Transmisor de Frecuencia Modulada

1
Transmisor de Frecuencia Modulada
2
Introducción
3
RADIODIFUSION

• El proceso por el cual nuestra voz o cualquier
  fuente sonora se convierte en ondas
  electromagnéticas y viaja por toda la ciudad,
  acabando en el receptor de radio que tenemos en
  casa.
• Aprender los diferentes aparatos que intervienen
  en ese proceso

4
MARCONI, PADRE DE LA RADIODIFUSIÓN?

• Desde los tambores, pasando por los espejos, los
  correos... llegando hasta la telegrafía. Ésta,
  por medio de un cable, transmitía impulsos
  eléctricos que, codificados y decodificados con
  el celebérrimo código Morse, era capaz de hacer
  llegar mensajes a largas distancias y de manera
  inmediata
• Nikola Tesla (1893 construyó el primer
  radiotransmisor)
• Branley (inventó el Cohesor en 1891)
• Lodge ( perfeccionó la sintonización de las ondas
  en 1894)
• Popov (inventó la antena de recepción en 1895 y
  1896 presentó un sistema completo de
  recepción-emisión de los mensajes telegráficos
  consiguiendo así de transmitir el primer mensaje
  telegráfico entre dos edificios de la Universidad
  de San-Petersburgo situados a distancia de 250
  metros)

5
DEFINICIONES IMPORTANTES EN RADIODIFUSIÓN

• - ONDA es una perturbación que avanza o que se
  propaga en un medio material o incluso en el
  vacío (ejemplo clásico de esto son las ondas que
  produce tirar una piedra a un estanque).
• - ONDAS SONORAS (que utilizan el aire como medio
  de propagación y van a una velocidad aproximada
  de 300 metros por segundo) tienen la virtud de
  estimular el oído humano y generar la sensación
  sonora.
• - Ondas percibidas por el oído humano comprendida
  entre los 20 y los 20.000 Hz (Hertzios).
• - Silbatos para perros que al tener una
  frecuencia superior a 15.000Hz.
• - Oímos mejor (distinguimos más) las frecuencias
  medias, luego las bajas y por último las agudas o
  altas.

6
ESPECTRO DE FRECUENCIAS
7

• En RADIODIFUSIÓN, y en particular para Frecuencia
  Modulada, se utiliza un rango concreto de las
  Frecuencias Muy Altas (VHF Very High Frecuency).
  Ese rango utilizado es de 87.500 Hz hasta 108.000
  Hz.
• La señal de radio frecuencia (RF) que es
  transmitida por la antena y que llega a nuestro
  receptor se llama PORTADORA. 
• Cuando sólo está emitiendo el excitador (no
  ponemos música), se le denomina PORTADORA
  ESTACIONARIA.
• Cuando mandamos información (música) obtenemos la
  PORTADORA MODULADA.

8
Frecuencia Modulada
9
MODULACIÓN

• La modulación se produce en un circuito llamado
  MODULADOR. Uno de los métodos de modulación que
  se utilizan es la onda senoidal varía al ritmo
  de frecuencia de audio, y se superpone a la
  portadora de RF para transmitir la información.
  Existe MODULACIÓN DE AMPLITUD (AM), en la que se
  varía la amplitud de la portadora y MODULACIÓN DE
  FRECUENCIA (FM), que varía la frecuencia de la
  portadora.
• El excitador crea una portadora modulada en
  frecuencia (el oscilador crea una portadora que
  se une a la audiofrecuencia), se envía a la
  antena, y ésta, crea un campo magnético y otro
  campo electrostático a su alrededor, que radian
  la energía a la atmósfera, donde existen
  diferentes partículas que tienen carga, y por
  reflexión, reenvían las ondas radioeléctricas,
  y así llega a nuestro receptor que por un proceso
  inverso convierte la radiofrecuencia en
  frecuencia audible para el ser humano.

