modulacion amsimulaciones

Transmisiones en sistemas de telecomunicaciones Prof.: José Francisco Castejón Mochón Alumno: Carlos García Matey

MODULACIÓN AM. SIMULACIONES INTRODUCCION Cuando hablamos a través de un micrófono, este actúa como transductor convirtiendo las ondas de nuestra voz en una señal eléctrica. Si emitiéramos directamente esta señal por radio, transmitiríamos en el rango de frecuencias de la voz humana (2-20 Khz.), de manera que si desde cualquier otro lugar se emitiera de esta misma forma las ondas estarían en el mismo rango de frecuencias, haciendo imposible una comunicación clara. Por esta razón es necesario modular las señales que emitimos por radio, utilizando una señal moduladora (que contiene la información) combinada con una señal portadora.

En el sistema de modulación AM (amplitud modulada) se varía la amplitud de la señal de radio de acuerdo con la amplitud de la señal moduladora. Lo que hace a este sistema de modulación más sensible a las interferencias que el sistema FM (frecuencia modulada), ya que al tener siempre la misma amplitud, los sistemas FM limitan y bloquean las señales que superan la amplitud de radio. Por otro lado, la gran ventaja de la señal AM es la facilidad de generación y demodulación.

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Cuando se modula la señal portadora (carrier) con la señal moduladora, aparecen nuevas frecuencias en la señal transmitida, denominadas bandas laterales, que son la banda lateral superior (USB Upper Side Band) y la banda lateral inferior (LSB Lower Side Band). La USB es la suma de las frecuencias de la portadora mas la moduladora y la LSB es la resta de las frecuencias de la portadora menos la moduladora El ancho de banda queda determinado por la gama de frecuencias comprendida entre la USB y la LSB. Ejemplo: Si tenemos una señal portadora de 975 Khz., y le aplicamos una modulación de 8KHz, el ancho de banda será el comprendido entre 967 Khz. (975 – 8) y 983 Khz. (975 + 8).

En azul vemos el espectro de la señal moduladora. En rojo vemos el espectro de la señal portadora o carrier (El espectro de esta señal es una raya vertical, porque el espectro de una señal senoidal es una única raya vertical) En negro y en la parte inferior vemos el espectro de la señal portadora modulada

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SIMULACIONES En el primer link: http://hermes.eee.nott.ac.uk/teaching/cal/h61sig/sig0013.html podemos observar el efecto producido por la modulación en amplitud de una señal senoidal moduladora de frecuencia de 50 Hz y una portadora senoidal de frecuencia 1 Khz. con un índice de modulación del 50%, que es el mas apropiado ya que mantiene un equilibrio adecuado entre la potencia invertida en el piloto (carrier) y en la información (portadora).

Fig1. Ejemplo de modulación por amplitud.

La amplitud de la modulación esta regulada mediante la ganancia del amplificador del circuito de la siguiente figura.

Fig2. Modulación en amplitud regulada por amplificador operacional

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http://hermes.eee.nott.ac.uk/teaching/cal/h61sig/sig0013.html


Para la modulación en amplitud, matemáticamente tenemos que: El índice de modulación a vale a = gvxmaxLa señal de salida y (t) vale:

Si hacemos que el índice de modulación a sea igual a cero, sabemos que la salida y (t) va a ser igual a la señal piloto, que es nuestra señal portadora (carrier) de 1 Khz., ya que al valer la amplitud g (v) cero, anula ese sumando quedando:

Fig3. Ejemplo con índice de modulación cero

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En la parte superior de la figura 3, vemos en el dominio del tiempo que la señal de salida corresponde únicamente a la portadora (carrier) de 1Khz. En la parte inferior corroboramos que con índice de modulación (a) igual a cero, en el espectro en frecuencia solo veremos un armónico en amplitud 1 en la frecuencia 1 Khz. que corresponde a la señal senoidal portadora (carrier) de dicha frecuencia. Además, vemos que al estar la señal portadora sin modular, o en casos en los que tenga una modulación muy baja, apenas contiene información y gastamos toda la potencia en el piloto (carrier). Si hacemos que el índice de modulación a sea igual a 0,25: El ancho de banda queda definido por las frecuencias comprendidas entre LSB y USB. Las bandas laterales son una raya vertical porque la señal moduladora utilizada es una señal senoidal, y el espectro de las señales senoidales, como hemos visto con las aplicaciones de FFT, es una raya vertical. Tenemos dos bandas laterales, de las que una de ellas es imaginaria y solo tiene significado matemático. Con este índice de modulación gastamos demasiada potencia en el piloto (carrier) y poca potencia en la información (moduladora)

