Principios Fundamentales de Modulación y Sistemas de Radiofrecuencia

Conceptos Fundamentales en Electricidad y Electrónica

Modulación y Demodulación

Sobremodulación

Ocurre cuando la amplitud del mensaje (Am) es mayor que la amplitud de la portadora (Ac). Para evitarla, se deben colocar compresores de audio que limiten la señal de audio.

Modulación Lineal (DBL - Doble Banda Lateral)

Consiste en modificar la amplitud de la señal portadora según las variaciones de la señal moduladora (información).

Demodulación Coherente

El circuito de recuperación de la portadora coherente detecta y regenera una señal de portadora que es coherente tanto en frecuencia como en fase con la portadora del transmisor original.

Demoduladores en AM

• Un tipo común es el circuito rectificador con carga positiva (detector de envolvente), que funciona si se cumple la condición de modulación.
• Para un demodulador coherente, es necesario conocer la frecuencia y fase de la portadora.

PCM (Pulse Code Modulation - Modulación por Impulsos Codificados)

Es una técnica para transformar una señal analógica en una secuencia de bits (digital). Sus dos propiedades básicas son la frecuencia de muestreo y la profundidad de bits (o resolución).

Sistemas de Radiofrecuencia y Transmisión

Armónica No Lineal

Si la señal de entrada es sinusoidal, a la salida aparecen armónicos debido a la no linealidad del sistema.

Señal Multiplex

Se alimenta del emisor y contiene señales de audio (canales izquierdo y derecho), servicios SCA (Subcarrier Communications Authority) y RDS (Radio Data System). Modula todas estas señales en una única portadora. Esta señal conforma la estructura de un canal estereofónico, permitiendo la transmisión de la información de audio y datos adicionales.

Codificador Estéreo

Crea las señales multiplex a partir de los canales izquierdo y derecho, reunidos desde el centro central, e inserta los datos del programa RDS. Además, forma la señal de audio multiplexada en frecuencia para transmitirla como única información.

Generación de RDS

A la señal se le pueden aplicar datos digitales de identificación de la emisora (Radio Data System).

Equipo de Emisión

Una vez creado el canal, la señal se aplica al modulador que generará la señal de radiofrecuencia (RF) para su transmisión.

Radioenlaces

La emisora extiende su área de cobertura a través de estos enlaces, que la comunican con otros puntos o repetidores.

Emisor FM Estéreo

Componente clave en la transmisión de radio FM, encargado de generar y emitir la señal modulada en frecuencia.

Componentes Clave en Transmisores

Modulador

Recibe la señal moduladora (información) y la señal de la portadora (generada por el oscilador), y modula la señal de la portadora con la información.

Excitador

Proporciona una señal de potencia suficiente para excitar al amplificador de potencia final del transmisor.

Filtros Armónicos

Permiten el paso de la señal principal dentro del ancho de banda normal del canal (ej. 150 kHz para FM) y bloquean las demás señales armónicas o espurias, evitando interferencias.

Conceptos Avanzados

PLL (Phase-Locked Loop - Lazo Enganchado en Fase)

Para controlar la frecuencia, el PLL toma una muestra de la señal de salida. Sus componentes principales son:

• El comparador de fase (o detector de fase) observa la diferencia entre la señal muestreada del oscilador controlado por voltaje (VCO) y una onda de referencia. Para la mayor precisión posible, la referencia se genera a partir de un oscilador de cristal de cuarzo.
• El filtro pasa-bajos convierte los pulsos de error del comparador en una tensión continua, que se utiliza para controlar el VCO. En su salida, tendremos las diferencias de fase (y por ende, frecuencia) convertidas en variaciones de tensión.
• El divisor programable permite la selección de la frecuencia deseada, no limitando el PLL a una única frecuencia. Para ello, reduce la frecuencia de la muestra del VCO antes de ser comparada con la de referencia.
• La señal del VCO, una vez dividida, debe coincidir con el patrón de la señal de referencia para que el lazo esté enganchado.

Preénfasis

Es una red (circuito) colocada en el modulador de una emisora de frecuencia modulada (FM) que mejora la relación señal/ruido en la recepción. Actúa como un filtro pasa-altos, proporcionando un aumento constante de amplitud a las componentes de alta frecuencia de la señal moduladora.

Deénfasis

Restaura las características originales de amplitud en función de la frecuencia a las señales de información (compensando el preénfasis). Es un filtro pasa-bajos.

Onda Estacionaria

Se caracteriza porque ciertos puntos de la onda permanecen inmóviles (nodos). Se forma por la interferencia de dos ondas de la misma naturaleza, con la misma amplitud y frecuencia, que avanzan en sentidos opuestos. Es el resultado de la superposición de una onda directa y una onda reflejada.

Comparativa de Modulaciones

AM (Amplitud Modulada) vs. FM (Frecuencia Modulada)

• AM: Mayor susceptibilidad al ruido, transmite la información en sus bandas laterales.
• FM: Más compleja, mayor calidad de audio, requiere mayor ancho de banda, transmite la información en la variación de frecuencia.