antenas, modulacion,y diodo varicap
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INDICE
Introducción 1 Objetivos 2 Cuerpo de trabajo: 3 Las antenas: 3 Patrón de radiación 3 Ganancia 3 Directividad 4 Polarización 4 Tipos de antenas 4-8 Modulación AM y FM: 9-21 Modulación: 9 Técnicas de modulación 9 Tipos de modulación 10 Amplitud Modulada: 11 Aplicaciones tecnológicas de la AM 11 Demodulación de AM 13 Potencia de la señal modulada 14 Frecuencia Modulada: 15 Aplicaciones en la radio 17 Tecnología 19 Demodulador de FM 20 Ancho de Banda 21 Diodo Varicap: 22-25 Funcionamiento 23 Aplicación 23 Características, relación tensión-capacitancia 24 Sintonizador con Diodo Varicap 25 Conclusiones 26 Bibliografía 27
Introducción.
En el siguiente reporte de investigación se muestran los distintos tipos de antenas, sus características físicas y espaciales, sus respectivas funciones, y sobre todo las características importantes que tienen que ser tomadas en cuenta al momento de elegir un tipo específico de antena para su aplicación, con lo cual al final de este informe seremos capaces de identificar qué tipo de antena es la as apropiada para alguna circunstancia especifica.
Además en capitulo que trata acerca del tema de Modulación podremos observar que hay muchos tipos de modulación pero los más empleados son AM y FM que sería Amplitud Modulada y Frecuencia Modulada usados más en la industria radiofónica. Los cuales ayudan a comprender que hay dos frecuencias o mejor dicho dos tipos de poder en AM las señales son muy bajas, no como en FM que maneja grandes señales y se logra obtener un sonido Estéreo más moderno que en años anteriores.
También en el tercer capítulopodremos saber que es un diodo de capacidad variable, llamado varicap o mejor conocido como diodo varactor, y podremos conocer su representación electrónica y de cierta manera su forma física, sabremos parte de sus origines, y con respecto a su funcionamiento veremos la forma de polarizarlo correctamente para poder utilizarlo de la manera más apropiada posible, además de sus características de funcionamiento y algunas de las aplicaciones mas usuales que se le dan a este dispositivo
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Objetivos.
Generales.
Dar a conocer los distintos tipos de antenas su funcionamiento, características que tiene cada una de ellas, indagando sobre su aplicación en la industria.
Conocer la diferencia que existe entre la AM y FM y diferenciar los tipos de señal.
Investigar y conocer el verdadero funcionamiento de los diodos varactores o de capacidad variable(varicap), su forma de polarización, su simbología además de su forma real, su comportamiento en ac y dc, y sobre todo sus beneficios y ventajas con respecto a otros dispositivos en los circuitos aplicados en el día a día.
Específicos.
Saber que es un diodo varactor con su respectivo funcionamiento. Conocer la manera correcta de la polarización de un varactor. Identificar los diodos varactores por su símbolo y forma física. Reconocer su comportamiento en ac y dc además de los beneficios tiene
en cada polarización. Conocer las ventajas de los varactores en los circuitos electrónicos
respecto a otros dispositivos. Conocer que significa el término modulación y los diferentes tipos de
modulación.
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Marco Teórico
LAS ANTENAS.
Una antena es un dispositivo hecho para transmitir (radiar) y recibir ondas de radio (electromagnéticas). Existen varias características importantes de una antena que deben de ser consideradas al momento de elegir una específica para su aplicación:
Patrón de radiación Ganancia Directividad Polarización
Patrones de Radiación:
El patrón de radiación de una antena se puede representar como una gráfica tridimensional de la energía radiada vista desde fuera de esta. Los patrones de radiación usualmente se representan de dos formas, el patrón de elevación y el patrón de azimuth. El patrón de elevación es una gráfica de la energía radiada por la antena vista de perfil. El patrón de azimuth es una gráfica de la energía radiada vista directamente desde arriba. Al combinar ambas gráficas se tiene una representación tridimensional de cómo es realmente radiada la energía desde la antena.
Ganancia:La ganancia de una antena es la relación entre la potencia que entra en una antena y la potencia que sale de esta. Esta ganancia es comúnmente referida en Bi's, y se refiere a la comparación de cuanta energía sale de la antena en cuestión, comparada con la que saldría de una antena isotrópica. Una antena isotrópica es aquella que cuenta con un patrón de radiación esférico perfecto y una ganancia lineal unitaria.
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Directividad:La directividad de la antena es una medida de la concentración de la potencia radiada en una dirección particular. Se puede entender también como la habilidad de la antena para direccionar la energía radiada en una dirección especifica. Es usualmente una relación de intensidad de radiación en una dirección particular en comparación a la intensidad promedio isotrópica.
