UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA

Facultad de Ingeniería Eléctrica y Electrónica

Laboratorio de MODULACION EN FRECUENCIA

Curso:

TELECOMUNICACIONES I

Alumno(s):

NYLENE RUTH MAMANI MAMANI

Código(s):

20090043KHORARIO: MA 6-9

Sección:

“M”

FECHA DE PRESENTACIÓN:

17/06/13

FECHA DE REALIZACIÓN DE LA PRÁCTICA (IF):

18/06/13

INFORME PREVIO

2013

Objetivo:

Demostrar los principios y fundamentos de la Modulación de Frecuencia Determinar los índices de modulación Determinar su representación en el dominio del tiempo.

Fundamento teórico:

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. El sonido de la televisión analógica también es difundido por medio de FM.

Un formulario de banda 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 modulación se realiza en el transmisor, en un circuito llamado modulador, y la demodulación se realiza en el receptor, en un circuito llamado demodulador.

MODULACIÓN DE FRECUENCIA (FM)

Este es un caso de modulación donde tanto las señales de transmisión como las señales de datos son analógicas y es un tipo de modulación exponencial.

En este caso la señal modulada mantendrá fija su amplitud y el parámetro de la señal portadora que variará es la frecuencia, y lo hace de acuerdo a como varíe la amplitud de la señal moduladora.

Con la modulación los mensajes se trasladan a altas frecuencias permitiendo su transmisión por radiofrecuencia (RF) o su adaptación al medio de transmisión. En todo proceso de modulación se presentan las siguientes señales: Señal modulante. Señal moduladora o de Banda Base. Es la señal de información o

mensaje a transmitir. En general es de bajas frecuencias y es limitada en banda mediante un filtro pasa bajos. Ej. Las señales de laboratorio de un generador de señales, señales de audios producidos en una radioemisora, etc.

Señal Portadora. Señal sinusoidal de alta frecuencia, dada por la forma de onda: fc(t) = A

Sen(wct + φ). Usando esta señal se logra desplazar a frecuencias superiores la señal

modulante. Señal Modulada. Señal de alta frecuencia que se obtiene de la variación de la amplitud

( A ), frecuencia ( wc ) o fase ( φ ) de la señal portadora de acuerdo con las características

de la señal moduladora. Es típicamente la señal que se transmite. Entre las señales moduladas más comunes tenemos: AM, FM, FSK, etc.

Señal Demodulada. La demodulación es el proceso mediante el cual se recupera la señal original de banda base o mensaje, a partir de la señal modulada. La señal de-modulada es la señal resultante del proceso de demodulación.

Las señales que manipulamos en el proceso de modulación trabajando con señales senoidales, sería como el siguiente:

Señal Moduladora (Datos)

Señal Portadora

Señal Modulada

Al analizar el espectro de frecuencias de una señal modulada en frecuencia, observamos que se tienen infinitas frecuencias laterales, espaciadas en fm, alrededor de la frecuencia de la señal portadora fp; sin embargo la mayor parte de las frecuencias laterales tienen poca amplitud, lo que indica que no contienen cantidades significativas de potencia.

La modulación en frecuencia (FM) es el proceso de combinar una señal de AF (Audio Frecuencia) con otra de RF (Radio Frecuencia) en el rango de frecuencias entre 88MHz y 108MHz, tal que la amplitud de la AF varíe la frecuencia de la RF.

Si la señal de modulación varía en frecuencia, no tiene efecto en las excursiones máxima y mínima de la frecuencia de portadora, sino que solo 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 si 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.

DEMODULACIÓN O DETECCIÓN DE FM

El proceso de demodulación de FM 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-tríodo. Los dos diodos forman el detector de envolvente y el tríodo 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.

