Frecuencia Modulada
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Modulación de frecuencia
Frecuencia modulada (FM) o Modulación de frecuencia es el proceso de codificar información, la cual puede estar tanto en forma digital como analógica, en una onda portadora mediante la variación de su frecuencia instantánea de acuerdo con la señal de entrada. El uso más típico de este tipo de modulación es la radiodifusión en FM.
La modulación de frecuencia requiere un ancho de banda mayor que la modulación de amplitud para una señal modulante equivalente, sin embargo este hecho hace a la señal modulada en frecuencia más resistente a las interferencias. La modulación de frecuencia también es más robusta ante fenómenos de desvanecimiento de amplitud de la señal recibida. Es por ello que la FM fue elegida como la norma de modulación para las transmisiones radiofónicas de alta fidelidad.
Una señal modulada en frecuencia puede ser también usada para transportar una señal estereofónica. Sin embargo, esto se hace mediante multiplexación de los canales izquierdo y derecho de la señal estéreo antes del proceso de modulación de frecuencia.
De forma inversa en el receptor se lleva a cabo la demultiplexación después de la demodulación de la señal FM. Por lo tanto el proceso estereofónico es totalmente ajeno a la modulación en frecuencia propiamente dicha.
La utilización de la modulación de frecuencia para su uso en radio fue descrita por primera vez en 1935 por Edwin Armstrong en un documento titulado “Método para reducir la perturbación de la señalización por radio mediante un Sistema de Modulación de Frecuencia”.
Un caso particular simple de modulación de frecuencia es la denominada modulación por desplazamiento de frecuencia (FSK)
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[editar] Aplicaciones
La modulación de frecuencia encuentra aplicación en gran cantidad de sistemas de comunicación. Aparte de la FM de radiodifusión, entre 88 y 108 MHz, la separación entre dos canales adyacentes es de 200KHz y la desviación de frecuencia ?f=75KHz. la FM se viene utilizando principalmente en las siguientes aplicaciones:
- Televisión:
- Subportadora de sonido: La información de sonido modula en frecuencia la subportadora de sonido, que posteriormente se une a las restantes componentes de la señal de TV para modular en AM la portadora del canal correspondiente y se filtra para obtener la banda lateral vestigial. El sonido NICAM es digital y no sigue este proceso.
- SECAM: El sistema de televisión en color SECAM modula la información de color en FM.
- Micrófonos inalámbricos: Debido a la mayor insensibilidad ante las interferencias, los micrófonos inalámbricos han venido utilizando la modulación de frecuencia.
- Ayudas a la navegación aérea. Sistemas como el DVOR (VOR Doppler), simulan una antena giratoria que, por efecto Doppler, modula en frecuencia la señal transmitida.
[editar] Tecnología
[editar] Modulador de FM
La modulación de una portadora sobre FM, aunque se puede realizar de varias formas, resulta un problema delicado debido a que se necesitan dos características contrapuestas: estabilidad de frecuencia y que la señal moduladora varíe la frecuencia. Por ello, la solución simple de aplicar la señal moduladora a un oscilador controlado por tensión (VCO) no es satisfactoria.
- Modulación del oscilador. En oscilador estable, controlado con un cristal piezoeléctrico, se añade un condensador variable con la señal moduladora (varactor). Eso varía ligeramente la frecuencia del oscilador en función de la señal moduladora. Como la excursión de frecuencia que se consigue no suele ser suficiente, se lleva la señal de salida del oscilador a multiplicadores de frecuencia para alcanzar la frecuencia de radiodifusión elegida.
- Moduladores de fase. Como la frecuencia es la derivada de la fase con respecto al tiempo, se puede modular la fase de la portadora y, posteriormente, derivar la señal para obtener la modulación de frecuencia. Se modula la fase de la portadora con circuitos que presentan reactancia variable con la señal moduladora. Nuevamente se obtienen excursiones de frecuencia reducidas que hay que multiplicar.
- Modulador con PLL. Vuelve a ser el VCO, pero ahora su salida se compara con una frecuencia de referencia para obtener una señal de error, de modo que se tiene una realimentación negativa que minimiza dicho error. La señal de error se filtra para que sea insensible a las variaciones dentro del ancho de banda de la señal moduladora, puesto que estas variaciones son las que modulan la salida del VCO. Este método se ha impuesto con la llegada de los PLL integrados ya que ha pasado de ser el más complejo y costoso a ser muy económico. Presenta otras ventajas, como es poder cambiar de frecuencia para pasar de un canal a otro y mantiene coherentes todas las frecuencias del sistema.
[editar] Demodulador de FM
También es más complejo que el de AM. Se utilizan sobre todo dos métodos:
- Discrimidador reactivo. Se basa en llevar la señal de FM a una reactancia, normalmente bobinas acopladas, de forma que su impedancia varíe con la frecuencia. La señal de salida aparece, entonces, modulada en amplitud y se detecta con un detector de envolvente. Existían vávulas específicas para esta tarea, consistentes en un doble-diodo-triodo. Los dos diodos forman el detector de envolvente y el triodo amplifica la señal, mejorando la relación señal/ruido.
- Detector con PLL. La señal del PLL proporciona la señal demodulada. Existen muchas variaciones según la aplicación, pero estos detectores suelen estar en circuitos integrados que, además, contienen los amplificadores de RF y frecuencia intermedia. Algunos son una radio de FM completa (TDA7000).
[editar] Ancho de banda
Al contrario que en el caso de AM, que se concentra en la frecuencia portadora y dos bandas laterales, el ancho de banda de una señal de FM se extiende indefinidamente, cancelándose solamente en ciertos valores de frecuencia discretos. Su espectro responde a la J0 de Bessel.
Desde el punto de vista práctico, lo que interesa es saber hasta donde llegan las componentes importantes. Esto lo da la regla de Carson, que dice que el ancho de banda de FM viene a ser el doble del de la señal moduladora.
[editar] Véase también