Polarización:Es la orientación de las ondas electromagnéticas al salir de la antena. Hay dos tipos básicos de polarización que aplican a las antenas, como son: Lineal (incluye vertical, horizontal y oblicua) y circular (que incluye circular derecha, circular izquierda, elíptica derecha, y elíptica izquierda). No olvide que tomar en cuenta la polaridad de la antena es muy importante si se quiere obtener el máximo rendimiento de esta. La antena transmisora debe de tener la misma polaridad de la antena receptora para máximo rendimiento.
TIPOS DE ANTENAS
Hay varios tipos de antenas. Los más relevantes para aplicaciones en bandas libres son:
Antenas Dipolo Antenas Dipolo multi-elemento Antenas Yagi Antenas panel Plano (Flat Panel) Antenas parabólicas (plato parabólico)
Antenas Dipolo:
Todas las antenas de dipolo tienen un patrón de radiación generalizado. Primero el patrón de elevación muestra que una antena de dipolo es mejor utilizada para transmitir y recibir desde el lado amplio de la antena. Es sensible a cualquier movimiento fuera de la posición perfectamente vertical. Se puede mover alrededor de 45 grados de la verticalidad antes que el desempeño de la antena se degrade más de la mitad. Otras antenas de dipolo pueden tener diferentes cantidades de variación vertical antes que sea notable la degradación.Un ejemplo de patrón de elevación puede verse en la figura 1a. A partir del patrón de azimuth se ve que las antenas operan igualmente bien en 360 grados alrededor de la antena. Físicamente las antenas dipolo son cilíndricas por naturaleza, y pueden ser ahusadas o con formas especificas en el exterior para cumplir con especificaciones de medidas. Estas antenas son usualmente
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alimentadas a través de una entrada en la parte inferior, pero también pueden tener el conector en el centro de la misma.
Antenas Dipolo Multi-Elemento:
Las antenas multi-elemento tipo dipolo cuentan con algunas de las características generales del dipolo simple. Cuentan con un patrón de elevación y azimuth similar al de la antena dipolo simple. La diferencia más clara entre ambas es la direccionalidad de la antena en el plano de elevación, y el incremento en ganancia debido a la utilización de múltiples elementos. Con el uso de múltiples elementos en la construcción de la antena, esta puede ser configurada para diferentes ganancias, lo cual permite diseños con características físicas similares. Tal como se puede ver en el patrón de elevación de la, múltiples antenas de dipolo son muy direccionales en el plano vertical. Debido a que la antena de dipolo radia igualmente bien en todas las direcciones del plano horizontal, es capaz de operar igualmente bien en configuración horizontal.
Antenas Yagi:
Estas se componen de un arreglo de elementos independientes de antena, donde solo uno de ellos transmite las ondas de radio. El número de elementos (específicamente, el número de elementos directores) determina la ganancia y directividad. Las antenas Yagi no son tan direccionales como las antenas parabólicas, pero son más directivas que las antenas panel.
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Antenas Panel Plano (Flat Panel):Las antenas de panel plano como su nombre lo dice son un panel con forma cuadrada o rectangular. y están configuradas en un formato tipo patch. Las antenas tipo Flat Panel son muy direccionales ya que la mayoría de su potencia radiada es una sola dirección ya sea en el plano horizontal o vertical. En el patrón de elevación y en el patrón de azimuth se puede ver la directividad de la antena Flat Panel. Las antenas Flat Panel pueden ser fabricadas en diferentes valores de ganancia de acuerdo a su construcción. Esto puede proveer excelente directividad y considerable ganancia.
Antenas Parabólicas:
Las antenas parabólicas usan características físicas así como antenas de elementos múltiples para alcanzar muy alta ganancia y direccionalidad. Estas antenas usan un plato reflector con la forma de una parábola para enfocar las ondas de radio recibidas por la antena a un punto focal. La parábola también
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funciona para capturar la energía radiada por la antena y enfocarla en un haz estrecho al transmitir. Como puede verse en la Figura 5, la antena parabólica es muy direccional. Al concentrar toda la potencia que llega a la antena y enfocarla en una sola dirección, este tipo de antena es capaz de proveer muy alta ganancia
Antena de Ranura:
Las antenas de ranura cuentan con características de radiación muy similares a las de los dipolos, tales como los patrones de elevación y azimuth, pero su construcción consiste solo de una ranura estrecha en un plano. Así como las antenas microstrip mencionadas abajo, las antenas de ranura proveen poca ganancia, y no cuentan con alta direccionabilidad, como evidencian su patrones de radiación y su similiridad al de los dipolos. Su más atractiva característica es la fáicilidad de construcción e integración en diseños existentes, así como su bajo costo. Estos factores compensan por su desempeño poco eficiente.
