Amplitud modulada

Figura 1: Una señal de audio (arriba) puede ser transportada por una señal portadora usando métodos AM o FM.

banda de paso de modulación
Modulación analógica
SOY FM PM QAM SM SSB
Modulación digital
PEDIR APSK CPM FSK MFSK MSK OK PPM PSK QAM SC-FDE TCM WDM
Modulación jerárquica
QAM WDM
Espectro ensanchado
CSS DSSS FHSS THSS
Ver también
Códigos que se acercan a la capacidad Demodulación Codificación de línea Módem AnM PoM PAM PCM PDM PWM ΔΣM OFDM FDM Multiplexación
v t mi

La modulación de amplitud ( AM) es una técnica de modulación utilizada en la comunicación electrónica, más comúnmente para transmitir mensajes con una onda de radio. En la modulación de amplitud, la amplitud (intensidad de la señal) de la onda portadora varía en proporción a la de la señal del mensaje, como una señal de audio. Esta técnica contrasta con la modulación de ángulo, en la que se varía la frecuencia de la onda portadora, como en la modulación de frecuencia, o su fase, como en la modulación de fase.

AM fue el primer método de modulación utilizado para transmitir audio en la radiodifusión. Se desarrolló durante el primer trimestre del comienzo del siglo 20 con Roberto Landell de Moura y Reginald Fessenden 's de radiotelefonía experimentos en 1900. Esta forma original de AM a veces se llama modulación de doble banda lateral amplitud ( DSBAM), debido a que el método estándar produce bandas laterales a cada lado de la frecuencia portadora. La modulación de banda lateral única utiliza filtros de paso de banda para eliminar una de las bandas laterales y posiblemente la señal portadora, lo que mejora la relación entre la potencia del mensaje y la potencia de transmisión total, reduce los requisitos de manejo de potencia de los repetidores de línea y permite una mejor utilización del ancho de banda del medio de transmisión.

AM se mantiene en uso en muchas formas de comunicación, además de radiodifusión AM : radio de onda corta, radioaficionados, radios de dos vías, radio de la aeronave VHF, banda ciudadana, y en la computadora módems en forma de QAM.

• 1 formularios
  • 1.1 Designaciones de la UIT
• 2 Historia
  • 2.1 Ondas continuas
  • 2.2 Tecnologías tempranas
  • 2.3 Tubos de vacío
  • 2.4 Banda lateral única
• 3 Análisis
• 4 espectro
• 5 Eficiencia energética y del espectro
• 6 Índice de modulación
• 7 métodos de modulación
  • 7.1 Generación de bajo nivel
  • 7.2 Generación de alto nivel
• 8 métodos de demodulación
• 9 Véase también
• 10 referencias
• 11 Bibliografía
• 12 Enlaces externos

Formularios

En electrónica y telecomunicaciones, modulación significa variar algún aspecto de una señal portadora de onda continua con una forma de onda de modulación portadora de información, como una señal de audio que representa sonido o una señal de video que representa imágenes. En este sentido, la onda portadora, que tiene una frecuencia mucho más alta que la señal del mensaje, transporta la información. En la estación receptora, la señal del mensaje se extrae de la portadora modulada mediante demodulación.

En la modulación de amplitud, se varía la amplitud o fuerza de las oscilaciones de la portadora. Por ejemplo, en la comunicación por radio AM, una señal de radiofrecuencia de onda continua (una onda portadora sinusoidal ) tiene su amplitud modulada por una forma de onda de audio antes de la transmisión. La forma de onda de audio modifica la amplitud de la onda portadora y determina la envolvente de la forma de onda. En el dominio de la frecuencia, la modulación de amplitud produce una señal con potencia concentrada en la frecuencia de la portadora y dos bandas laterales adyacentes. Cada banda lateral tiene el mismo ancho de banda que el de la señal moduladora y es una imagen especular de la otra. Por lo tanto, la AM estándar a veces se denomina "modulación de amplitud de doble banda lateral" (DSBAM).

