UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS FACULTAD DE INGENIERA ELECTRNICA, ELCTRICA Y TELECOMUNICACIONES

Introduccin a las Telecomunicaciones

Laboratorio

Generacin de AM de doble banda lateral Informe N 1 - 27/04/2015 Prof. J. Sotelo O.

Muasqui Paredes Andres Onofrio 07190081

LABORATORIO N 1

GENERACIN DE AM DE DOBLE BANDA LATERAL

I. FUNDAMENTO TERICO Sobre las comunicaciones Es conocida la limitacin que presentan las ondas sonoras cuando se pretenden establecer comunicaciones a medias y largas distancias. Ello indujo a muchos investigadores a una bsqueda de otras formas de enlace entre las personas que de alguna manera salvaran las dificultades de la comunicacin directa. As, en la dcada de 1830, Morse puso en prctica la comunicacin telegrfica, y no fue hasta 1876 en que Bell construy el primer telfono, resolviendo el problema de la comunicacin hablada entre dos puntos lejanos. An no era suficiente, pues tanto el telgrafo como el telfono exigen que un cable comunique los aparatos transmisor y receptor. En 1888, el fsico alemn Hertz comprueba la existencia real de las ondas electromagnticas), y en 1897 Marconi realiza la primera comunicacin de la llamada telegrafa sin hilos. A partir de aqu, la comunicacin hablada con ondas hertzianas (la radiotelefona) fue problema de unos pocos aos. Fue posteriormente que se descubri que las ondas hertzianas, u ondas radio, son de la misma naturaleza que la luz visible o los rayos infrarrojos: todas pertenecen a la familia de las ondas electromagnticas. Comparten su velocidad y la no necesidad de un medio fsico ms all que el aire para su propagacin, y tambin comparten problemas como la atenuacin. Por qu entonces llegan ms lejos las radiaciones electromagnticas? Es simplemente cuestin de nmeros. Cualquier receptor de los que se encuentran actualmente en el mercado es 100 veces ms sensible que el odo mejor dotado (cada uno en su campo), y hay emisoras que transmiten con una potencia 10.000 veces mayor que el grito ms alto que pueda emitir una garganta humana. Modulacin

Lamentablemente, una onda electromagntica pura no es ms que eso: una onda que no transporta ningn tipo de informacin. Para que una onda electromagntica (Figura A) lleve algo de informacin, podra ser el interrumpirla a intervalos ms o menos frecuentes (Figura B). As se dar paso a dos situaciones perfectamente diferenciables: hay onda, o no la hay. Incluso, podemos adelantar un poco ms: los intervalos en que haya onda pueden hacerse de distinta duracin, y as seremos capaces de distinguir no slo la existencia o no de la onda, sino su mayor o menor duracin. As fue como se realizaron las primeras

transmisiones de radio, aprovechando un cdigo que Morse haba inventado aos antes (el cdigo Morse), consistente en asignar a cada letra, nmero y signo ortogrfico uno o varios intervalos de distinta duracin (conocidos como rayas y puntos); espaciando adecuadamente la transmisin de los cdigos correspondientes a cada letra, puede enviarse un mensaje inteligible (Figura C). El cdigo Morse puede asimilarse al lenguaje hablado: mediante un acuerdo preestablecido y conocido, dos personas pueden comunicarse y entenderse por medio de sonidos.

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Al hablar, se dice que modulamos la voz, porque lo nico que hacemos es modificar una corriente de aire salida de nuestra garganta para que suene de una forma o de otra. La corriente de aire podemos llamarla portadora, pues es la que llevar o portar la modulacin que le imprimamos con la boca y/o lengua. La portadora, por s sola, no es sonido, no transporta lo que hemos llamado informacin. Esto tan sencillo y que tan habituados estamos a hacer es lo que se hace en una emisora de radio. Se crea una onda portadora (el equivalente a la corriente de aire) que se lleva a un modulador (la boca y lengua) para que sobre ella se imprima la informacin que deseamos, que se materializa como onda moduladora (lo que nosotros queremos expresar con el lenguaje). El resultado final es la onda modulada (las palabras realmente pronunciadas), que ser radiada al espacio para que otra u otras personas puedan recogerla e interpretarla. Tipos de modulacin Dos de los parmetros ms importantes de una onda, son su amplitud y su frecuencia. La amplitud da idea del valor mximo que adoptar la onda, mientras que la frecuencia nos dir los ciclos completos que se repiten en cada segundo. La forma de las ondas hertzianas es idntica a las de sonido. La nica diferencia (aparte de su naturaleza) est en la frecuencia. Mientras que en las sonoras audibles rara vez llegan a los 20 KHz, las de radio pueden llegar a tener frecuencias superiores a los 10 GHz. Previamente se ha mencionado una forma de modulacin cuando hablamos del sistema Morse. Se trata de dar amplitud mxima a la onda (cuando se transmite punto o raya) y amplitud cero (intervalo entre puntos y/o rayas). Es una modulacin basada en el todo o nada. Como vemos, en este caso lo que se modifica es la amplitud de la onda. Nos encontramos frente a la modulacin de amplitud, que abreviaremos como AM. Igual que hemos introducido la informacin en la portadora modificando uno de sus parmetros, la amplitud, tambin podramos hacerlo modificando el otro parmetro antes citado, la frecuencia. As, si nuestra portadora tuviera una frecuencia de, pongamos, 500 KHz, cuando quisiramos transmitir un punto o una raya, podramos cambiar la frecuencia a 510 KHz. Esa variacin de 10 KHz en la frecuencia la interpretara el receptor como la transmisin de un punto o una raya, segn la duracin. As habremos hecho una modulacin de frecuencia, que notaremos como FM. Existen ms tipos de modulacin, como son la de fase, por impulsos, etc., pero slo interesan las dos ya citadas, y lo que es verdaderamente importante es hacerse a la idea de que para modular una onda, hay que modificar alguno de los parmetros que la definen. La modulacin de amplitud Puesto que la seal de audio es variable, podemos hacer variar la amplitud de la portadora al ritmo de la de audio. El receptor le disearemos de forma que sea sensible slo a dicha variacin de amplitud, que ser precisamente la seal de audio que queremos transportar. Como vemos, la portadora es slo el caballo que transporta el jinete que es la seal de audio. No nos sirve nada ms que para conseguir que el jinete llegue ms lejos que podra hacerlo por sus propios medios.

