Modulador de FM

Muchas de las cosas que se deben tener en cuenta al momento de realizar una modulación de frecuencia modulada o FM, es necesario tener en cuenta que se lleva a cabo de varias facetas porque dicho proceso es muy delicado porque se necesitan dos características contrapuestas específicamente se refiere a que la

señal moduladora varía la frecuencia así como de su firmeza en la frecuencia a esto surge la necesidad inseparable de aplicar la señal moduladora mediante un VCO también conocido como oscilador controlado por tensión está debe generar la mejor señal de manera que satisfaga las expectativas.

Por otra parte la salida de frecuencia no suele ser la mejor, por la más suficiente debido a la señal de salida del oscilador a un sintetizador. La modulación del oscilador trabaja en función a un cristal, se le incorpora un condensador que fluctúa con la señal moduladora. La misma que ocasiona una diferenciación en la frecuencia del oscilador en relación a la señal moduladora.

 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 (del inglés Phase Locked Loop) o enganchador de frecuencia vuelve a ser el VCO, pero ya su salida se compara con una frecuencia de referencia para conseguir una señal de error, de modo que se tiene una realimentación prohibición que minimiza dicho error. La señal de error se filtra para que sea insensible a las alteraciones dentro del ancho de banda de la señal moduladora, ya que estas alternancias son las que modulan la salida del VCO. Este método se ha impuesto con la aparición de los PLL integrados dado que ha corrido de ser el más complicado y costoso a ser bastante económico. Presenta otras utilidades, como es poder

cambiar de frecuencia para superar de un canal a otro y mantiene constantes todas las frecuencias del sistema.

2.1.6.18 Demodulador de FM.

Otro de los aspectos que se debe tener en cuenta en la frecuencia modulada a diferencia de la amplitud modulada, es el hecho de que se utilizan dos métodos los cuales se describirán a continuación:

 Discriminador reactivo. Para evitar la variación de la frecuencia se hace necesario recurrir a una reactancia que normalmente son bobinas acomodadas y cuya función es evitar la mayor variación posible de frecuencia. para lo cual se debe tener un detector de sonido envolvente cuya señal de salida debe aparecer con una modulada amplitud. Durante un período se tenía el uso de válvulas qué servían para evitar dicha variación para lo cual era necesario tener un doble diodo. El par de diodos componen el detector de envolvente y el tríodo extiende la señal, optimizando la analogía señal/ruido.

 Detector con PLL. La señal del PLL suministra la señal demodulada. Hay distintas variaciones de acuerdo a la aplicación, a menudo estos detectores están en circuitos integrados que, adicionalmente integran los amplificadores de Radio Frecuencia (RF) y Frecuencia Intermedia (FI).

2.1.6.19 Ancho de banda.

Uno de los aspectos a tener en cuenta es el ancho de banda que a diferencia de la amplitud modulada, directamente se enfoca en dos

bandas laterales y en la frecuencia portadora, de tal forma que en frecuencia modulada se extiende indefinidamente a diferencia de la amplitud modulada siendo está mucho menor en su alcance. Rango de transferencia o amplitud estándar en la frecuencia modulada es de 58 kilohertz con 6 canales de transferencia, en algunos casos se cancelan algunos valores de frecuencia, esto debido la señal moduladora tiene una forma sinusoide con respecto a la potencia simétrica y continua de la frecuencia portadora.

Para elaborar cuantificaciones del ancho de banda es viable emplear la norma de Carson, esta es capaz de cuantificar el ancho de banda que se necesita para emitir una señal en frecuencia modulada, lo cual en comparación a la amplitud modulada está presenta una amplitud de espectro de transferencia de 38 kilohertz y como ancho de banda 56 kilobytes/ segundo y conteniendo 5 canales de transferencia.

2.1.6.20 Ondas Electromagnéticas.

Las ondas electromagnéticas están basadas en las ondas de radio, cuyo funcionamiento se basa es un campo eléctrico, por lo general son ondas electromagnéticas en cuyo conglomerado las ondas de radio son solo un conjunto pequeño. La onda electromagnética, es aquella cuyo campo eléctrico y magnético culmina fluctuando perpendicularmente entre sí.

Grafico N° 3: Ondas Electromagnéticas

Siguen a continuación una serie de conceptos que es obligatorio repasar para concebir mejor el comportamiento de estas ondas y su empleabilidad: Ciclo: Se le nombra a cada patrón constante de una onda.