Una desventaja de todas las técnicas de modulación de amplitud, no solo AM estándar, es que el receptor amplifica y detecta el ruido y la interferencia electromagnética en igual proporción que la señal. Aumentar la relación señal / ruido recibida, digamos, en un factor de 10 (una mejora de 10 decibelios ), requeriría aumentar la potencia del transmisor en un factor de 10. Esto contrasta con la modulación de frecuencia (FM) y la radio digital. donde el efecto de dicho ruido después de la demodulación se reduce considerablemente siempre que la señal recibida esté muy por encima del umbral de recepción. Por esta razón, la transmisión AM no se favorece para la transmisión de música y de alta fidelidad, sino más bien para las comunicaciones y transmisiones de voz (deportes, noticias, programas de radio, etc.).

AM también es ineficiente en el uso de energía; al menos dos tercios de la potencia se concentra en la señal portadora. La señal portadora no contiene ninguna de la información original que se está transmitiendo (voz, video, datos, etc.). Sin embargo, su presencia proporciona un medio simple de demodulación usando detección de envolvente, proporcionando una referencia de frecuencia y fase para extraer la modulación de las bandas laterales. En algunos sistemas de modulación basados ​​en AM, se requiere una potencia de transmisión más baja mediante la eliminación parcial o total del componente portador; sin embargo, los receptores para estas señales son más complejos porque deben proporcionar una señal de referencia de frecuencia portadora precisa (generalmente desplazada a la frecuencia intermedia). ) de una portadora "piloto" muy reducida (en transmisión de portadora reducida o DSB-RC) para utilizar en el proceso de demodulación. Incluso con la portadora totalmente eliminada en la transmisión de portadora suprimida de doble banda lateral, la regeneración de la portadora es posible utilizando un bucle Costas de bloqueo de fase. Esto no funciona para la transmisión de portadora suprimida de banda lateral única (SSB-SC), lo que genera el característico sonido "Donald Duck" de dichos receptores cuando están ligeramente desafinados. No obstante, la AM de banda lateral única se usa ampliamente en radioaficionados y otras comunicaciones de voz porque tiene eficiencia de potencia y ancho de banda (reduciendo el ancho de banda de RF a la mitad en comparación con la AM estándar). Por otro lado, en la radiodifusión de onda media y onda corta, la AM estándar con portadora completa permite la recepción utilizando receptores económicos. La emisora ​​absorbe el costo de energía adicional para aumentar en gran medida la audiencia potencial.

Una función adicional proporcionada por la portadora en AM estándar, pero que se pierde en la transmisión de portadora suprimida de banda lateral simple o doble, es que proporciona una referencia de amplitud. En el receptor, el control automático de ganancia (AGC) responde a la portadora de modo que el nivel de audio reproducido permanece en una proporción fija con respecto a la modulación original. Por otro lado, con las transmisiones de portadora suprimida no hay potencia transmitida durante las pausas en la modulación, por lo que el AGC debe responder a los picos de la potencia transmitida durante los picos en la modulación. Por lo general, esto implica un circuito de decaimiento lento y ataque rápido que mantiene el nivel de AGC durante un segundo o más después de dichos picos, entre sílabas o pausas cortas en el programa. Esto es muy aceptable para radios de comunicaciones, donde la compresión del audio ayuda a la inteligibilidad. Sin embargo, es absolutamente indeseable para la música o la programación de transmisión normal, donde se espera una reproducción fiel del programa original, incluidos sus diferentes niveles de modulación.

Una forma simple de modulación de amplitud es la transmisión de señales de voz desde el aparato telefónico analógico tradicional utilizando un bucle local de batería común. La corriente continua que proporciona la batería de la oficina central es un portador con una frecuencia de 0 Hz, que es modulada por un micrófono ( transmisor) en el teléfono de acuerdo con la señal acústica de la boca del altavoz. El resultado es una corriente continua de amplitud variable, cuyo componente de CA es la señal de voz extraída en la oficina central para su transmisión a otro abonado.