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Si hacemos que el índice de modulación a sea igual a 0,75, estaremos invirtiendo demasiada potencia en la información y demasiado poca en el piloto. Podemos apreciar como aumenta la amplitud de las bandas laterales al aumentar la modulación. Si hacemos que el índice de modulación sea mayor a uno (a>1), entramos en sobremodulacion, es decir, provocamos cambios de fase y la señal se parece mucho a una señal DBL pura que no ha sido modulada en amplitud. En la siguiente figura vemos un comparativo de los índices de modulación y sus efectos:

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Conclusiones de modulación en Amplitud: El objetivo de la modulación en amplitud es hacer que la envolvente de la señal que transmitimos no tenga cambios de fase, de manera que su demodulación sea más sencilla. Hay que mantener un equilibrio entre la potencia invertida en el piloto (carrier) y la potencia invertida en la información (moduladora) de manera que la señal tenga una potencia equilibrada en la información, Esto se consigue con índices de modulación cercanos al 50%.

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Detector AM basado en diodos En los siguientes enlaces podemos cargar diversos circuitos: http://falstad.com/circuit_es/index.html http://falstad.com/circuit_es/directions_es.html Para esta practica vamos a cargar un detector AM basado en diodos, como el de la siguiente figura, en el cual, podemos destacar dos partes, una esta formada por un circuito resonante LC paralelo, que filtra un ancho de banda de determinadas frecuencias. Por otro lado vemos que el circuito tiene un detector de envolvente mediante el cual es capaz de demodular la señal de radio recibida: Para entender mejor el circuito, a continuación se explica brevemente el funcionamiento de un circuito resonante y sus aplicaciones. Circuitos resonantes La resonancia eléctrica es un fenómeno que se produce en un circuito en el que existen elementos reactivos (bobinas y capacitores) cuando es recorrido por una corriente alterna de una frecuencia tal que hace que la reactancia se anule (cortocircuito), en caso de estar ambos en serie, o se haga infinita (circuito abierto) si están en paralelo .

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http://falstad.com/circuit_es/index.html

http://falstad.com/circuit_es/directions_es.html

http://es.wikipedia.org/wiki/Inductor

http://es.wikipedia.org/wiki/Condensador_(el%C3%A9ctrico)

http://es.wikipedia.org/wiki/Corriente_alterna

http://es.wikipedia.org/wiki/Corriente_alterna

http://es.wikipedia.org/wiki/Frecuencia

http://es.wikipedia.org/wiki/Reactancia

http://es.wikipedia.org/wiki/Infinito


La reactancia de un condensador o de una bobina es el valor óhmico que se opone al paso de electrones. Cuando la frecuencia crece la reactancia de la bobina aumenta, en tanto que la del condensador disminuye. Pero hay una determinada frecuencia a la cual los valores absolutos de ambas reactancias se igualan y a este fenómeno se le llama "Frecuencia de resonancia".

En la electrónica de radiofrecuencia es habitual el uso de los circuitos resonantes. Los circuitos resonantes están formados por un resistor, un inductor y un condensador y la impedancia que presentan varía con la frecuencia. Existen dos tipos de circuitos resonantes:

El circuito resonante serie El circuito resonante paralelo

Las impedancias del condensador y del inductor son imaginarias y de signo contrario, por lo tanto, debe de existir un valor de la frecuencia para el cual el resultado aritmético de ambas es nulo, que es lo que conocemos como la frecuencia de resonancia.

El módulo de la impedancia del condensador disminuye a medida que aumenta la frecuencia, mientras que el módulo de la impedancia del inductor aumenta a medida que aumenta la frecuencia.