Antenas Microstrip:
Estas antenas pueden ser hechas para emular cualquiera de los diferentes tipos de antenas antes mencionados. Las antenas microstrip ofrecen varios detalles que deben de ser considerados. Debido a que son manufacturadas con pistas en circuito impreso, pueden ser muy pequeñas y livianas. Esto tiene como costo no poder manejar mucha potencia como es el caso de otras antenas, además están hechas para rangos de frecuencia muy específicos. En muchos casos, esta limitación de frecuencia de operación puede ser benéfica para el desempeño del radio. Debido a sus características las antenas microstrip no son muy adecuadas para equipos de comunicación de banda amplia.
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.Para ayudar en la elección de la antena correcta para su aplicación, la tabla 1 se provee como un medio de comparación entre los diferentes tipos:
Patrón de Radiación
Ganancia Directividad Polarización
Dipolo Amplio Baja Baja LinealDipolo Multi-Elemento
Amplio Baja/Media Baja Lineal
Panel Plano (Flat Panel)
Amplio Media Media/Alta Lineal/Circular
Plato Parabólico
Amplio Alta Alta Lineal/Circular
Yagi Enfire Media/Alta Media/Alta Lineal
Ranura Amplio Baja/Media Baja/Media Lineal
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Modulación AM y FM.
Modulación
Modulación engloba el conjunto de técnicas que se usan para transportar información sobre una onda portadora, típicamente una onda sinusoidal. Estas técnicas permiten un mejor aprovechamiento del canal de comunicación lo que posibilita transmitir más información en forma simultánea además de mejorar la resistencia contra posibles ruidos e interferencias. Según la American National Standard For Telecommunications, la modulación es el proceso, o el resultado del proceso, de variar una característica de una portadora de acuerdo con una señal que transporta información. El propósito de la modulación es sobreponer señales en las ondas portadoras.
Básicamente, la modulación consiste en hacer que un parámetro de la onda portadora cambie de valor de acuerdo con las variaciones de la señal moduladora, que es la información que queremos transmitir.
Técnicas de modulación básicas
Uno de los objetivos de las comunicaciones es utilizar una frecuencia portadora como frecuencia básica de una comunicación, pero modificándola siguiendo un proceso denominado modulación para codificar la información en la onda portadora.
Tres aspectos de la onda portadora básica que se pueden modular son:
Amplitud
Frecuencia
Fase o ángulo
Las tres técnicas de modulación básica son:
Modulación de la amplitud (AM o amplitud modulada).
Modulación de la frecuencia (FM o frecuencia modulada).
Modulación de la fase (PM o fase modulada).
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La mayoría de los sistemas de comunicación utilizan alguna de estas tres técnicas de modulación básicas, o una combinación de ellas
Tipos de modulación
Dependiendo del parámetro sobre el que se actúe, tenemos los distintos tipos
de modulación:
Modulación en doble banda lateral (DSB)
Modulación de amplitud (AM)
Modulación de fase (PM)
Modulación de frecuencia (FM)
Modulación banda lateral única (SSB, ó BLU)
Modulación de banda lateral vestigial (VSB, VSB-AM, ó BLV)
Modulación de amplitud en cuadratura (QAM)
Modulación por división ortogonal de frecuencia (OFDM), también conocida
como 'Modulación por multi-tono discreto' (DMT)
Modulación de Espectro ensanchado por secuencia directa (DSSS)
Modulación por longitud de onda
Modulación en anillo
Cuando la OFDM se usa en conjunción con técnicas de codificación de canal,
se denomina Modulación por división ortogonal de frecuencia
codificada (COFDM).
También se emplean técnicas de modulación por impulsos, pudiendo citar entre
ellas:
Modulación por impulsos codificados (PCM)
Modulación por anchura de pulsos (PWM)
Modulación por duración de pulsos (PDM)
Modulación por amplitud de pulsos (PAM)
Modulación por posición de pulsos (PPM)
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Cuando la señal es una indicación simple on-off a baja velocidad, como una
transmisión en código Morse o radioteletipo (RTTY), la modulación se
denomina manipulación, modulación por desplazamiento, así tenemos:
Modulación por desplazamiento de amplitud (ASK)
Modulación por desplazamiento de frecuencia (FSK)
Modulación por desplazamiento de fase (PSK)
Modulación por desplazamiento de amplitud y fase (APSK o APK)
La transmisión de radioteletipo (RTTY) puede ser considerada como una forma
simple de Modulación por impulsos codificados
Cuando se usa el código Morse para conmutar on-off la onda portadora, no se
usa el término 'manipulación de amplitud', sin operación en onda continua (CW).
La modulación se usa frecuentemente en conjunción con varios métodos de
acceso de canal. Otras formas de modulación más complejas son (PSK),
(QAM), (I/Q), (QFSK), etc.
AMPLITUD MODULADA
Amplitud modulada (AM) o modulación de amplitud es un tipo
de modulación lineal que consiste en hacer variar la amplitud de la señal
portadora de forma que esta cambie de acuerdo con las variaciones de nivel de
la señal que contiene la información que se desea transmitir, llamada señal
moduladora o modulante.