Período: Es el tiempo que tarda la onda en completar un ciclo. Frecuencia: Número de ciclos que completa la onda en un intervalo de tiempo. Si dicho intervalo es de un segundo, la unidad de frecuencia es el Hertz (Hz).

Amplitud: Es la medida de la magnitud de la máxima perturbación del medio producida por la onda.

Longitud: La longitud de una onda Viene determinada por la distancia entre los puntos iniciales y final de un ciclo (por ejemplo, entre un valle de la onda y el siguiente). Habitualmente se denota con la letra griega lambda.

Para lograr una mejor señal se debe tener en cuenta como factor importante el tamaño y diseño de las antenas porque está directamente influenciado por la longitud de onda uso particular de una antena piloto sencilla, la cual debe tener una longitud lambda/2

mínimo para que sintonice de forma óptima las ondas de longitud lambda.

Grafico N° 4: Componentes de la onda

Velocidad: Las ondas se trasladan a una rapidez que está sujeta a su naturaleza y del medio por el que se trasladan. Por ejemplo la luz, se traslada a una velocidad aproximada de 300 000 km/s. Las definiciones de velocidad, longitud y frecuencia están conexas. En el caso de las ondas electromagnéticas la relación es:

Fase: La fase de una onda concierne la postura de una especificación del ciclo (ejemplo un pico), con la posición de la misma característica en otra onda. Puede medirse en unidades de tiempo, distancia, fracción de la longitud de onda o (más comúnmente) como un ángulo.

Grafico N° 5: Ondas con diferentes fases

Polarización: La polarización representa la orientación como la onda oscila, y en el caso particular de las ondas electromagnéticas, la orientación en la oscilación del campo eléctrico. Frecuentemente esta tendencia es una línea, por tanto se hace referencia a ondas con polarización vertical u horizontal, en otras palabras el campo eléctrico fluctúa en un plano.

Grafico N° 6: Polarización de las ondas electromagnéticas

Adicionalmente, es posible que el campo eléctrico cambie su orientación conforme la onda avanza. Se habla entonces de ondas con polarización circular (ver la siguiente figura).

Diagramas de radiación. Las ondas electromagnéticas normalmente se transmiten empleando distintas clases de antenas. De acuerdo a la antena empleada, la energía electromagnética puede o no transmitirse con similar magnitud en diferentes sentidos.

El diagrama de radiación es un polar que denota la magnitud relativa de la señal electromagnética en concordancia del azimut que rodea la antena.

Seguidamente se muestran dos diagramas de radiación. En el gráfico Nº 8 el de la izquierda es en forma de “ocho” y es muy usado en aviación, mientras que el de la derecha representa una antena no direccional (cuya emisión o recepción no depende de la dirección).

Grafico N° 8: Diagramas de radiación

2.1.6.21 Modulación.

La modulación de acuerdo a los parámetros de frecuencia, se hallan en relación a la voz humana y fluctúan de 400 Hz a 4000 Hz,

y por otro lado el parametro de frecuencia de las ondas de radio deben estar aproximadamente a partir de los 30 Khz, esto nos hace entender que no se puede directamente convertir de sonido a radio, para lo cual se requiere realizar distintas etapas para emitir una onda de baja frecuencia haciendo uso de una mayor frecuencia.

Entonces a qué se refiere la modulación, es aquel proceso de alterar las características de una onda denominada portadora o carrier para el mismo hecho de transportar información.

Un contexto aeronáutico la amplitud y la frecuencia los más utilizados como parámetros de la portadora posibles de alterar.

Modulación en AM: Se varía la amplitud de la portadora en relación directa a la señal moduladora. Este es el método primigenio para la transmisión de radio.

Grafico N° 9: Modulación en amplitud (AM)

Modulación en FM: En esta forma de modulación la información se representa mediante variaciones de la frecuencia instantánea de la onda portadora.

Grafico N° 10: Modulación en frecuencia (FM)

Bandas laterales: En comunicaciones vía radio se denomina así a las bandas de frecuencias superiores y/o inferiores a la de la portadora que surgen a razón del procedimiento de modulación.

Canal: Se denomina canal a una banda de radiofrecuencia específica que ha sido asignada para un uso dado a través de arreglos internacionales.

