1) Simule y grafique una señal de amplitud modulada utilizando MATLAB.

2) ¿Qué es lo que ocurre si el índice de modulación es: m=0, m<1, m=1, m>1?

Cuando el índice de modulación es mayor que 1, se dice que hay sobremodulación. En la ecuación del tiempo de AM no hay nada que pudiera evitar que Em fuera mayor que Ec y que m fuera mayor que 1. Sin embargo, hay dificultades prácticas. En la figura 3.6(a) se observa el resultado de sustituir m = 2 en la ecuación original. Como puede verse, la envolvente ya no se asemeja a la señal moduladora, por consiguiente, m debe ser menor o igual a 1.

Siempre que trabajemos con modelos matemáticos, debe recordarse verificar contra la realidad física. Esta situación es un buen ejemplo. Es posible construir un circuito que produce una salida que concuerda con la ecuación de AM del tiempo, para m mayor que 1. Sin embargo, en estas condiciones, la mayoría de los moduladores prácticos de AM producen la señal mostrada en la figura 3.6(b). Esta no es la forma de onda predicha por la ecuación (3.5), pero tiene la característica de que la envolvente de modulación ya no es una representación precisa de la señal moduladora. De hecho, si se somete al análisis de Fourier, se encontraría que las componentes "afiladas o puntiagudas" de la forma de onda, cuando la salida disminuye a cero en los picos de modulación negativa, representan componentes de alta frecuencia agregados a la señal en banda base original. Con este tipo de sobremodulación se crean frecuencias laterales más alejadas de la portadora de lo que estarían en otro caso. Estas frecuencias espurias se conocen como distorsión por sobremodulación (splatter), y hacen que la señal modulada tenga un ancho de banda mayor.

3) Simule y grafique el espectro de frecuencias de una señal modulada en amplitud, en la grafica se debe observar: la señal modulante (información), la señal portadora y la señal resultante usando MATLAB.

4) Mencione 2 circuitos moduladores de AM y explique cómo funcionan.

MODULADOR AM CON TRANSISTOR

Para realizar la modulación en amplitud es necesario del siguiente circuito

Para el buen funcionamiento de esta modulación es necesario que la señal modulante se encuentre a mayor frecuencia y a menor voltaje que la señal que lleva la información La señal portadora se aplica a la base del transmisor la cual es amplificada e invertida en el colector. La señal modulante se aplica al emisor, obteniendo la multiplicación de su voltaje con el de la portadora produciendo una señal con voltaje polarizado que tiene un término constante y un término que varía a una razón sinusoidal de frecuencia baja igual a la señal modulante.Así nos entregará la siguiente onda Resultante

En el grafico anterior se puede observar que la señal que lleva información es la de menor frecuencia o envolvente AM y esta siendo modulada por una de alta frecuencia.

CIRCUITOS MODULADORES EN ALTO NIVEL DE AM COMPLETA

La modulación en alto nivel puede realizarse con transistores bipolares, FET, LDMOS o válvulas al vacío. En una gran parte de los transmisores de AM continúa empleándose la tecnología de válvulas de vacío que, para potencias elevadas, continúan siendo

superiores a los dispositivos de estado sólido. Por ello, hemos preferido utilizar primero un circuito típico con estos dispositivos, el de un amplificador final en clase C, modulado en placa, que se ilustra en la figura 5.7. Desde un punto de vista funcional, os principios son los mismos que si se tratara de dispositivos de estado sólido.Refiriéndonos a la arquitectura general de los sistemas modulados en alto nivel, mostrada en la figura 5.6, el circuito de la parte superior corresponde al amplificador final de RF y el de la parte inferior al amplificador final de la señal en banda base que, en la terminología habitual para estos sistemas, se designa como modulador. El amplificador de RF recibe a la entrada la señal de la portadora generada por el oscilador y amplificada al nivel necesario para proporcionar la potencia de salida necesaria. El circuito de entrada a este amplificador es un circuito sintonizado formadopor L2 y C2, resonante a la frecuencia de la portadora. El condensador CN es un condensador de neutralización, necesario para evitar la retroalimentación positiva entre el circuito de placa (salida) y el de reja (entrada) y hacer que el amplificador no entre en oscilación autosostenida.