Aplicaciones tecnológicas de la AM
Una señal (arriba) puede ser transportada en una onda AM o FM.
Una gran ventaja de AM es que su demodulación es muy simple y, por
consiguiente, los receptores son sencillos y baratos, todo esto gracias a Robert
Herzenbert que en 1932 patentó el término AM; un ejemplo de esto es la radio a
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galena. Otras formas de AM como la modulación por Banda lateral única o
la Doble Banda Lateral son más eficientes en ancho de banda o potencia pero
en contrapartida los receptores y transmisores son más caros y difíciles de
construir, ya que además deberán reinsertar la portadora para conformar la AM
nuevamente y poder demodular la señal trasmitida.
La AM es usada en la radiofonía, en las ondas medias, ondas cortas, e incluso
en la VHF: es utilizada en las comunicaciones radiales entre los aviones y las
torres de control de los aeropuertos. La llamada "Onda Media" (capaz de ser
captada por la mayoría de los receptores de uso doméstico) abarca un rango de
frecuencia que va desde 535 a 1705 KHz.
Representación matemática de la modulación en AM
La señal moduladora, la señal portadora y la señal modulada en AM en sus
distintas etapas.
Al considerar la señal moduladora (señal del mensaje) como:
Y Señal portadora como:
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La ecuación de la señal modulada en AM es la siguiente:
= Señal modulada
= Señal moduladora normalizada con respecto a su amplitud
=
= Índice de modulación (suele ser menor que la unidad)=
Básicamente, se trata de multiplicar el mensaje a transmitir por la
portadora cosenoidal y, a su vez, sumarle esa portadora cosenoidal. El espectro
en frecuencias de la señal quedará trasladado a radianes por segundo,
tanto en la parte positiva del mismo cómo en la negativa, y su amplitud será, en
ambos casos, el producto de la señal moduladora por la amplitud de la
portadora, sumado a la amplitud de la portadora, y dividido por dos. El resultado
se aprecia en los enlaces a las siguientes imágenes: amplitud total o rango es la
medida de la variación tota de los valores de los datos, es decir la diferencia
entre el valor y el valor menor
Demodulación de AM
Existen dos posibilidades para la demodulación de una señal modulada en
AM. La primera de ellas, la más simple, es sólo posible en caso de que se
cumpla la condición siguiente:
En este supuesto, la envolvente de la señal modulada, esto es
es siempre positiva y para recuperar la señal moduladora es suficiente con un
receptor que capte dicha envolvente. Esto se consigue con un simple circuito
rectificador con carga capacitiva. Así funcionaba la pionera radio de galena.
La otra opción para la demodulación de la señal modulada en AM es utilizar el
mismo tipo de demodulación que se usa en las otras modulaciones lineales. Se
trata del demodulador coherente. Para ello, es necesario conocer la frecuencia
de la portadora y, en ocasiones, también la fase, lo que requiere la
utilización de un PLL (PhaseLockLoop). En este otro supuesto, no es necesario
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que el índice de modulación sea menor que la unidad, o lo que es lo mismo, no
es necesario que la envolvente [1 + m·x(t)] sea siempre positiva.
El demodulador coherente utiliza la siguiente propiedad matemática de la
función coseno:
Para multiplicar la función por la portadora:
A partir de esto, con un filtro paso-bajo y un supresor de continua, se obtiene la
señal .
Potencia de la señal modulada
La amplitud máxima de cada banda lateral está dada por la
expresión: y cómo la potencia es proporcional al cuadrado de la
tensión, la potencia de la señal modulada resultará la suma de la potencia de la
señal portadora mas la potencia de ambas bandas laterales:
Para que la igualdad sea posible debemos tener en cuenta las potencias en
lugar de las tensiones:
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En el caso de que la modulación sea al cien por ciento, entonces y por
lo tanto la potencia de la señal modulada será:
O lo que es lo mismo:
De lo último se desprende que la onda portadora consumirá dos tercios de la
potencia total, dejando un tercio para ambas bandas laterales.
FRECUENCIA MODULADA
Una señal moduladora (la primera) puede transmitirse modulando una onda
portadora en AM (la segunda) o FM (la tercera), entre otras.
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La frecuencia modulada (FM) o modulación de frecuencia es una modulación
angular que transmite información a través de una onda portadora variando
su frecuencia (contrastando esta con la amplitud modulada o modulación de
amplitud (AM), en donde la amplitud de la onda es variada mientras que su
frecuencia se mantiene constante). En aplicaciones analógicas, la frecuencia
instantánea de la señal modulada es proporcional al valor instantáneo de la
señal moduladora. Datos digitales pueden ser enviados por el desplazamiento
de la onda de frecuencia entre un conjunto de valores discretos, una
modulación conocida como FSK.