10
Señal Moduladora (Datos)
Señal Portadora
11

• Los sistemas FM requieren mayor anchura de banda
  y se demuestra que la relación señal/ruido de la
  señal transmitida aumenta, es decir, aumenta la
  calidad de la señal.
• La frecuencia de portadora de un transmisor de FM
  se denomina FRECUENCIA CENTRAL O DE REPOSO.
• Cuando es aplicada una señal moduladora, la
  magnitud de la Variación de frecuencia por
  encima o por debajo de la frecuencia de reposo se
  denomina DESVIACIÓN DE FRECUENCIA. 
• La variación total entre los valores mínimo y
  máximo de frecuencia se llama EXCURSIÓN U
  OSCILACIÓN DE PORTADORA.

12
Transmisor FM
13
PARTES DE UN TRANSMISOR
Emisor
Un excitador de frecuencia modulada, básicamente
hace lo siguiente crea una señal portadora
continua que, con las variaciones de audio
provenientes del compresor, que a su vez
provienen de la mesa de mezclas, forman una
portadora modulada en frecuencia que manda hacia
la antena y esta hacia la atmósfera.
14
Funcionamiento Del Transmisor FM
15
DIAGRAMA DE BLOQUES
El micrófono es el dispositivo encargado de
transformar la potencia de la voz (ondas de
presión) en una señal eléctrica. La voz humana
tiene tonos entre 300Hz y 5KHz, y por tanto la
señal eléctrica a la salida del micrófono ocupa
un ancho de banda desde 300Hz a 5KHz. La primera
etapa de amplificación es la encargada de
amplificar la señal para poder atacar las etapas
siguientes. La señal proveniente del micrófono es
una señal con poca potencia que necesita ser
amplificada antes de entrar en el modulador. La
señal a la salida de la etapa amplificadora ocupa
el mismo rango de frecuencias ya que en esta
etapa no se produce translación frecuencial. La
señal se desea transmitir con modulación FM, es
decir, modulada en frecuencia. Para ello hace
falta introducir la señal en una etapa de
modulación junto con un tono proveniente del
Oscilador 1. La señal proveniente de micrófono
actúa como moduladora y la señal del Oscilador 1
será la portadora. El espectro de frecuencias de
la señal a la salida de la etapa de modulación se
encuentra centrado a la frecuencia de la
portadora (Oscilador 1) y ocupa en torno a esta
frecuencia un ancho de aproximadamente 5KHz. El
bloque posterior al modulador, el mezclador,
tiene como objetivo elevar la frecuencia de la
señal transmitida hasta un valor libre donde
podamos transmitir. El espectro frecuencial está
regulado por las Administraciones Públicas que
conceden licencias de utilización. Así, de 88MHz
hasta los 108MHz se reserva para las emisoras de
radio con modulación FM, en torno a los 900MHz se
encuentran los canales de telefonía móvil GSM, a
1575MHz el GPS, etc. El espectro de frecuencia
de la señal a la salida del Mezclador es el mismo
que a la salida del modulador pero trasladado un
valor igual que la frecuencia del Oscilador 2. En
la figura se muestra de forma esquemática el
espectro de frecuencia a la salida de la etapa de
modulación, el espectro del Oscilador 2 y de la
salida del Mezclador. A través de la frecuencia
de la señal del Oscilador 2 se puede seleccionar
en qué canal se desea transmitir dentro del rango
entre 88MHz y 108MHz que se tiene reservado. El
amplificador de salida permite dotar a la señal
de potencia suficiente para cubrir el rango de
alcance que se desea. Para aumentar el rango de
alcance de un transmisor de FM habrá que
conseguir aumentar la potencia con la que se
emite, es decir, aumentar la ganancia del
amplificador a la salida. Acoplador de antena,
circuito que provee un medio de transferir la
máxima energía desde el amplificador final hasta
la antena. La antena es el elemento que
transforma las señales eléctricas que se
encuentran contenidas en el interior del circuito
en ondas electromagnéticos que viajan por el
aire. Este dispositivo radia la información al
exterior.
16
El bloque posterior al modulador, el mezclador,
tiene como objetivo elevar la frecuencia de la
señal transmitida hasta un valor libre donde
podamos transmitir. El espectro frecuencial está
regulado por las Administraciones Públicas que
conceden licencias de utilización. Así, de 88MHz
hasta los 108MHz se reserva para las emisoras de
radio con modulación FM, en torno a los 900MHz se
encuentran los canales de telefonía móvil GSM, a
1575MHz el GPS, etc. El espectro de frecuencia
de la señal a la salida del Mezclador es el mismo
que a la salida del modulador pero trasladado un
valor igual que la frecuencia del Oscilador 2. En
la figura se muestra de forma esquemática el
espectro de frecuencia a la salida de la etapa de
modulación, el espectro del Oscilador 2 y de la
salida del Mezclador. A través de la frecuencia
de la señal del Oscilador 2 se puede seleccionar
en qué canal se desea transmitir dentro del rango
entre 88MHz y 108MHz que se tiene reservado. El
amplificador de salida permite dotar a la señal
de potencia suficiente para cubrir el rango de
alcance que se desea. Para aumentar el rango de
alcance de un transmisor de FM habrá que
conseguir aumentar la potencia con la que se
emite, es decir, aumentar la ganancia del
amplificador a la salida. Acoplador de antena,
circuito que provee un medio de transferir la
máxima energía desde el amplificador final hasta
la antena. La antena es el elemento que
transforma las señales eléctricas que se
encuentran contenidas en el interior del circuito
en ondas electromagnéticos que viajan por el
aire. Este dispositivo radia la información al
exterior.
17
La figura ilustra el espectro de frecuencia de
las señales a la salida del micrófono, a la
salida de la primera etapa de amplificación y a
la salida de la etapa de modulación.
El espectro de frecuencia de la señal a la salida
del Mezclador es el mismo que a la salida del
modulador pero trasladado un valor igual que la
frecuencia del Oscilador 2. En la figura se
muestra de forma esquemática el espectro de
frecuencia a la salida de la etapa de modulación,
el espectro del Oscilador 2 y de la salida del
Mezclador.
18
Circuito Transmisor FM
19
ESQUEMA CIRCUITAL
20