En los circuitos resonantes en serie, la impedancia conjunta del condensador y del inductor se anula cuando la impedancia del condensador es la opuesta de la impedancia del inductor, obteniendo en este caso un cortocircuito.

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Del mismo modo, en los circuitos resonantes en paralelo, la admitancia conjunta del condensador y del inductor se anula cuando la admitancia del condensador es la opuesta de la admitancia del inductor, obteniendo en ese caso circuito abierto.

Para una determinada capacidad y una determinada inductancia , existe una frecuencia , llamada frecuencia de resonancia, para la cual la impedancia del condensador es la opuesta de la impedancia del inductor, o análogamente, la admitancia del condensador es la opuesta de la admitancia del inductor

Aplicaciones: Los circuitos resonantes, son muy utilizados en los sistemas de radio frecuencia. Todos los emisores y receptores disponen de algún circuito resonante que permite seleccionar una cierta banda de frecuencias y eliminar o atenuar las componentes de frecuencia situadas fuera de esta. Conclusión del circuito resonante paralelo de nuestra aplicación Las impedancias del condensador y de la bobina se anulan cuando están en la frecuencia de resonancia, de manera que al ser un circuito resonante en paralelo, se comportan como un circuito abierto. El circuito resonante paralelo, deja pasar al detector de envolvente las señales que tienen frecuencia igual a su frecuencia de resonancia (al comportarse como un circuito abierto a estas frecuencias). El circuito resonante paralelo, conduce hacia la resistencia situada junto a masa el resto de señales con frecuencias diferentes a su frecuencia de resonancia.

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Detector de Envolvente EL detector de envolvente esta compuesto por un diodo un condensador y una resistencia de carga.

El objetivo de este circuito es demodular la señal y recuperar la señal moduladora que contiene la información que hemos enviado desde el emisor. El diodo solo permite el paso de la parte positiva de la señal alterna que recibe. La perdida de información que se podría producir por no dejar pasar la parte negativa de la señal no es relevante ya que la frecuencia de la señal es muy elevada y por tanto, la descarga del condensador que se produce es muy pequeña. Además, si la señal ha sido modulada correctamente, esta no tiene cambios de fase. El condensador se carga mientras que la tensión esta creciendo y se descarga a través del resistor cuando la tensión empieza a descender, haciendo algo mejor la detección de la envolvente. En la imagen superior, observamos en línea negra gruesa la señal de salida que nos proporciona el detector de envolvente.

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Funcionamiento del detector AM Como se ha explicado el funcionamiento de las diferentes partes del circuito, se va a explicar el funcionamiento del detector AM del enlace: http://falstad.com/circuit_es/index.html

La antena, recibe las señales por radiofrecuencia, y las inyecta en el circuito. El circuito resonante paralelo, hace que pasen al detector de envolvente las que tengan frecuencia de resonancia igual a la frecuencia de resonancia del circuito resonante paralelo. Esta frecuencia de resonancia como se ha visto con anterioridad, queda determinada por el condensador y por la bobina. Las señales que son recibidas por la antena y no coinciden en si frecuencia con la frecuencia de resonancia del circuito resonante, pasan a través del circuito sin llegar al detector de envolvente y son puestas a tierra. El detector de envolvente remodula la señal, separando la señal moduladora de la portadora (carry).

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De manera que por la antena circulan señales de diferentes amplitudes y frecuencias. A través del circuito resonante paralelo, solo circulan las señales con frecuencia igual a la de resonancia, que va a ser la frecuencia de portadora (carry) de la señal que queremos recibir. También se puede observar que cambia la amplitud. Estos cambios de amplitud son los provocados por nuestra señal moduladora aplicada sobre la portadora. En las dos imágenes siguientes se muestra como se mantiene constante la frecuencia de la señal portadora, y sin embargo, la amplitud si varía.

Conclusión A través de la antena se reciben las señales en el receptor. El circuito resonante “selecciona” la frecuencia que nos interesa. El detector de envolvente obtiene la señal moduladora original.

