La modulación
Consiste en variar determinado aspecto de una señal denominada
portadora con respecto a una segunda señal denominada señal moduladora,
generando finalmente una “señal u onda modulada”.
En el
proceso de modulación, la señal de alta frecuencia (portadora)
quedará modificada en alguno de sus parámetros como su amplitud, frecuencia,
fase, etc. de manera proporcional a la amplitud de la señal de baja frecuencia
o moduladora.
Amplitud Modulada.
En la modulación de amplitud (AM) la característica
sometida a variación es la amplitud de la onda. Por tanto esta se define como
el proceso mediante el cual se varía la amplitud de la onda portadora de
radiofrecuencia (RF) en función de la variación de la amplitud de la señal
de audiofrecuencia (AF).
Portadora de radiofrecuencia y señal de audiofrecuencia
El proceso de modulación ocurre en
un circuito del transmisor llamado
modulador. La señal de RF tiene una amplitud constante y alta frecuencia,
mientras que la señal de AF tiene una frecuencia baja y no es una señal
constante. La unión de estas dos señales en el modulador de amplitud origina la
señal modulada de AM en la cual se puede observar como
la amplitud varía en función de la señal de audio.
La señal de RF solamente es utilizada
como agente portador de la señal de audiofrecuencia que contiene la información
audible que se desea transmitir.
Por otra parte la frecuencia de la señal
de audio varía dentro de los límites de la banda de frecuencias audibles de 20
Hz a 20 KHz. Esto no sucede igual con la señal de RF cuya frecuencia es elevada
pero constante al igual que su amplitud.
Bandas laterales de amplitud modulada (AM)
En el proceso de modulación de amplitud
donde intervienen una onda de alta frecuencia (RF) mezclada con una onda
audiofrecuencia (AF) de baja frecuencia, las frecuencias de la onda de AF son
convertidas en bandas laterales de RF. Se ha comprobado que la onda modulada
está formada por tres componentes:
·
Una componente de frecuencia superior a
la de la portadora de RF pero cuya amplitud resulta menor que la de la onda
portadora de RF.
·
Una componente de frecuencia inferior a
la de la portadora de RF, pero de amplitud igual a la componente de frecuencia
superior.
Las componentes de frecuencia superior e
inferior son las denominadas bandas laterales cuyas frecuencias son superior o
inferior a las de la portadora en función de la frecuencia de AF, o sea, la
frecuencia de la banda lateral superior (BLS) constituye una suma de las
frecuencias de la onda de RF y AF, mientras que la frecuencia de la banda
lateral inferior (BLI) constituye la diferencia de ambas ondas.
BLS = Frf + Faf
BLI = Frf - Faf
La variación de la señal de AM la
producen las componentes de bandas laterales y la componente de señal portadora
no varía su amplitud, pero al sumársele las componentes de amplitud variable de
las bandas laterales, el resultado de la señal de AM es una onda cuya amplitud
varía.
Ancho de banda en estaciones de radio
El ancho
de banda es la gama de frecuencias comprendida entre la banda lateral inferior
y la banda lateral superior. El ancho de banda de una estación de radio debe
ser capaz de contener todas las componentes de frecuencias laterales inferiores
y superiores. El límite máximo de expansión de las frecuencias laterales tanto
superior como inferior, está en función de las frecuencia de audio más alta que
interviene en la modulación. En la señal de doble banda lateral el ancho de
banda será igual al doble del valor más alto de frecuencia moduladora de
audiofrecuencia.
En la
señal de banda lateral única el ancho de banda es precisamente el valor máximo
de frecuencia de audio que interviene en la modulación En la amplitud modulada
el ancho de banda está normado a un valor de 10 KHz debido a la cantidad de
estaciones que existen. Si la transmisión fuera en doble banda lateral, la
frecuencia más alta de audio solo llega a 5 KHz, mientras si la transmisión es
en banda lateral única la frecuencia más alta de audio será de 10 KHz.
Modulación de Frecuencia
e refiere a la forma
de transmitir Información a través de una Onda
portadora variando
su frecuencia. En este tipo de modulación la variación se produce en
los saltos de frecuencias.