Ecuación Característica

Equipos y materiales:

a) Generador de audio: 300 hz – 30Khzb) Equipo Modulador c) Osciloscopio 25mhz , 5mV/div

Procedimiento:

a. Conecte a la entrada del modulador, el generador de audio, y a su salida el osciloscopio; como se muestra en la fig. 1. Si trabaja con osciloscopio de 2 canales conecte la salida del generador de audio al otro canal.

b. Varíe lentamente la amplitud del generador de audio hasta obtener en la salida del modulador, una señal de salida máxima.(ajustar la frecuencia del modulador en 300 Khz.).

c. Obtenga 1 Vpp en la salida del modulador, para lo cual regule la amplitud de la portadora

d. Varíe la frecuencia del generador de audio a la frecuencia hasta 1Khz, observe la señal de salida del modulador .Cambie la frecuencia de la señal moduladora y determine el comportamiento del modulador para los siguientes casos:

m = 0 0 < m < 1 Señal modulada = m = 1 Señal modulada =

e. Capture la forma de onda en cada caso.

Respuesta a preguntas:

1. Defina la modulación de frecuencia FM y el índice de modulación en FM.

MODULACION DE FRECUENCIA FM: Este es un caso de modulación donde tanto las señales de transmisión como las señales de datos son analógicas y es un tipo de modulación exponencial. En este caso la señal modulada mantendrá fija su amplitud y el parámetro de la señal portadora que variará es la frecuencia, y lo hace de acuerdo a como varíe la amplitud de la señal moduladora.

INDICE DE MODULACION EN FM: 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=K1×V mW m

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.

2. Ventajas de la FM sobre la AM

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.

Necesitan una potencia de modulación mucho menor que las de amplitud. 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.

3. Explique la Transmisión FM estéreo.

Todo surge de las señales I y D obtenidas en el estudio. La señal D sufre una inversión generándose la señal -D que a continuación se suma a I en el bloque sumador generándose la señal I – D. La señal diferencia pasa por un enfatizador normalizado terminando su circulación en el modulador de AM como señal de modulación.

a) La señal I y la señal D se suman en un sumador se enfatizan y se aplican directamente como señal monofónica al sumador final.

b) La portadora de AM se genera en un oscilador a cristal, que es muy estable y preciso, con una frecuencia de 19 KHz. Esa señal se envía a un duplicador que genera la frecuencia de portadora de 38 KHz.

c) Una muestra del generador de 19 KHz se aplica directamente al sumador como señal piloto.

d) El modulador de AM es un tipo especial de modulador que genera solo las bandas laterales suprimiendo la portadora.

La señal del sumador final contiene por lo tanto la banda base de sonido monofónico; la señal de AM con portadora suprimida que representa la señal estereofónica y una muestra de baja amplitud de la señal piloto de 19 KHz. Todas esas señales sumadas se aplican al modulador de FM y de allí a la antena transmisora.Es posible que el lector no entienda muy bien para que sirva cada señal pero esa comprensión la va a obtener cuando analicemos el diagrama en bloques de un receptor estereofónico, en el apartado siguiente. En el transmisor se juntan las señales para transmitirlas en un paquete; en el receptor tenemos que abrir ese paquete para obtener las señales originales I y D.

4. Cuál es la banda de frecuencia asignada a FM

Debido a la división de la banda de FM para la transmisión de FM estéreo, el límite de frecuencia para la transmisión de la música es de 15 kHz. Esto permite la transmisión de señal de alta fidelidad.

5. Método para generar FM

Existen 2 modos de modulación de frecuencia (FM):

WBFM (FM en banda ancha) o Wideband: Posee ventajas en términos de desempeño frente al ruido, por eso se utiliza en radiodifusión FM, pues tiene un mejor rango dinámico y espectro de señal, el audio es más nítido).

Para generar una señal FM wideband tenemos 2 métodos:

FM DIRECTA: indica que la portadora esta modulada en el punto

donde se genera, en el oscilador maestro (OM).

FM INDIRECTA: supone que el OM no modula, pero la modulación se aplica en alguna etapa siguiente.

