valor conveniente mediante una o más etapas amplificadoras lineales y se envía a
la antena
5. Modulación de banda lateral única con portadora suprimida - BLU -
SSB-SC (SINGLE SIDE BAND - SUPRESSED CARRIER).
Se transmite sólo una de las bandas, eliminando la otra y la portadora. Dispone de
toda la potencia del transmisor o, si se prefiere, se necesita menos potencia para
la transmisión, porque se ahorra la correspondiente a la portadora y a la otra
banda. Sólo se necesita la mitad de ancho de banda que en DSB. Se utiliza en
telefonía.
El inconveniente de la modulación SSB-SC es que tanto el modulador como el
demodulador presentan una complejidad más elevada que los tipos anteriores.
Dominio del tiempo y espectro de frecuencia para modulación SSB-SC
El trasmisor de BLU básico es similar en su concepción a las etapas iníciales del
DBL: Una vez lograda la señal de doble banda lateral con portadora suprimida en
el modulador balanceado (normalmente en una frecuencia intermedia fija) se pasa
por un filtro de paso de banda muy estrecho (método de Carson), que solamente
permite pasar una de las bandas laterales bloqueando la otra, si el proceso se
realizó en una frecuencia intermedia fija, la señal se aplica a una etapa
mezcladora donde se combina con un oscilador fijo o variable para producir la
necesaria traslación del espectro de FI a la porción del mismo donde tendrá lugar
la trasmisión.
Luego del mezclador se emplean uno o más pasos de amplificación lineal que
elevan la potencia a un valor adecuado para su trasmisión a través del éter.
Existen métodos para eliminar la banda lateral no deseada. Además del precursor
y más popular de John Carson que utiliza filtros muy selectivos, se emplean otros
tales el método de "rotación de fase" inventado por Ralph Hartley, o el de Donald
K. Weaver conocido como "el tercer método". Estos últimos, que utilizan métodos
más sutiles para eliminar la banda no deseada, se están popularizando
últimamente gracias a las últimas tecnologías y son la base de los sistemas que
operan por software.
Diagrama en bloques para un transmisor SSB
Hay que aclarar que existen variantes de este modo de transmisión según las
bandas que se supriman:
USB-Banda Lateral Superior: cuando es suprimida la portadora y la banda lateral
inferior.
LSB-Banda Lateral Inferior: cuando es suprimida la portadora y la banda lateral
superior.
6. Modulación AM de Banda Lateral Única con Portadora Completa
Sistemas de Banda Lateral Única (SSB)
La información contenida en la banda lateral superior es idéntica a la información
que contiene la banda lateral inferior, por lo que transmitir por ambas bandas
laterales es redundante. Esto sumado a lo ya dicho que la mayoría de la potencia
transmitida es mayoritariamente por la portadora, resulta que transmitir en AM
convencional es poco eficienteenpotenciayanchodebanda
Existen varios tiposdesistemasdeSSBalgunos son:
‐ AMdeBandaLateralÚnicaconPortadora Completa
‐ AMdeBandaLateralÚnicaconPortadora Suprimida
‐ AMdeBandaLateralÚnicaconPortadora Reducida
‐ BandaLateralIndependiente
‐ BandaLateralVestigial
Las ventajas de la transmisión de la banda lateral única (SSB)
Optimización del ancho de banda.
Optimización de potencia.
Desvanecimiento selectivo.
reducción de ruido.
7. Modulación AM de Banda Lateral Única con Portadora Completa
(SSBFC)
En este forma de modulación de amplitud se la portadora se transmite a toda
potencia, pero sólo por una de las bandas laterales. Esto hace que este sistema
requiera sólo de la mitad del ancho de banda deun sistemaAMconvencional. La
envolvente de la SSBFC 100% modulada es idéntica a la envolvente a una
envolvente doble banda lateral con portadora completa 50% modulada.
En este sistema la portadora se transmite con toda su potencia y solamente una
de las bandas laterales por lo cual se requiere solamente la mitad del ancho de
banda de AM convencional aumentando la eficiencia en la transmisión
8. Modulación AM de Banda Lateral Única con Portadora Suprimida
(SSBSC)
En esta forma de modulación de amplitud se elimina totalmente la portadora y una
banda lateral. Esto hace que se reduzca a la mitad el ancho de banda y también
considerablementelapotencia transmitida.
La forma de onda no es una envolvente, sino una onda senoidal sencilla con una
frecuencia igual a la suma (o diferencia) de la frecuencia de la portadora y de la
modulante(segúndecualbandalateralsetransmite)
En esta forma de modulación de amplitud se elimina una banda lateral y la
amplitud de la portadoraesreducida(10%aprox.) La forma de onda transmitida
depende si la amplitud de la onda portadora es menor a la amplituddelabanda
lateralobien son iguales.
9. Modulada AM de banda lateral única con portadora reducida (SSBRC)
Se elimina totalmente una banda lateral y la portadora se reduce a
aproximadamente 10% de su amplitud no modulada. En consecuencia el 90% de
la potencia total transmitida esta en la banda lateral no suprimida. Para producir la
reducción de portadora, primero se suprime totalmente durante la modulación y
luego se reinserta con una amplitud reducida. También se le llama banda lateral
única de portadora reinsertada
Conclusión
Modulación de amplitud (AM es el proceso de cambiar la amplitud de una
portadora de frecuencia relativamente alta de acuerdo con la amplitud de la señal
modulante (información). Las frecuencias que son lo suficientemente altas para
radiarse de manera eficiente por una antena y propagase por el espacio libre se
llaman comúnmente radiofrecuencias o simplemente RF. Con la modulación de
amplitud, la información se imprime sobre la portadora en la forma de cambios de
amplitud. La modulación de amplitud es una forma de modulación relativamente
barata y de baja calidad de modulación que se utiliza en la radiodifusión de
señales de audio y video.
En un transmisor de radio se genera una señal de radiofrecuencia que es
emitida a través de la antena y captada por un receptor. Ahora bien, esa señal
sería solo un ruido sin sentido. Para emitir información a través de la radio, el
mensaje (por ejemplo una señal de audio: voz o música) tiene que ser "mezclado"
con la señal de radio (ahora llamada "portadora" pues transporta la señal con la
información hasta el receptor); es decir que la señal es modulada por el
transmisor.