Una forma simple de modulación de amplitud digital que se puede utilizar para transmitir datos binarios es la codificación on-off, la forma más sencilla de modulación por desplazamiento de amplitud, en la que unos y ceros están representados por la presencia o ausencia de una portadora. Los radioaficionados también utilizan la codificación on-off para transmitir código Morse donde se conoce como operación de onda continua (CW), aunque la transmisión no es estrictamente "continua". Una forma más compleja de AM, la modulación de amplitud en cuadratura ahora se usa más comúnmente con datos digitales, mientras se hace un uso más eficiente del ancho de banda disponible.

Designaciones de la UIT

En 1982, la Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT) designó los tipos de modulación de amplitud:

Designacion	Descripción
A3E	banda lateral doble una portadora completa: el esquema básico de modulación de amplitud
R3E	portadora reducida de banda lateral única
H3E	portadora completa de banda lateral única
J3E	portadora suprimida de banda lateral única
B8E	emisión de banda lateral independiente
C3F	banda lateral vestigial
Lincompex	compresor y expansor enlazados (un submodo de cualquiera de los modos de emisión de ITU anteriores)

Historia

Uno de los toscos transmisores AM de tubos de pre-vacío, un transmisor de arco Telefunken de 1906. La onda portadora es generada por 6 arcos eléctricos en los tubos verticales, conectados a un circuito sintonizado. La modulación se realiza mediante el micrófono de carbono grande (forma de cono) en el cable de la antena. Uno de los primeros transmisores de radio AM de tubo de vacío, construido por Meissner en 1913 con un tubo de triodo temprano de Robert von Lieben. Lo usó en una transmisión de voz histórica de 36 km (24 millas) desde Berlín a Nauen, Alemania. Compare su pequeño tamaño con el transmisor anterior.

Aunque AM se utilizó en unos pocos experimentos toscos en transmisión telegráfica y telefónica multiplex a finales del siglo XIX, el desarrollo práctico de la modulación de amplitud es sinónimo del desarrollo entre 1900 y 1920 de la transmisión " radiotelefónica ", es decir, el esfuerzo por enviar sonido ( audio) por ondas de radio. Los primeros transmisores de radio, llamados transmisores de chispa, transmitían información por telegrafía inalámbrica, utilizando pulsos de onda portadora de diferente longitud para deletrear mensajes de texto en código Morse. No podían transmitir audio porque la portadora consistía en cadenas de ondas amortiguadas, pulsos de ondas de radio que descendían a cero, que sonaban como un zumbido en los receptores. En efecto, ya estaban modulados en amplitud.

Ondas continuas

La primera transmisión AM fue realizada por el investigador canadiense Reginald Fessenden el 23 de diciembre de 1900 utilizando un transmisor de chispa con un interruptor de 10 kHz de alta frecuencia especialmente diseñado, a una distancia de 1 milla (1,6 km) en Cobb Island, Maryland, EE. UU. Sus primeras palabras transmitidas fueron: "Hola. Uno, dos, tres, cuatro. ¿Está nevando donde está, Sr. Thiessen?". Las palabras eran apenas inteligibles por encima del zumbido de fondo de la chispa.

Fessenden fue una figura importante en el desarrollo de la radio AM. Fue uno de los primeros investigadores en darse cuenta, a partir de experimentos como el anterior, que la tecnología existente para producir ondas de radio, el transmisor de chispa, no se podía utilizar para la modulación de amplitud, y que un nuevo tipo de transmisor, uno que producía ondas continuas sinusoidales., era necesario. Esta fue una idea radical en ese momento, porque los expertos creían que la chispa impulsiva era necesaria para producir ondas de radiofrecuencia, y Fessenden fue ridiculizado. Inventó y ayudó a desarrollar uno de los primeros transmisores de onda continua: el alternador Alexanderson, con el que realizó lo que se considera la primera transmisión de entretenimiento público de AM en Nochebuena de 1906. También descubrió el principio en el que se basa AM, heterodyning y inventó uno de los primeros detectores capaces de rectificar y recibir AM, el detector electrolítico o "líquido baretter", en 1902. Otros radiodetectores inventados para telegrafía inalámbrica, como la válvula Fleming (1904) y el detector de cristal (1906) también probaron capaz de rectificar las señales AM, por lo que el obstáculo tecnológico era generar ondas AM; recibirlos no fue un problema.