NBFM (FM en banda estrecha) o Narrowband: Equivalente en desempeño a los sistemas AM.

6. Análisis matemático de FM, formas de onda, espectro desviación de frecuencia, índice de modulación, etc.

Ecuación característica

Desviación de frecuencia respecto a la portadora

Desviación máxima de frecuencia

Índice de modulación

m=K1×V mW m

Espectro de una señal modulada

7. Cuál es el ancho de banda asignado a un transmisor FM.

Los anchos de bandas son asignados para todo tipo de difusión de comunicaciones, esto impone la frecuencia máxima de señal que puede ser transmitida. Los anchos de banda asignados a radios FM son tales, que limitan la fidelidad de música en las transmisiones en AM, pero permiten el lujo de transmisiones de alta fidelidad en estéreo por medio de la FM. Las altas frecuencias de señales asociadas con la difusión de vídeo, requieren mayores anchos de bandas (canales asignados a la televisión).

El ancho de banda operativa está limitado a 150 kHz, con bandas guardas a cada lado de 25 kHz. En realidad, el FM estéreo cubre 106 kHz de ese ancho.

8. Explique que es FM de banda estrecha y FM de banda ancha.

El funcionamiento y el costo van tomados de la mano. Las altas ratas de datos requieren altas anchuras de banda mientras que para las largas distancias la operación de banda estrecha es la manera a seguir.

Las regulaciones alrededor del globo permiten el uso de la tecnología de banda ancha y de banda estrecha. Generalmente, confinamos nuestro interés a FM donde la banda estrecha (NBFM) se define como un sistema que funciona sobre una anchura de banda entre 6.5 y 25KHz mientras que los sistemas banda ancha (WBFM) son ésos que funcionan con una anchura de banda ocupada que excede 50KHz.

Con los sistemas (WBFM) la trata de datos puede ser alta, pero esta tiene que ser negociada con respecto a inmunidad del ruido pues la cantidad de ruido que entra en un receptor es proporcional a la raíz cuadrada de su anchura de banda. Por lo tanto el sistema (WBFM) tiene típicamente sensibilidades de alrededor -100 a -102 dBm mientras que los sistemas de banda estrecha varían a partir de -107 a -125dBm. El sistema (WBFM) también por razones de economía es diseñado para funcionar con los osciladores de referencia menos estables (arriba de 100ppm sobre -20 a + 55) que requieren otra anchura de banda más amplia en el receptor, mientras que el sistema de banda estrecha de peor estabilidad tiene sobre la región de los 5ppm del mismo rango. En hecho ahora disponemos de la estabilidad de 1.5ppm en un número de productos sobre el rango de -30C + 70C, requerida bajo regulaciones del EN y de la FCC.

MODULADOR FM EN BANDA ANGOSTA, NBFM

MODULADOR FM EN BANDA ANCHA INDIRECTO, Indirecta WBFM

9. Medios usados en la propagación de la señal FM.

Las ondas FM tienen tres trayectorias básicas que son efectuadas a través del espacio (tierra, cielo, espacio).Principalmente este tipo de onda se propaga por el espacio y el aire que son los medios que ayudan a su transmisión.

10. Diagrama de bloque de un transmisor FM y de un Transmisor FM stereo.

FM

FM STEREO

Bibliografía:

https://es.wikipedia.org/wiki/Frecuencia_modulada http://www.ecured.cu/index.php/Modulaci%C3%B3n_de_frecuencia http://electronicacompleta.com/lecciones/transmisor-y-receptor-de-fm-

stereo/ http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/audio/sumdif.html http://www.slideshare.net/gbermeo/modulacion-fm-presentation http://www.monografias.com/trabajos14/modulac-frecuencia/modulac-

frecuencia.shtml#WBFM http://electronica-transmisorfm-es.blogspot.com/2010/06/blog-post.html