La frecuencia modulada es usada comúnmente en las radiofrecuencias de muy
alta frecuencia por la alta fidelidad de la radiodifusión de la música y
el habla (véase Radio FM). El sonido de la televisión analógica también es
difundido por medio de FM. Un formulario debanda estrecha se utiliza para
comunicaciones de voz en la radio comercial y en las configuraciones
de aficionados. El tipo usado en la radiodifusión FM es generalmente llamado
amplia-FM o W-FM (de la siglas en inglés "Wide-FM"). En la radio de dos vías,
la banda estrecha o N-FM (de la siglas en inglés "Narrow-FM") es utilizada para
ahorrar banda estrecha. Además, se utiliza para enviar señales al espacio.
La frecuencia modulada también se utiliza en las frecuencias intermedias de la
mayoría de los sistemas de vídeo analógico, incluyendo VHS, para registrar
la luminancia(blanco y negro) de la señal de video. La frecuencia modulada es
el único método factible para la grabación de video y para recuperar de la cinta
magnética sin la distorsión extrema, como las señales de vídeo con una gran
variedad de componentes de frecuencia - de unos pocos hercios a
varios megahercios, siendo también demasiado amplia para trabajar
con equalisers con la deuda al ruido electrónico debajo de -60 dB. La FM
también mantiene la cinta en el nivel de saturación, y, por tanto, actúa como
una forma de reducción de ruido del audio, y un simple corrector puede
enmascarar variaciones en la salida de la reproducción, y que la captura del
efecto de FM elimina a través de impresión y pre-eco. Un piloto de tono
continuo, si se añade a la señal - que se hizo en V2000 o video 2000 y muchos
formatos de alta banda - puede mantener el temblor mecánico bajo control y
ayudar al tiempo de corrección.
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Dentro de los avances más importantes que se presentan en las
comunicaciones, la mejora de un sistema de transmisión y recepción en
características como la relación señal – ruido, sin duda es uno de los más
importantes, pues permite una mayor seguridad en las mismas. Es así como el
paso de Modulación en Amplitud (A.M.), a la Modulación en Frecuencia (F.M.),
establece un importante avance no solo en el mejoramiento que presenta la
relación señal ruido, sino también en la mayor resistencia al efecto del
desvanecimiento y a la interferencia, tan comunes en A.M.
La frecuencia modulada también se utiliza en las frecuencias de audio para
sintetizar sonido. Está técnica, conocida como síntesis FM, fue popularizada a
principios de los sintetizadores digitales y se convirtió en una característica
estándar para varias generaciones de tarjetas de sonido de computadoras
personales.
APLICACIONES EN RADIO
Dentro de las aplicaciones de F.M. se encuentra la radio, en donde los receptores emplean un detector de FM y el sintonizador es capaz de recibir la señal más fuerte de las que transmiten en la misma frecuencia. Otra de las características que presenta F.M., es la de poder transmitir señales estereofónicas, y entre otras de sus aplicaciones se encuentran la televisión, como sub-portadora de sonido; en micrófonos inalámbricos; y como ayuda en navegación aérea.
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Un ejemplo de modulación de frecuencia. El diagrama superior muestra la señal
moduladora superpuesta a la onda portadora. El diagrama inferior muestra la
señal modulada resultante.
Edwin Armstrong presentó su estudio: "Un Método de reducción de Molestias en la Radio Mediante un Sistema de Modulación de Frecuencia", que describió por primera vez a la FM, antes de que la sección neoyorquina del Instituto de Ingenieros de Radio el 6 de noviembre de 1935. El estudio fue publicado en 1936
La FM de onda larga (W-FM) requiere un mayor ancho de banda que la modulación de amplitud para una señal moduladora equivalente, pero a su vez hace a la señal más resistente al ruido y la interferencia. La modulación de frecuencia es también más resistente al fenómeno del desvanecimiento, muy común en la AM. Por estas razones, la FM fue escogida como el estándar para la transmisión de radio de alta fidelidad, resultando en el término "Radio FM" (aunque por muchos años la BBC la llamó "Radio VHF", ya que la radiodifusión en FM usa una parte importante de la banda VHF).
Los receptores de radio FM emplean un detector para señales FM y exhiben un fenómeno llamado efecto de captura, donde el sintonizadores capaz de recibir la señal más fuerte de las que transmitan en la misma frecuencia. Sin embargo, la desviación de frecuencia o falta de selectividad puede causar que una estación o señal sea repentinamente tomada por otra en un canal adyacente. La desviación de frecuencia generalmente constituyó un problema en receptores viejos o baratos, mientras que la selectividad inadecuada puede afectar a cualquier aparato.