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En el enlace http://www.nrao.edu/index.php/learn/radioastronomy/radiocommunicationse dice que las ondas de radio y las ondas de sonido no son lo mismo, ya que las ondas de radio no necesitan ningún medio por el que viajar, de hecho pueden viajar por el vacío, lo que hace posible que recorran distancias muy grandes sin perder energía. Por el contrario, el sonido son ondas que provocan variaciones de presión en la materia (aire, agua). Podemos usar estas propiedades para retransmitir sonido, a través de ondas de radio. Cuando se produce sonido, por ejemplo, un instrumento produce sonidos en un determinado rango de frecuencias. La onda de sonido es equivalente a una onda de presión que viaja por el aire. A través de un transductor como un micrófono, podemos convertir la onda de sonido en onda eléctrica. La información que contiene esta onda eléctrica es análoga a la que contenía la onda sonora. Esta onda eléctrica se utiliza para modular ondas portadoras de alta frecuencia (carry) que permiten establecer diversos canales de comunicación. Esta onda portadora puede ser de amplitud modulada (AM) con frecuencias típicas de 500 a 1600 Khz., o de frecuencia modulada (FM) con frecuencias típicas de 86 a 107 MHz.

Una vez que hemos convertido la onda sonora en onda eléctrica y hemos utilizado esta señal como moduladora para modular una señal portadora, procedemos a su envío a través de una torre de transmisión de señales de radio. En cualquier lugar dentro del alcance de la torre, mediante una antena podemos detectar la señal de transmisión. Mediante un sintonizador podemos seleccionar la frecuencia deseada (que será la frecuencia de nuestra portadora o carry), y mediante un demoludador podemos extraer la onda eléctrica original de la señal transmitida. Esta señal es amplificada y mandada a los altavoces que convierten la señal eléctrica en vibraciones físicas (sonido). Conclusión final y aplicaciones Todo lo expuesto en este trabajo es utilizado para propagar ondas de sonido a través de ondas de radio, que como se ha visto es una manera mucho mas eficiente de transmitir la información. Además, de este modo se permite establecer diferentes canales de comunicación mediante el sus de diferentes anchos de banda.

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http://www.nrao.edu/index.php/learn/radioastronomy/radiocommunication


Bibliografía y recursos en Internet Apuntes de clase Tema III http://hermes.eee.nott.ac.uk/teaching/cal/h61sig/sig0013.htmlhttp://falstad.com/circuit_es/directions_es.htmlhttp://falstad.com/circuit_es/index.htmlhttp://es.wikipedia.org/wiki/Resonancia_el%C3%A9ctricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Detector_de_envolventehttp://es.wikipedia.org/wiki/Radiofrecuencia Información de circuitos resonantes y sus aplicaciones: http://www.electronicafacil.net/tutoriales/CIRCUITOS-RESONANTES.phphttp://es.wikibooks.org/wiki/Electr%C3%B3nica_de_Comunicaciones/Introducci%C3%B3n_a_los_circuitos_resonanteshttp://books.google.es/books?id=myd7ul5w53sC&pg=PA179&lpg=PA179&dq=circuito+resonante+telecomunicaciones&source=bl&ots=tRIKFs8io1&sig=WR3kuWK5or0RWkrJeuOu72u6FvY&hl=es&ei=66P1TKjdNNSwhQelya3UBQ&sa=X&oi=book_result&ct=result&resnum=3&ved=0CCgQ6AEwAg#v=onepage&q&f=false

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http://hermes.eee.nott.ac.uk/teaching/cal/h61sig/sig0013.html

http://falstad.com/circuit_es/directions_es.html


http://es.wikipedia.org/wiki/Resonancia_el%C3%A9ctrica

http://es.wikipedia.org/wiki/Detector_de_envolvente

http://es.wikipedia.org/wiki/Radiofrecuencia

http://www.electronicafacil.net/tutoriales/CIRCUITOS-RESONANTES.php

http://es.wikibooks.org/wiki/Electr%C3%B3nica_de_Comunicaciones/Introducci%C3%B3n_a_los_circuitos_resonantes

http://es.wikibooks.org/wiki/Electr%C3%B3nica_de_Comunicaciones/Introducci%C3%B3n_a_los_circuitos_resonantes

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