Tecnologías tempranas

Los primeros experimentos en transmisión de radio AM, realizados por Fessenden, Valdemar Poulsen, Ernst Ruhmer, Quirino Majorana, Charles Herrold y Lee de Forest, se vieron obstaculizados por la falta de una tecnología de amplificación. Los primeros transmisores prácticos de AM de onda continua se basaron en el enorme y costoso alternador Alexanderson, desarrollado en 1906-1910, o en versiones del transmisor de arco Poulsen (convertidor de arco), inventado en 1903. Las modificaciones necesarias para transmitir AM fueron torpes y resultaron en audio de muy baja calidad. La modulación generalmente se lograba mediante un micrófono de carbono insertado directamente en la antena o en el cable de tierra; su resistencia variable variaba la corriente a la antena. La capacidad limitada de manejo de potencia del micrófono limitó severamente la potencia de los primeros radioteléfonos; muchos de los micrófonos estaban refrigerados por agua.

Tubos de vacio

El descubrimiento en 1912 de la capacidad amplificadora del tubo Audion, inventado en 1906 por Lee de Forest, resolvió estos problemas. El oscilador de retroalimentación de tubo de vacío, inventado en 1912 por Edwin Armstrong y Alexander Meissner, era una fuente barata de ondas continuas y se podía modular fácilmente para hacer un transmisor de AM. La modulación no tenía que realizarse en la salida, pero se podía aplicar a la señal antes del tubo amplificador final, por lo que el micrófono u otra fuente de audio no tenía que modular una señal de radio de alta potencia. La investigación en tiempos de guerra hizo avanzar enormemente el arte de la modulación AM, y después de la guerra la disponibilidad de tubos baratos provocó un gran aumento en el número de estaciones de radio que experimentaban con la transmisión AM de noticias o música. El tubo de vacío fue responsable del auge de la radiodifusión AM alrededor de 1920, el primer medio de comunicación electrónica de masas. La modulación de amplitud fue prácticamente el único tipo utilizado para la transmisión de radio hasta que comenzó la transmisión de FM después de la Segunda Guerra Mundial.

Al mismo tiempo que comenzó la radio AM, las compañías telefónicas como ATamp;T estaban desarrollando la otra gran aplicación para AM: enviar múltiples llamadas telefónicas a través de un solo cable modulándolas en frecuencias portadoras separadas, llamado multiplexación por división de frecuencia.

Banda lateral única

John Renshaw Carson en 1915 hizo el primer análisis matemático de la modulación de amplitud, mostrando que una señal y una frecuencia portadora combinada en un dispositivo no lineal crearía dos bandas laterales a cada lado de la frecuencia portadora, y pasar la señal modulada a través de otro dispositivo no lineal extraería la señal de banda base original. Su análisis también mostró que solo era necesaria una banda lateral para transmitir la señal de audio, y Carson patentó la modulación de banda lateral única (SSB) el 1 de diciembre de 1915. ATamp;T adoptó esta variante más avanzada de modulación de amplitud para el servicio telefónico transatlántico de onda larga a partir del 7 de enero de 1927. Después de la Segunda Guerra Mundial, fue desarrollado por el ejército para la comunicación aérea.

Análisis

Ilustración de modulación de amplitud

La onda portadora (onda sinusoidal ) de frecuencia f cy amplitud A se expresa por

$$C(t)=Apecado⁡(2π F Ct) {\ Displaystyle c (t) = A \ sin (2 \ pi f_ {c} t) \,}.