Una señal FM también puede ser usada para transportar una señal estereofónica (vea FM estéreo) No obstante, esto se hace mediante el uso de multiplexación y demultiplexación antes y después del proceso de la FM. Se compone una señal moduladora (en banda base) con la suma de los dos canales (izquierdo y derecho), y se añade un tono piloto a 19 KHz. Se modula a continuación una señal diferencia de ambos canales a 38 KHz. en doble banda lateral, y se le añade a la moduladora anterior. De este modo se consigue compatibilidad con receptores antiguos que no sean estereofónicos, y además la implementación del demodulador es muy sencilla.
Una amplificación de conmutación de frecuencias radiales de alta eficiencia puede ser usada para transmitir señales FM (y otras señales de amplitud
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constante). Para una fuerza de señal dada (medida en la antena del receptor), los amplificadores de conmutación utilizan menos potencia y cuestan menos que un amplificador lineal. Esto le da a la FM otra ventaja sobre otros esquemas de modulación que requieren amplificadores lineales, como la AM y la QAM.
OTRAS APLICACIONES
La modulación de frecuencia encuentra aplicación en gran cantidad de sistemas de comunicación. Aparte de la FM de radiodifusión, entre 87 y 108 MHz, la separación entre dos canales adyacentes es de 200 KHz. y la desviación de frecuencia Δf=75 KHz. la FM se viene utilizando principalmente en las siguientes aplicaciones:
Televisión:
Sub-portadora de sonido: La información de sonido modula en
frecuencia la sub-portadora de sonido, que posteriormente se une a las
restantes componentes de la señal de TV para modular en AM la
portadora del canal correspondiente y se filtra para obtener la banda
lateral vestigial. El sonido NICAM es digital y no sigue este proceso.
SECAM: El sistema de televisión en color SECAM modula la información
de color en FM.
Micrófonos inalámbricos: Debido a la mayor insensibilidad ante las interferencias, los micrófonos inalámbricos han venido utilizando la modulación de frecuencia.
Ayudas a la navegación aérea. Sistemas como el DVOR (VOR Doppler), simulan una antena giratoria que, por efecto Doppler, modula en frecuencia la señal transmitida.
TECNOLOGÍA
Modulador de FM
La modulación de una portadora sobre FM, aunque se puede realizar de varias formas, resulta un problema delicado debido a que se necesitan dos características contrapuestas: estabilidad de frecuencia y que la señal moduladora varíe la frecuencia. Por ello, la solución simple de aplicar la señal moduladora a un oscilador controlado por tensión (VCO) no es satisfactoria.
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Modulación del oscilador. En oscilador estable, controlado con un cristal piezoeléctrico, se añade un condensador variable con la señal moduladora (varactor). Eso varía ligeramente la frecuencia del oscilador en función de la señal moduladora. Como la excursión de frecuencia que se consigue no suele ser suficiente, se lleva la señal de salida del oscilador a multiplicadores de frecuencia para alcanzar la frecuencia de radiodifusión elegida.
Moduladores de fase. Un modulador de FM se puede modelar exactamente como un modulador de PM con un integrador a la entrada de la señal moduladora.
Modulador con PLL. Vuelve a ser el VCO, pero ahora su salida se compara con una frecuencia de referencia para obtener una señal de error, de modo que se tiene una realimentación negativa que minimiza dicho error. La señal de error se filtra para que sea insensible a las variaciones dentro del ancho de banda de la señal moduladora, puesto que estas variaciones son las que modulan la salida del VCO. Este método se ha impuesto con la llegada de los PLL integrados ya que ha pasado de ser el más complejo y costoso a ser muy económico. Presenta otras ventajas, como es poder cambiar de frecuencia para pasar de un canal a otro y mantiene coherentes todas las frecuencias del sistema...
DEMODULADOR DE FM
También es más complejo que el de AM. Se utilizan sobre todo dos métodos:
Discriminador reactivo. Se basa en llevar la señal de FM a una reactancia, normalmente bobinas acopladas, de forma que su impedancia varíe con la frecuencia. La señal de salida aparece, entonces, modulada en amplitud y se detecta con un detector de envolvente. Existían válvulas específicas para esta tarea, consistentes en un doble-diodo-triodo. Los dos diodos forman el detector de envolvente y el triodo amplifica la señal, mejorando la relación señal/ruido.
Detector con PLL. La señal del PLL proporciona la señal demodulada. Existen muchas variaciones según la aplicación, pero estos detectores suelen estar en circuitos integrados que, además, contienen los amplificadores de RF y frecuencia intermedia. Algunos son una radio de FM completa (TDA7000).
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Ecuación característica
ANCHO DE BANDA
Al contrario que en el caso de Amplitud Modulada, que se concentra en la frecuencia portadora y dos bandas laterales, el ancho de banda de una señal de FM se extiende indefinidamente teniendo como una amplitud estándar o de rango de transferencia de 58kHz con 6 canales de transferencia, cancelándose solamente en ciertos valores de frecuencia discretos. Cuando la señal moduladora es una sinusoide el espectro de potencia que se tiene es discreto y simétrico respecto de la frecuencia de la portadora, la contribución de cada frecuencia al espectro de la señal modulada tiene que ver con las funciones de Bessel de primera especie Jn.