• La desviación máxima permitida es de 75 kHz
• Se provee 25 kHz de bandas de seguridad (guard
  band) que ayuda a minimizar las interferencias
  con estaciones adyacentes
• Se requiere que la portadora tenga una
  estabilidad de 2 kHz.
• Hay que recordar que un número infinito de
  frecuencias laterales son generadas durante la
  modulación, pero sus amplitudes disminuyen
  gradualmente mientras se alejan de la portadora.

21
Moduladores y Transmisores FM Directos
22
MODULADORES DIRECTOS
La FM directa es la modulación angular en la cual
la frecuencia de la portadora varía (es desviada)
directamente por la señal modulante. Con la FM
directa, la desviación de frecuencia instantánea
es directamente proporcional a la amplitud de la
señal modulante. La figura 6-14 muestra un
diagrama esquemático para un generador de FM
simple (aunque altamente impráctico) y directo.
El circuito tanque (L y Cm) es la sección para
determinar la frecuencia para un oscilador LC
estándar. El capacitor del micrófono es un
transductor que convierte la energía acústica a
energía mecánica, la cual se usa para variar la
distancia, entre las placas de Cm y,
consecuentemente, cambiar su capacitancia.
Conforme Cm varía, la frecuencia de resonancia
varía. Por lo tanto, la frecuencia de salida del
oscilador varía directamente con la fuente de
sonido externa. Esta es la FM directa porque la
frecuencia del oscilador se cambia directamente
por la señal modulante y la magnitud del cambio
de frecuencia es proporcional a la amplitud del
voltaje de la señal modulante.
23
MODULADOR DE DIODO VARACTOR
24
MODULADOR DE REACTANCIA
25
MODULADOR DE CIRCUITO INTEGRADO LINEAL
26
TRANSMISORES DIRECTOS