La señal del mensaje, como una señal de audio que se usa para modular la portadora, es m ( t) y tiene una frecuencia f m, mucho más baja que f c:

$$metro(t)=METROporque⁡ ( 2 π F metro t + ϕ )=Ametroporque⁡ ( 2 π F metro t + ϕ ) {\ Displaystyle m (t) = M \ cos \ left (2 \ pi f_ {m} t + \ phi \ right) = Am \ cos \ left (2 \ pi f_ {m} t + \ phi \ right) \,},

donde m es la sensibilidad de amplitud, M es la amplitud de modulación. Si m lt;1, (1 + m (t) / A) siempre es positivo para submodulación. Si m gt; 1, se produce una sobremodulación y la reconstrucción de la señal del mensaje a partir de la señal transmitida provocaría la pérdida de la señal original. La modulación de amplitud se produce cuando la portadora c (t) se multiplica por la cantidad positiva (1 + m (t) / A):

$$ y ( t ) = [ 1 + metro ( t ) A ] C ( t ) = [ 1 + metro porque ⁡ ( 2 π F metro t + ϕ ) ] A pecado ⁡ ( 2 π F C t ) {\ Displaystyle {\ begin {alineado} y (t) amp; = \ left [1 + {\ frac {m (t)} {A}} \ right] c (t) \\ amp; = \ left [1 + m \ cos \ left (2 \ pi f_ {m} t + \ phi \ right) \ right] A \ sin \ left (2 \ pi f_ {c} t \ right) \ end {alineado}}}

En este caso simple, m es idéntico al índice de modulación, que se analiza a continuación. Con m = 0,5, la señal de amplitud modulada y ( t) corresponde al gráfico superior (etiquetado como "50% de modulación") en la figura 4.

Usando las identidades de la prostoféresis, se puede demostrar que y ( t) es la suma de tres ondas sinusoidales:

$$y(t)=Apecado⁡(2π F Ct)+ 1 2Ametro [ pecado ⁡ ( 2 π [ F C + F metro ] t + ϕ ) + pecado ⁡ ( 2 π [ F C - F metro ] t - ϕ ) ]. {\ Displaystyle y (t) = A \ sin (2 \ pi f_ {c} t) + {\ frac {1} {2}} Am \ left [\ sin \ left (2 \ pi \ left [f_ {c } + f_ {m} \ right] t + \ phi \ right) + \ sin \ left (2 \ pi \ left [f_ {c} -f_ {m} \ right] t- \ phi \ right) \ right]. \,}

Por lo tanto, la señal modulada tiene tres componentes: la onda portadora c (t) que no cambia en frecuencia, y dos bandas laterales con frecuencias ligeramente por encima y por debajo de la frecuencia portadora f c.

Espectro

Figura 2: Espectros de doble cara de señales de banda base y AM.

Una señal de modulación útil m (t) suele ser más compleja que una sola onda sinusoidal, como se trató anteriormente. Sin embargo, según el principio de descomposición de Fourier, m (t) se puede expresar como la suma de un conjunto de ondas sinusoidales de varias frecuencias, amplitudes y fases. Realizando la multiplicación de 1 + m (t) con c (t) como arriba, el resultado consiste en una suma de ondas sinusoidales. Nuevamente, la portadora c (t) está presente sin cambios, pero cada componente de frecuencia de m en f i tiene dos bandas laterales en las frecuencias f c + f i y f c - f i. La colección de las primeras frecuencias por encima de la frecuencia portadora se conoce como banda lateral superior, y las que están por debajo constituyen la banda lateral inferior. Se puede considerar que la modulación m (t) consiste en una mezcla igual de componentes de frecuencia positivos y negativos, como se muestra en la parte superior de la figura 2. Se pueden ver las bandas laterales como que la modulación m (t) simplemente ha sido desplazada en frecuencia por f c como se muestra en la parte inferior derecha de la figura 2.

Figura 3: El espectrograma de una transmisión de voz AM muestra las dos bandas laterales (verde) a cada lado de la portadora (rojo) con el tiempo avanzando en la dirección vertical.

El espectro de modulación a corto plazo, cambiando como lo haría para una voz humana, por ejemplo, el contenido de frecuencia (eje horizontal) puede trazarse como una función del tiempo (eje vertical), como en la figura 3. Puede verse nuevamente que a medida que varía el contenido de la frecuencia de modulación, se genera una banda lateral superior de acuerdo con las frecuencias desplazadas por encima de la frecuencia portadora, y el mismo contenido se refleja en la banda lateral inferior por debajo de la frecuencia portadora. En todo momento, la propia portadora permanece constante y de mayor potencia que la potencia total de la banda lateral.