A través de la regla de Carson es posible determinar el ancho de banda que se requiere para transmitir una señal modulada en FM (o PM). Mientras que la frecuencia Am contiene una amplitud del espectro de transferencia 38kHz y un ancho de banda de 56KB/s conteniendo 5 canales de transferencia.
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DIODO VARICAP.
El diodo de capacidad variable o Varactor (Varicap) es un tipo de diodo que basa su funcionamiento en el fenómeno que hace que la anchura de la barrera de potencial en una unión PN varíe en función de la tensión inversa aplicada entre sus extremos.
El diodo varicap fue un invento que realizaron Sanford Barnes, Sherman Oaks y John Mann en 1958 trabajando para PacificSemiconductors (PSI) en California. Ya se conocían los fenómenos físicos que permitían aprovechar los cambios de capacidad eléctrica en función de la tensión aplicada a un diodo, pero el primer trabajo en conseguir un método estable de fabricación y repetividad en los dispositivos fue el creado por SanfordBarners, Sherman Oaks y Jhon Mann.
La utilización más solicitada para este tipo de diodos es la de sustituir los sistemas mecánicos de capacitador variable en etapas de sintonía en todo tipo de equipos de emisión y recepción,como pude ser en la sintonía de televisión, modulación de frecuencia en transmisión de FM y radio y en los osciladores controlados por voltaje.
En la tecnología de microondas se utilizan como limitadores, al aumentar la tensión en el diodo, su capacidad varía modificando la impedancia que presenta y desadaptando el circuito, de modo que refleja la potencia incidente.
El diodo de capacidad variable basa su funcionamiento en el fenómeno que hace que la anchura de la barrera de potencial en una unión PN varía en función de la tensión inversa aplicada entre sus extremos. Si aumentamos la tensión, aumenta la anchura de la barrera, haciendo que disminuya la capacidad del diodo. Haciendo esto obtenemos un condensador variable controlado por tensión.
Al polarizar un diodo de forma directa se observa que, además de las zonas constitutivas de la capacidad buscada, aparecen en paralelo con ellas una resistencia de muy bajo valor óhmico, lo que conforma un capacitador. Si lo
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polarizamos en sentido inverso la resistencia en paralelo que aparece es de un valor muy alto, lo cual hace que el diodo se pueda comportar como un capacitador con bajas pérdidas.
Si aumentamos la tensión de polarización inversa, las capas de carga del diodo se espacen los suficiente para que el efecto se asemeje a una disminución de la capacidad del capacitador. Por esto los diodos de capacidad variable varian su capacidad interna al ser alterado el valor de la tensión que los polariza de forma inversa.
Funcionamiento.
El diodo de capacidad variable o Varactor (Varicap) es un tipo de diodo que basa su funcionamiento en el fenómeno que hace que la anchura de la barrera de potencial en una unión PN varíe en función de la tensión inversa aplicada entre sus extremos. Al aumentar dicha tensión, aumenta la anchura de esa barrera, disminuyendo así la capacidad del diodo. De este modo se obtiene un condensado variable controlado por tensión. Los valores de capacidad obtenidos van desde 1 a 500 pF. La tensión inversa mínima tiene que ser de 1 V.
La capacidad formada en extremos de la unión PN puede resultar de suma utilidad cuando, al contrario de lo que ocurre con los diodos de RF, se busca precisamente utilizar dicha capacidad en provecho del circuito en el cual está situado el diodo.
Al polarizar un diodo de forma directa se observa que, además de las zonas constitutivas de la capacidad buscada, aparece en paralelo con ellas una resistencia de muy bajo valor óhmico, lo que conforma un condensador de elevadas pérdidas. Sin embargo, si polarizamos el mismo en sentido inverso la resistencia paralelo que aparece es de un valor muy alto, lo cual hace que el diodo se pueda comportar como un condensador con muy bajas pérdidas. Si aumentamos la tensión de polarización inversa las capas de carga del diodo se espacian lo suficiente para que el efecto se asemeje a una disminución de la capacidad del hipotético condensador (similar al efecto producido al distanciar las placas de un condensador estándar).
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La capacitancia es función de la tensión aplicada al diodo. Si la tensión aplicada al diodo aumenta la capacitancia disminuye, Si la tensión disminuye la capacitancia aumenta.
Aplicación.
La utilización más solicitada para este tipo de diodos suele ser la de sustituir a complejos sistemas mecánicos de condensador variable en etapas de sintonía en todo tipo de equipos de emisión y recepción.
Ejemplo, cuando se actúa en la sintonía de un viejo receptor de radio se está variando (mecánicamente) el eje del condensador variable que incorpora éste en su etapa de sintonía; pero si, por el contrario, se actúa sobre la ruedecilla o, más comúnmente, sobre el botón (pulsador) de sintonía del receptor de TV a color lo que se está haciendo es variar la tensión de polarización inversa de un diodo varicap contenido en el módulo sintonizador del equipo.