Siguiendo el circuito de placa hacia la derecha y hacia abajo, se tiene un choke de RF (RFC). Esta es una bobina que presenta una reactancia elevada a la señal de RF para

que no pase a la fuente ni al circuito del modulador. Entre el choke de RF y el modulador se conecta un condensador a tierra, que ofrece baja reactancia a RF y elevada a la señal moduladora. Su función es la de extinguir cualquier señal a la frecuencia de RF que pudiera sobrevivir a la oposición de la bobina de choke y dejar pasar hacia la placa la señal moduladora. Siguiendo el circuito hacia abajo, se tiene el secundario del transformador de modulación, T1, en serie con la fuente de alimentación de placa EBB. El secundario del transformador actúa como una fuente de voltaje variable, en serie con el voltaje de c.c. de la fuente de alimentación, lo que da lugar a que el punto de funcionamiento de la válvula varíe de acuerdo a la señal moduladora. Esto causará que la amplitud de la portadora, a la salida del amplificador varíe de la misma forma, realizando así la función de multiplicación requerida para la modulación de amplitud. La señal de salida de RF en la placa del tubo será una señal modulada en amplitud similar la de la figura 5.2. La señal de RF en la placa no puede circular hacia el modulador ni la fuente y pasa, a través de un condensador que ofrece baja reactancia a RF, hacia la línea de transmisión y la antena a través de un circuito pi que sirve como filtro y acoplador de impedancia.

5) Simule y grafique el espectro de frecuencias de una señal modulada cuando el índice de modulación es: 0%, 50%, 100% y 120% [sobre modulación] usando MATLAB.

6) Simule y grafique una señal modulada que contenga ruido gaussiano usando MATLAB.

7) Dibuje el diagrama de bloques de una transmisor AM.

En esta técnica, la modulación se realiza, por lo general, en la última etapa de amplificación, como se ilustra esquemáticamente en la figura 5.6. En este caso, la salida del oscilador se amplifica en potencia hasta el nivel necesario requerido a la entrada del amplificador final. Como la señal de RF del oscilador no está modulada, la amplificación puede hacerse en clase C, con eficiencia muy superior a la de la amplificación en clase A, AB, o B. Sin embargo, como el nivel de potencia de la señal en banda base requerido para la modulación es del 50% de la potencia de la portadora, la señal en banda base tiene que amplificarse linealmente hasta el nivel requerido para excitar al amplificador final.

8) Mencione 2 circuitos demoduladores de AM y explique como funcionan.

DEMODULADOR AM

En esta parte se realiza el proceso inverso para poder recuperar la información original, para lo cual es necesario el siguiente montaje

Este circuito es conocido como detector de picos que realiza el siguiente proceso

El diodo es un dispositivo no lineal, al Anodo se le aplica una señal de IF produciendo una mezcla no lineal en el diodo. La salida entonces contiene las frecuencias de entrada originales, sus armónicas, y sus productos cruzados. El diodo detecta los picos de la envolvente de entrada; la señal de la portadora captura el diodo y lo obliga a activarse y a desactivarse (rectificar) sincrónicamente. Así, las frecuencias laterales se mezclan con la portadora, y se recuperan las señales de banda base original.

DEMODULACION DE AM COMPLETA

La demodulación o detección es el proceso inverso a la modulación, que se emplea en el receptor para recuperar la señal original en banda base. También es un proceso no lineal. La demodulación de AM completa constituye uno de los casos particulares en que, si bien puede utilizarse un mezclador, este no es indispensable y resulta más simple y económico utilizar un detector de envolvente, constituido por un simple diodo. En este tipo de detector la entrada es la señal modulada de RF y no se requiere otra señal de un oscilador local. El circuito se ilustra en la figura 5.11.

La señal de RF modulada se aplica a la entrada del detector o demodulador. Esta señal es senoidal, de amplitud variable de acuerdo a la señal de información. Si el circuito estuviera formado sólo por la resistencia y el diodo, sin el condensador, la señal de salida sería similar a la de un rectificador de media onda, si bien, de amplitud variable, en que la envolvente8 correspondería a la señal de información. El condensador actúa como filtro, lo mismo que en el rectificador de media onda. Se carga a través del diodo al voltaje de pico de la señal de entrada cuando ésta es positiva, con una constante de tiempo τ = RDC, en que RD es la resistencia del diodo en conducción. En los semiciclos negativos el diodo queda polarizado inversamente y se comporta como un circuito abierto. En esas condiciones, el condensador no tiene otra trayectoria de descarga más que a través de la resistencia de carga R. Si R >> RD, la constante de tiempo de descarga es mucho mayor que la de carga, de modo que el condensador se cargará rápidamente en los semiciclos positivos y se descargará lentamente a través de R en los negativos. La señal en la resistencia es proporcional a la amplitud de la señal modulada, de modo que seguirá aproximadamente la forma de la envolvente con un cierto rizado que puede reducirse o eliminarse mediante filtrado adicional9. Este proceso se muestra en la figura 5.12, si bien la gráfica es sólo ilustrativa y no está a escala, ya que no debe olvidarse que la frecuencia de la portadora modulada es mucho mayor que la de la señal moduladora, por lo que el rizado que aparece en la figura es exagerado.

9) Dibuje el diagrama de bloques de un receptor AM.

SISTEMA RECEPTOR

En el receptor tiene lugar un proceso inverso al de modulación. Este proceso se llama demodulación o detección.