Eficiencia energética y de espectro

El ancho de banda de RF de una transmisión de AM (consulte la figura 2, pero solo considerando las frecuencias positivas) es el doble del ancho de banda de la señal moduladora (o " banda base "), ya que las bandas laterales superior e inferior alrededor de la frecuencia portadora tienen un ancho de banda igual de ancho como la frecuencia de modulación más alta. Aunque el ancho de banda de una señal de AM es más estrecho que uno que usa modulación de frecuencia (FM), es dos veces más ancho que las técnicas de banda lateral única ; por tanto, puede considerarse espectralmente ineficaz. Por tanto, dentro de una banda de frecuencia, sólo la mitad de las transmisiones (o "canales") pueden acomodarse. Por esta razón, la televisión analógica emplea una variante de banda lateral única (conocida como banda lateral vestigial, algo comprometida en términos de ancho de banda) para reducir la separación de canales requerida.

Otra mejora con respecto a la AM estándar se obtiene mediante la reducción o supresión del componente portador del espectro modulado. En la figura 2, este es el pico entre las bandas laterales; Incluso con modulación de onda sinusoidal completa (100%), la potencia en el componente portador es el doble que en las bandas laterales, pero no lleva información única. Por lo tanto, hay una gran ventaja en la eficiencia al reducir o suprimir totalmente la portadora, ya sea junto con la eliminación de una banda lateral ( transmisión de portadora suprimida de banda lateral única ) o con ambas bandas laterales restantes ( portadora suprimida de banda lateral doble ). Si bien estas transmisiones de portadora suprimida son eficientes en términos de potencia de transmisión, requieren receptores más sofisticados que empleen detección sincrónica y regeneración de la frecuencia portadora. Por esa razón, la AM estándar sigue utilizándose ampliamente, especialmente en la transmisión de radiodifusión, para permitir el uso de receptores económicos que utilizan detección de envolvente. Incluso la televisión (analógica), con una banda lateral inferior (en gran medida) suprimida, incluye suficiente potencia de portadora para utilizar la detección de envolvente. Pero para los sistemas de comunicaciones en los que se pueden optimizar tanto los transmisores como los receptores, la supresión tanto de una banda lateral como de la portadora representa una ventaja neta y se emplea con frecuencia.

Una técnica ampliamente utilizada en transmisores de radiodifusión AM es una aplicación de la portadora Hapburg, propuesta por primera vez en la década de 1930 pero poco práctica con la tecnología disponible en ese momento. Durante los períodos de baja modulación, la potencia de la portadora se reduciría y volvería a su máxima potencia durante los períodos de altos niveles de modulación. Esto tiene el efecto de reducir la demanda total de potencia del transmisor y es más eficaz en programas de tipo hablado. Los fabricantes de transmisores utilizan varios nombres comerciales para su implementación desde finales de los 80 en adelante.

Índice de modulación

El índice de modulación de AM es una medida basada en la relación entre las excursiones de modulación de la señal de RF y el nivel de la portadora no modulada. Por tanto, se define como:

$$metro= pag mi a k   v a l tu mi   o F   metro ( t ) A= METRO A {\ Displaystyle m = {\ frac {\ mathrm {pico \ valor \ de \} m (t)} {A}} = {\ frac {M} {A}}}

donde y son la amplitud de modulación y la amplitud de la portadora, respectivamente; la amplitud de modulación es el cambio máximo (positivo o negativo) en la amplitud de RF desde su valor no modulado. El índice de modulación normalmente se expresa como un porcentaje y puede mostrarse en un medidor conectado a un transmisor de AM. $$