Su modo de operación depende de la capacitancia que existe en la unión P-N cuando el elemento está polarizado inversamente. En condiciones de polarización inversa, se estableció que hay una región sin carga en cualquiera de los lados de la unión que en conjunto forman la región de agotamiento y definen su ancho Wd.
Características, relación tensión-capacitancia
Ver el símbolo del diodo varactor o varicap en el gráfico de la derecha
Todos los diodos cuando están polarizados en sentido opuesto tienen una capacitancia que aparece entre sus terminales.
Los diodos varactores o varicap han sido diseñados de manera que su funcionamiento sea similar al de un capacitor y tengan una característica capacitancia-tensión dentro de límites razonables.
En el gráfico que está al lado se muestran las similitudes entre un diodo y un capacitor.
Debido a la recombinación de los portadores en el diodo, una zona de agotamiento se forma en la juntura.
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Esta zona de agotamiento actúa como un dieléctrico (aislante), ya que no hay ninguna carga y flujo de corriente.
Las áreas exteriores a la zona de agotamiento si tienen portadores de carga (área semiconductor). Se puede visualizar sin dificultad la formación de un capacitor en el diodo (dos materiales semiconductores deparados por un aislante).
La amplitud de la zona de agotamiento se puede ampliar incrementando la tensión inversa aplicada al diodo con una fuente externa. Esto causa que se aumente la separación (aislante) y separa más las áreas semiconductoras. Este último disminuye la capacitancia.
Entonces la capacitancia es función de la tensión aplicada al diodo.
-Si la tensión aplicada al diodo aumenta la capacitancia disminuye- Si la tensión disminuye la capacitancia aumenta
La capacidad que alcanza el capacitor que se forma, es del orden de los pico onanofaradios.
Cuando varía la tensión de polarización inversa aplicada al diodo, aumenta o disminuye de igual forma la zona de deplexión. En un diodo, esto equivale a acercar o alejar las placas de un capacitor.
Los diodos varicap se controlan mediante la tensión que se les aplica; por lo que el cambio de capacidad se puede hacer mediante otro circuito de control, ya sea digital o analógico.
Sintonizador con Diodo Varicap
Una aplicación popular del diodo varicap está en los circuitos de sintonización electrónica, como los sintonizadores de televisión. El voltaje de control DC varia la capacidad del diodo varicap, resintonizando el circuito resonante.
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CONCLUSIONES.
En conclusión del tema anterior hemos aprendido que el diodo varactor es un dispositivo que al polarizarlo en inversa se comporta como un capacitor variable y también hemos conocido la manera de identificar el símbolo esquemático de este dispositivo, la manera correcta de polarizarlo, su funcionamiento, su utilización y algunas de sus ventajas y beneficios en su aplicación en los circuitos electrónico. En fin, hemos descubierto que este dispositivo electrónico es de gran utilidad en el mundo de la electrónica.
De la introducción básica a las antenas, pudimos obtener una comprensión simple de los tipos de antenas y aplicaciones de estas. Por ejemplo, las antenas dipolo aun cuando no proveen mucha ganancia ofrecen la mejor flexibilidad en cuanto a orientación de la antena. Las antenas flat panel ofrecen mayor direccionalidad y son buena opción para instalaciones fijas. La antena parabólica con su alta ganancia y gran direccionabilidad son muy buenas para proveer enlaces punto a punto en largas distancias, con antenas instaladas permanentemente. Finalmente las antenas de ranura y las de microstrip son correctas para aplicaciones de desempeño moderado que necesitan integrar la antena dentro del radio y aplicaciones OEM. Adicionalmente es posible usar diferentes tipos de antena en el mismo sistema. Por ejemplo, se puede montar una antena flat panel en una pared cerca de un accesspoint. Cuando una pieza de equipo con antena dipolo cerca del accesspoint, el sistema podría actualizar estadísticas inmediatamente en el equipo.
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Y con respecto a la modulación aprendimos que la modulación es el proceso, o el resultado del proceso, de variar una característica de una portadora de acuerdo con una señal que transporta información.
BIBLIOGRAFÍA.
http://es.wikipedia.org/wiki/Modulaci%C3%B3n
http://es.wikipedia.org/wiki/Amplitud_modulada
http://es.wikipedia.org/wiki/Frecuencia_modulada
http://www.ecured.cu/index.php/Diodo_varicap
http://www.unicrom.com/Tut_diodo_varactor.asp
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http://smdelectronicayalgomas.blogspot.com/2010/12/diodo-varactor-como-funciona.html#.UQ3RHR3K5IE
http://ingeniatic.net/index.php/tecnologias/item/435-diodo-varicap
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