Por ejemplo, los canales de voz en aeronáutica tienen un ancho predefinido de 50 Khz. lo que incluye el espacio para la banda de voz, las bandas laterales que aparezcan al modular, y unos márgenes en los extremos para separarlos proporcionadamente de los canales adyacentes.

2.1.6.22 Propiedades de la propagación.

Entre las principales propiedades de propagación que tienen a las ondas electromagnéticas las mismas que son importantes por contener características peculiares y métodos a utilizar.

En algunos casos existen propiedades genéricas de dicha extensión que suelen ser independiente de la frecuencia de la onda RF.

La velocidad de una onda electromagnética es habitual en tanto no varié de área de propagación (c = 300 000 km/s).

Se considera que las ondas electromagnéticas se dispersan en dirección recta de modo que no incida externamente y asi evadir las variaciones de propagación.

Las ondas electromagnéticas en general suelen reflejarse en la misma proporción de tamaño o semejante a su distancia de onda denominada lambda.

Es oportuno indicar que la reflexión es el cambio abrupto en la dirección de la onda cuando ésta llega a la unión de dos medios diferentes, regresando al medio original.

Otro impacto que se produce es la refracción que es el cambio de velocidad de una onda cuando pasa de un entorno a otro. Es de ejecutar y percatarse que a menudo el cambio en velocidad implica un cambio de dirección (pues la velocidad es un vector.

El fenómeno de la refracción está estrechamente ligado al ángulo límite o ángulo crítico, cuya incidencia de la onda con respecto a la normal es mayor que dicho ángulo, de tal forma que la onda se refleja en vez de refractarse.

Para que la refracción se dé es necesario que la potencia de una onda electromagnética vaya disminuyendo Mientras tanto se aleje de la base o fuente con una relación inversamente proporcional al cuadrado de la señal.

Por otro lado, hay propiedades de la propagación que son reciamente dependientes de la frecuencia de la onda. Si correctamente no hay una separación estricta entre cada suceso, se suele dividir a las ondas en tres grandes tipos según su forma influyente de propagación:

2.1.6.23 Ondas de tierra.

Para comprender a qué se refieren las ondas de tierra o también conocidas como ondas de suelo estas se caracterizan por el hecho de aprovechar las propiedades conductivas de la tierra, así tenemos elementos como el agua que facilitan la difusión. En varias situaciones no se requiere permanecer en tierra para captar tales ondas.

Esta forma de difusión es relevante entre las frecuencias bajas (VLF, LF y MF), y por tanto es necesario emplear antenas de mayor dimensión y capacidad.

Dado que su alcance es enorme, esta a su vez restringe su empleabilidad, debido a que genera inconvenientes de interferencias entre puntos distantes. Como también su trayectoria puede mostrarse complicada de pronosticar debido a que varían en los límites de medios distintos. El Loran-C es una radio que facilita el empleo de este tipo de ondas.

2.1.6.24 Ondas ionosféricas.

Otro de los casos a tener en cuenta son las ondas ionosféricas, también conocidas como ondas de cielo, de tal forma que se denomina una refracción progresiva limitada por aquel ángulo crítico, decir y lo que implica que cierta cantidad de energía se escapa al espacio. Estas ondas en particular aprovechan las cualidades eléctricas de la ionosfera para lograr propagarse, de tal forma que se genera una especie de espejo la cual es relevante en las frecuencias medias (MF).

Para poder comprender de mejor manera el comportamiento de las ondas ionosféricas, estás directamente dependen del sol y por tanto son altamente variables para lograr una propagación de este tipo tendrán que estar fuertemente influenciadas por la geometría relativa entre ionosfera, emisor y receptor. Además, en el proceso del crepúsculo, es decir en el proceso de transición de día y la noche, este fenómeno directamente afecta la propagación. Por tanto, esta situación es diferente durante el día y durante la

noche además de considerar la estación del año y el ciclo solar del cual es dependiente el comportamiento de las ondas ionosféricas. Como también es factible que exista distintos rebotes sucesivos (Brindando un extenso alcance, pero inconsistente). Debido a esta compleja situación aparecen “zonas de oscuridad” o también conocidas como “zonas de silencio” es decir, zonas donde no hay recepción debida a que la onda no rebota con la geometría apropiada para brindar cobertura.

Estas ondas generan el efecto fading (desvanecimiento) como problema: El emisor y el receptor reciben la misma onda, pero en frecuencias distintas, provocando interferencia destructiva y resulta una señal intermitente.