METRO {\ Displaystyle M \,}$$A {\ Displaystyle A \,}

Entonces, si, la amplitud de la portadora varía en un 50% por encima (y por debajo) de su nivel sin modular, como se muestra en la primera forma de onda, a continuación. Porque varía en un 100% como se muestra en la ilustración siguiente. Con una modulación del 100%, la amplitud de onda a veces llega a cero, y esto representa una modulación completa usando AM estándar y, a menudo, es un objetivo (para obtener la relación señal-ruido más alta posible) pero no debe excederse. El aumento de la señal de modulación más allá de ese punto, conocido como sobremodulación, hace que falle un modulador de AM estándar (ver más abajo), ya que las excursiones negativas de la envolvente de onda no pueden llegar a ser menores que cero, lo que resulta en una distorsión ("recorte") de la modulación recibida.. Los transmisores normalmente incorporan un circuito limitador para evitar la sobremodulación y / o un circuito compresor (especialmente para comunicaciones de voz) para acercarse al 100% de modulación para una máxima inteligibilidad por encima del ruido. A veces, estos circuitos se denominan de moda. $$

metro=0,5 {\ Displaystyle m = 0.5}$$metro=1.0 {\ Displaystyle m = 1.0}

Sin embargo, se puede hablar de un índice de modulación superior al 100%, sin introducir distorsión, en el caso de la transmisión de portadora reducida de doble banda lateral. En ese caso, las excursiones negativas más allá de cero implican una inversión de la fase de la portadora, como se muestra en la tercera forma de onda a continuación. Esto no se puede producir utilizando las técnicas de modulación eficientes de alto nivel (etapa de salida) (ver más abajo) que se utilizan ampliamente, especialmente en transmisores de radiodifusión de alta potencia. Más bien, un modulador especial produce una forma de onda de este tipo a un nivel bajo seguida de un amplificador lineal. Además, un receptor de AM estándar que utiliza un detector de envolvente es incapaz de demodular adecuadamente dicha señal. Más bien, se requiere detección sincrónica. Por tanto, la transmisión de doble banda lateral generalmente no se denomina "AM" aunque genera una forma de onda de RF idéntica a la AM estándar siempre que el índice de modulación sea inferior al 100%. Dichos sistemas intentan más a menudo una reducción radical del nivel de portadora en comparación con las bandas laterales (donde está presente la información útil) hasta el punto de transmisión de portadora suprimida de doble banda lateral donde la portadora se reduce (idealmente) a cero. En todos estos casos, el término "índice de modulación" pierde su valor, ya que se refiere a la relación entre la amplitud de modulación y una amplitud de portadora restante bastante pequeña (o cero).

Figura 4: Profundidad de modulación. En el diagrama, la portadora no modulada tiene una amplitud de 1.

Métodos de modulación

Modulación de ánodo (placa). La placa de un tetrodo y el voltaje de la rejilla de la pantalla se modula a través de un transformador de audio. La resistencia R1 establece la polarización de la red; Tanto la entrada como la salida son circuitos sintonizados con acoplamiento inductivo.

Los diseños de circuitos de modulación pueden clasificarse como de bajo o alto nivel (dependiendo de si modulan en un dominio de baja potencia, seguido de amplificación para la transmisión, o en el dominio de alta potencia de la señal transmitida).

Generación de bajo nivel

En los sistemas de radio modernos, las señales moduladas se generan mediante el procesamiento de señales digitales (DSP). Con DSP, son posibles muchos tipos de AM con control de software (incluido DSB con portadora, portadora suprimida SSB y banda lateral independiente, o ISB). Las muestras digitales calculadas se convierten en voltajes con un convertidor de digital a analógico, generalmente a una frecuencia menor que la frecuencia de salida de RF deseada. Luego, la señal analógica debe cambiarse en frecuencia y amplificarse linealmente a la frecuencia y el nivel de potencia deseados (se debe usar amplificación lineal para evitar la distorsión de la modulación). Este método de bajo nivel para AM se utiliza en muchos transceptores de radioaficionados.

La AM también se puede generar a un nivel bajo, utilizando métodos analógicos que se describen en la siguiente sección.

Generación de alto nivel

Los transmisores de AM de alta potencia (como los que se utilizan para la radiodifusión de AM ) se basan en etapas de amplificación de potencia de clase D y E de alta eficiencia, moduladas mediante la variación de la tensión de alimentación.