La señal de la estación deseada es recibida por la antena y seleccionada por el selector de RF. Luego es detectada. La señal resultante de audiofrecuencia es amplificada y aplicada al altavoz.

RECEPTOR SUPERHETERODI-NO

El receptor anterior fue superado por el receptor superheterodino. Este es más práctico porque proporciona más selectividad, sensibilidad y estabilidad. Los bloques que componen un receptor de este tipo son:

10) Mencione 3 fuentes de ruido a los que puede estar sometido un receptor.

Ruido artificial

El ruido artificial es debido a la actividad humana y se origina principalmente en máquinas eléctricas en las que se producen chispas, tales como motores o generadores electromecánicos, motores de combustión interna que utilizan bujías, interruptores y conmutadores eléctricos, líneas de alta tensión, descargas en gases, por ejemplo en las lámparas fluorescentes, etc. Algunos de sus efectos se perciben fá- cilmente en el receptor de radio de un automóvil en que, a veces, la energía radiada por las chispas producidas por las bujías se escucha como chasquidos en el altavoz o cuando en la pantalla de un televisor aparecen líneas o destellos brillantes como consecuencia del paso de un vehículo o la entrada en funcionamiento de un aparato electrodoméstico. Este tipo de ruido puede reducirse ya sea en la fuente que lo produce, o en el receptor, mediante la inclusión de filtros adecuados y su estudio no forma parte del curso, excepto desde el punto de vista del nivel indeseable que puede introducir en un sistema. No puede estimarse con facilidad y, en el cálculo de sistemas de comunicaciones se incluye su efecto recurriendo a curvas elaboradas con base en numerosas mediciones en diferentes entornos: urbano, suburbano y despejado.

Ruido inherente a los componentes de un circuito o sistema

Ruido térmico. Es la causa de ruido más importante en los circuitos eléctricos y, por consecuencia, está presente en todos los componentes de los sistemas de comunicaciones que incluyen circuitos eléctricos o electrónicos, particularmente en los receptores en que los niveles de señal pueden ser comparables a los de ruido térmico generado en los circuitos del propio receptor. Su origen es el movimiento aleatorio de los electrones libres en los conductores y semiconductores. Este movimiento es causado por la temperatura y puede interpretarse como que, en un instante dado, el número de electrones que se mueven en una dirección es mayor que el de los que se mueven en dirección opuesta, sin que en un período largo de tiempo predomine el movimiento en ninguna de las dos direcciones, es decir, su valor medio es cero. En otras palabras el ruido térmico se considera como una variable aleatoria de valor medio cero, pero su valor instantáneo no es cero. En ausencia de un voltaje externo, el movimiento aleatorio de los electrones da lugar a una corriente que cambia de magnitud y dirección continuamente que, en los extremos del conductor o del elemento de circuito particular, produce un voltaje fluctuante: el voltaje de ruido. La magnitud instantánea de este voltaje de ruido es muy pequeña y no puede medirse con instrumentos convencionales, sin embargo en receptores, en que los niveles de señal procedentes de la antena son muy pequeños, el voltaje de ruido puede ser comparable y aún superior al de señal, con lo que ésta quedaría literalmente “enterrada” en el ruido y no sería posible detectarla, ya que el nivel de ruido, es igual o superior al de la señal y serían amplificados por igual en los circuitos amplificadores del receptor. La densidad espectral del ruido térmico es uniforme en el espectro de frecuencias, es decir que sus componentes espectrales abarcan desde 0 Hz (c.c.), hasta frecuencias del orden de 1013 Hz, en la región del ultravioleta con la misma amplitud, de aquí que a este tipo de ruido se le designa como ruido blanco por analogía con la luz blanca cuyo espectro es uniforme en el rango de frecuencias visibles, o en otras palabras, contiene por igual componentes de todos los colores del espectro visible.

Ruido debido a fuentes naturales externas al sistema

Ruido atmosférico. La atmósfera afecta al ruido externo a un receptor de dos formas: atenúa el ruido procedente del cosmos y, por otra parte, genera ruido propio. Las descargas eléctricas atmosféricas durante las tormentas producen ráfagas de ruido impulsivo, cuyas componentes en las bandas de frecuencias medias y altas se propagan a grandes distancias gracias a los mecanismos de propagación ionosférica. De manera semejante a las ondas en esas bandas, este ruido depende del clima, hora del día, estación del año y ubicación del receptor con relación a las zonas de ocurrencia de tormentas. Por lo general, el ruido atmosférico decrece al aumentar la latitud y aumenta en las zonas ecuatoriales. Es particularmente activo en las épocas lluviosas en las regiones del Caribe, Indias Orientales, Africa Ecuatorial, Norte de la India y Extremo Oriente. El informe 332 del CCIR ofrece un resumen, a escala mundial de los niveles de potencia de ruido atmosférico durante el verano y en horas diurnas.