Fundamentos de Señales, Modulación AM/FM y Componentes de Transmisión
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Conceptos Fundamentales de Señales y Modulación
La comprensión de las señales y la modulación es crucial en las telecomunicaciones. A continuación, se definen los términos esenciales y los componentes clave de los sistemas de transmisión.
Definición y Clasificación de Señales
Señal
Una señal es una cantidad eléctrica que varía con el tiempo (como un voltaje o una corriente) y que transporta información. Su contenido depende de su ancho de banda, tiempo de transmisión y potencia. Las señales se clasifican en aleatorias y determinísticas.
Señales Determinísticas
Son aquellas cuyo valor y parámetros pueden predecirse con precisión.
Señales Periódicas
Se dice que una señal $f(t)$ es periódica si satisface la ecuación $f(t) = f(t + nT)$, donde $n = 0, \pm 1, \pm 2, \dots$ y $T$ es una constante denominada periodo de la señal $f(t)$.
Señales Aperiódicas
Las señales determinísticas que no cumplen con la función anterior se denominan señales aperiódicas. Ejemplos incluyen señales transitorias, fragmentos de señales periódicas y todas las señales de duración finita en el tiempo.
Señales Aleatorias
Son funciones del tiempo para las cuales no puede predecirse su valor con exactitud.
El Proceso de Modulación
Modulación
Es el proceso de colocar la información contenida en una señal electrónica de baja frecuencia (la moduladora) en una señal de alta frecuencia (la portadora).
Si al colocar la información sobre la portadora se ocasiona que su amplitud varíe de acuerdo con la señal moduladora, a esto se le conoce como Modulación en Amplitud (AM).
Las dos características de una onda de corriente alterna (AC) que se modulan por el sonido son la amplitud y la frecuencia:
- Cuando el sonido controla la amplitud de la onda, se tiene la Modulación de Amplitud (AM).
- Cuando el sonido controla la frecuencia, se tiene la Modulación en Frecuencia (FM).
La información de baja frecuencia se sobrepone o modula en una señal de alta frecuencia, llamada usualmente portadora RF, ya que es adecuada para la transmisión por radio.
Requerimientos de Ancho de Banda en AM
En las transmisiones normales de radio en AM, se eliminan las audiofrecuencias superiores a 5000 ciclos por segundo (cps).
Los requerimientos de ancho de banda son:
- La modulación en voz requiere una banda mínima de frecuencias de aproximadamente 4 kHz a ambos lados de la portadora.
- La modulación por música requiere 15 kHz a ambos lados de la portadora.
A la radiodifusión de AM estándar no se le permite un ancho de banda de esta magnitud, reservándose solo para estaciones de alta fidelidad. El Ancho de Banda de una estación de AM es de 10 kHz.
Componentes y Circuitos de Transmisión
Transmisor de AM Modulado por Voz
Este es el tipo de transmisor más común en la actualidad. Un modulador de amplitud modifica una onda portadora de RF de acuerdo con las señales complejas de audio, y la señal modulada es la que se transmite.
El flujo de la señal es el siguiente:
- La entrada de los circuitos de audio es una señal de audio de bajo nivel (ejemplo: un micrófono).
- Esta señal es amplificada por uno o más amplificadores de audio.
- Luego se aplica a un circuito modulador AM, el cual hace que la portadora, previamente amplificada, varíe en amplitud de acuerdo con la señal de audio.
Transmisor de AM Modulado por Tono
En este sistema, se usa un oscilador de audio en lugar de un micrófono para producir la señal de audio. El oscilador genera una señal de audio constante, que se amplifica y luego pasa por un circuito modulador donde se usa para modular la amplitud de la salida del amplificador de potencia. La salida depende de la posición de la llave que controla el suministro de la potencia de operación para los osciladores de RF y audio.
Glosario de Componentes Electrónicos
- Radiofrecuencia (RF)
- No define una banda específica de frecuencia; implica que la frecuencia es suficientemente alta para la transmisión radiofónica.
- Audiofrecuencia (AF)
- Las frecuencias en la banda de 20 a 2000 Hz se llaman audiofrecuencias, correspondientes al sonido audible.
- Oscilador
- Los circuitos que generan sus propias señales reciben este nombre. Convierte la potencia de corriente continua, suministrada por una fuente de alimentación, en la señal de corriente alterna (AC) deseada.
- Amplificador Separador
- La señal generada por un oscilador suele ser muy débil. Por lo general, es necesario conectarlo a un amplificador para lograr la amplificación de la señal.
- Amplificadores de Potencia de RF
- Estos amplificadores están diseñados para aumentar el nivel de potencia de las señales de radiofrecuencia aplicadas a su entrada.