Los diseños más antiguos (para radiodifusión y radioaficionados) también generan AM controlando la ganancia del amplificador final del transmisor (generalmente clase C, por eficiencia). Los siguientes tipos son para transmisores de tubo de vacío (pero hay opciones similares disponibles con transistores):

Modulación de placa

En la modulación de placa, el voltaje de placa del amplificador de RF se modula con la señal de audio. El requisito de potencia de audio es el 50 por ciento de la potencia de la portadora de RF.

Modulación Heising (corriente constante)

El voltaje de la placa del amplificador de RF se alimenta a través de un estrangulador (inductor de alto valor). La placa del tubo de modulación AM se alimenta a través del mismo inductor, por lo que el tubo modulador desvía la corriente del amplificador de RF. El estrangulador actúa como una fuente de corriente constante en el rango de audio. Este sistema tiene una baja eficiencia energética.

Control de la modulación de la rejilla

La polarización operativa y la ganancia del amplificador de RF final se pueden controlar variando el voltaje de la rejilla de control. Este método requiere poca potencia de audio, pero se debe tener cuidado para reducir la distorsión.

Modulación del tubo de la abrazadera (rejilla de la pantalla)

La polarización de la rejilla de la pantalla se puede controlar a través de un tubo de sujeción, que reduce el voltaje de acuerdo con la señal de modulación. Es difícil acercarse a la modulación al 100 por ciento mientras se mantiene una baja distorsión con este sistema.

Modulación Doherty

Un tubo proporciona la potencia en condiciones de portadora y otro funciona solo para picos de modulación positivos. La eficiencia general es buena y la distorsión es baja.

Modulación progresiva

Dos tubos funcionan en paralelo, pero parcialmente desfasados ​​entre sí. Como están modulados en fase diferencial, su amplitud combinada es mayor o menor. La eficiencia es buena y la distorsión baja cuando se ajusta correctamente.

Modulación de ancho de pulso (PWM) o modulación de duración de pulso (PDM)

Se aplica una fuente de alimentación de alto voltaje altamente eficiente a la placa del tubo. El voltaje de salida de este suministro se varía a una velocidad de audio para seguir el programa. Este sistema fue iniciado por Hilmer Swanson y tiene una serie de variaciones, todas las cuales logran una alta eficiencia y calidad de sonido.

Métodos digitales

El Harris Corporation obtuvo una patente para sintetizar una onda portadora de alta potencia modulada a partir de un conjunto de amplificadores de baja potencia seleccionados digitalmente, corriendo en fase en la misma frecuencia portadora. La señal de entrada se muestrea mediante un convertidor de audio analógico a digital (ADC) convencional y se alimenta a un excitador digital, que modula la potencia de salida general del transmisor activando y desactivando una serie de amplificadores de RF de estado sólido de baja potencia. La salida combinada impulsa el sistema de antena.

Métodos de demodulación

La forma más simple de demodulador AM consiste en un diodo que está configurado para actuar como detector de envolvente. Otro tipo de demodulador, el detector de producto, puede proporcionar una demodulación de mejor calidad con una complejidad de circuito adicional.

Ver también

• AM estéreo
• Radio de onda corta
• Sistema de señalización de modulación de amplitud (AMSS)
• Esfera de modulación
• Tipos de emisiones de radio
• Airband
• DSB-SC

Referencias

Bibliografía

• Newkirk, David y Karlquist, Rick (2004). Mezcladores, moduladores y demoduladores. En DG Reed (ed.), The ARRL Handbook for Radio Communications (81ª ed.), Págs. 15.1–15.36. Newington: ARRL. ISBN   0-87259-196-4.

enlaces externos

• Modulación de amplitud por Jakub Serych, Wolfram Demonstrations Project.
• Modulación de amplitud, por S Sastry.
• Modulación de amplitud, una introducción de la Federación de Científicos Estadounidenses.
• Tutorial de modulación de amplitud que incluye temas relacionados con moduladores, demoduladores, etc.