• Los generadores directos de FM producen una forma
  de onda de salida en la que la desviación de
  frecuencia es directamente proporcional a la
  señal moduladora. En consecuencia, el oscilador
  de la portadora se debe desviar en forma directa.
• Así, para los sistemas de FM de índice intermedio
  y alto, el oscilador no puede ser de cristal,
  porque la frecuencia a la que oscila el cristal
  no se puede variar mucho.
• Esto afecta la estabilidad de los transmisores
  directos.
• Esto se resuelve con el uso de un control
  automático de frecuencia (AFC)

27
TRANSMISORES DIRECTO DE CROSBY
28
CIRCUITO AFC
29
Transmisor de FM directa de circuito de fase
cerrada
30
Moduladores y Transmisores FM Indirectos
31
Moduladores de FM indirectos
32
Transmisores de FM indirectos

• Producen una forma de onda de salida
• La desviación de fase es directamente
  proporcional a la señal modulante.
• Por lo tanto, el oscilador de la portadora puede
  ser un cristal, ya que el oscilador, por sí
  mismo, no es el modulador.
• Como resultado, nos da la estabilidad de los
  osciladores con transmisores de FM indirectos

33
Transmisor FM indirecto de Armstrong
34
Transmisor FM Estereo
35
FM Estéreo

• FM Frecuencia Modulada
• Método para el procesamiento de señales de audio
• Señal limpia y de alta fidelidad

36

• Cuando se graba en estéreo, esto resulta
  sencillo de reproducir, no así cuando se trata de
  transmitir estas señales, en vista de que se
  necesita transmitir por separado ambas, mismas
  que se procesan en el receptor para luego
  escucharlas tal y como se originaron.
•  
• Después de varios diseños e intentos, se llegó a
  la perfección del sistema "MULTIPLEX ESTEREO DE
  FM", el cual fue aprobado por la FCC, y mediante
  el cual se puede transmitir el sonido en estéreo
  en una sola onda portadora en frecuencia
  modulada.
•  
• Una de las ventajas del multiplexado estéreo de
  FM es que la reproducción del sonido es tan buena
  en los receptores estereofónicos como en los de
  FM normal, estos lo reproducen como una señal
  monofónica de FM.

37
SEÑAL MULTIPLEX DE FM ESTEREO

• Esto se inicia con las señales de audio que
  producen los micrófonos, o sea izquierdo y
  derecho, las cuales se aplican a un circuito que
  se conoce como "Matríz", con lo cual se generan 2
  nuevas señales.
•  
• La señal L - R se usa para modular en amplitud
  una sub - portadora de 38 Khz, la cual produce
  como consecuencia bandas laterales de frecuencias
  superiores e inferiores a los 38 Khz esto
  permite que después de la modulación se pueda
  suprimir la frecuencia sub - portadora central de
  38 Khz con el fin de ahorrar espacio en la onda
  portadora principal.
•  
• Estas siendo de audiofrecuencia tienen un ancho
  de banda limitado, ya que abarca de 0 á 15 Khz.
  Las frecuencias superiores a 15 Khz se eliminan
  con la ayuda de filtros. Por lo mismo, la señal
  que se transfiere a la portadora de Fm tiene un
  ancho de banda de únicamente 15 Khz.

38
Gráfico de las señales de frecuencia modulada
39
PROCESO DEMODULADOR

•  
• Para seguir con el ahorro de espacio en la banda
  de transmisión, la portadora piloto tiene
  únicamente 19 Khz. De esta forma cabe en una
  parte del espectro de frecuencias de la señal
  total, en un punto que no hay ninguna señal de
  audio. En el receptor se duplicará la frecuencia
  de la portadora piloto para obtener la señal de
  sincronización de 38 Khz. La portadora piloto
  también sirve para activar en el receptor un
  circuito que indica que la transmisión se lleva a
  cabo en estéreo, el cual se visualiza normalmente
  por un LED.
•