Las características principales de la
frecuencia modulada son: Su modulación y su propagación por
ondas directas como consecuencia de su ubicación en la banda de
frecuencia de VHF, en ella se crean bandas laterales cuya extensión
dependerá de la amplitud de la onda moduladora, estas bandas laterales hacen
que el ancho de banda que se utiliza en esta modulación es más grande que el
tradicional de la onda media.
Índice
de Modulación
Para una
portadora modulada en frecuencia, el índice de modulación es directamente
proporcional a la amplitud de la señal modulante e inversamente proporcional a
su frecuencia y se muestra matemáticamente como:
m= K1Vm
en donde K1 Vm = desviación
de frecuencia (radian/segundo)
La
cantidad de bandas laterales depende del Índice de modulación (m ). Si m (en
Hz) es igual a cero, no hay modulación. Si m es mayor que cero, la modulación
ocurre tanto arriba como abajo de la frecuencia portadora P en intervalos
iguales a la frecuencia moduladora M. Las bandas laterales pueden tener una
amplitud positiva o negativa, dependiendo del valor de m. Cuando la amplitud es
positiva, se dice que el componente está en fase. En el caso contrario, se dice
que el componente está fuera de fase, y se representa gráficamente con las
amplitudes hacia abajo.
Ventajas de la Modulación de Frecuencia sobre
la de Amplitud
·
Mayor calidad de reproducción como resultado de su casi
inmunidad hacia las interferencias eléctrica. En consecuencia, es un sistema
adecuado para la emisión de programas (música) de alta fidelidad.
·
Las señales moduladas en frecuencia son mucho menos afectadas
por los ruidos y señales externas
·
Aumento en el ancho de banda de las señales moduladas en
frecuencia.
¿Por que las señales moduladas en frecuencia son
mucho menos afectadas por los ruidos y señales externas?
Dichas perturbaciones afectan a la amplitud de la onda produciendo
una modulación adicional en amplitud, en el caso de las modulaciones en
frecuencia como la amplitud debe ser constante es bastante fácil de filtrar en
el receptor la modificación de la amplitud; sin embargo, en
la modulación en amplitud se confunde con la modulación de la propia onda y
puede dificultar en gran medida a la hora de demodular la información ya que se
puede confundir la modulación producida por la información y la producida por el
ruido.
Aplicaciones
·
En la radiodifusión:por la alta fidelidad de la radiodifusión de la
música y el habla (88 y 108 MHz)
·
En la televisión, en la subportadora de sonido donde la información
de sonido modula en frecuencia la subportadora de sonido.
·
En el sistema de televisión en color SECAM donde modula la
información de color en FM.
·
En los sistemas de vídeo analógicos, incluyendo VHS, para registrar la
luminancia (blanco y negro) de la señal de video.
·
En las frecuencias de audio para sintetizar sonido.
·
Micrófonos inalámbricos: Debido a la mayor insensibilidad ante
las interferencias, los micrófonos inalámbricos han venido utilizando la
modulación de frecuencia.
·
Navegación aérea. Sistemas como el DVOR (VOR Doppler), simulan
una antena giratoria que, por efecto Doppler, modula en frecuencia la señal
transmitida.
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.
Modulación de fase
Es un proceso donde el parámetro de la señal
portadora que variará de acuerdo a señal moduladora es la fase, manteniendo la
frecuencia y la amplitud constante, es un tipo de modulación exponencial
al igual que la modulación de frecuencia.
Uso.
Se utiliza ampliamente en la
radiodifusión comercial, transmisión de sonido de televisión,
radio móvil de dos sentidos, radio celular y los sistemas de comunicaciones por microondas y satélite.
Ventajas de la Modulación de fase
·
Reducción de ruido
·
Fidelidad mejorada del sistema
·
Uso más eficiente de la potencia .
Desventajas.
Este tipo de modulación requiere de un
gran ancho de banda y circuitos más complejos, tanto en el transmisor, como en
el receptor ya que puede presentar problemas de ambigüedad para determinar por
ejemplo si una señal tiene una fase de 0º o 180º.
Ancho de banda.
El ancho de banda de una señal de PM, al
igual que en frecuencia modulada, se extiende indefinidamente teniendo 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.
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