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Si queremos transmitir una reproduccin musical que est compuesta por seales de frecuencia de hasta 20 KHz, la onda modulada se podr descomponer como una componente central de 600 KHz y dos bandas laterales, una a cada lado de la frecuencia central, ocupando un ancho cada una de 20 KHz, esto es, la onda modulada ocupar una banda de frecuencias comprendida entre 580 y 620 KHz. Podramos asimilar la formacin de las dos bandas laterales a la modulacin de amplitud que sufren tanto los semiciclos positivos como los negativos de la portadora. Como fcilmente se comprende, y esto es importante, el ancho de banda ocupado por una transmisin de AM depende directamente del ancho de banda ocupada por la seal de audio a transmitir, y no de su amplitud. Adems, el ancho de banda total ocupado por la onda modulada que se transmite es el doble del que tiene la seal de audio. Estos son los puntos a destacar de este tipo de modulacin. Caractersticas de la modulacin de amplitud

Existen dos topes claros para la variacin de la amplitud: uno, cuando la amplitud de modulacin alcanza la amplitud de la portadora, y otro, cuando no se produce modulacin (amplitud de la portadora constante). En el primer caso, se dice que la profundidad o porcentaje de modulacin es del 100 % (figura izquierda A), mientras que en el segundo, es cero (figura izquierda D). Entre ambos extremos se obtienen todos los valores de la profundidad de modulacin posibles. Es fcil comprender que si se pretende modular la portadora con una profundidad mayor del 100%, la forma de la seal obtenida ser diferente de la original, producindose distorsin en la parte receptora. Una emisora de radio que transmita en AM gastar una cierta potencia en enviar las ondas de radio. Puesto que la amplitud

media de la portadora es siempre la misma, la potencia gastada en enviar la portadora ser constante. Sin embargo, la potencia gastada en las bandas laterales depender de la profundidad de modulacin. Cuando dicha profundidad sea cero, no habr modulacin, no habr bandas laterales y no se emplear potencia en ellas. Cuando la profundidad de modulacin alcance el 100 %, se producirn dos bandas laterales iguales, en cada una de las cuales se emplear una potencia que es la cuarta parte de la empleada para la portadora. Para valores intermedios entre el 0 y el 100 %, la potencia empleada en cada banda lateral disminuye, de forma que para 30 %, por ejemplo, la potencia cada banda representa poco ms del 2 % de la empleada para

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la portadora. Si tenemos en cuenta que la informacin que queremos transmitir est contenida en las bandas laterales, fcilmente comprenderemos que estamos derrochando energa, puesto q apenas un 5 % de la potencia gastada por un transmisor de AM que modula con un 30 % de profundidad va a sernos til, ya que el otro 95 % se emplea para la portadora que, en s, no contiene informacin til alguna. En el mejor de los casos (modulacin 100 %), la potencia empleada para dos bandas representa tan slo 50 % de la de portadora (figura superior C).

Para conseguir un mejor rendimiento del proceso de transmisin, puede suprimirse (con un filtro) por ejemplo la portadora, emitindose tan slo dos bandas laterales, dando lugar a la llamada modulacin en doble banda lateral (en ingls abreviado como DSB, de Double Side Band). Incluso puede suprimirse tambin una de las bandas laterales, ya que toda la informacin que queremos transmitir va contenida por igual en ambas. As se da paso a los sistemas de modulacin en banda lateral nica, abreviada como BLU (y en ingls como SSB, de Single Side Band) Este ltimo sistema es el que mayor rendimiento tiene, ya que toda la potencia gastada en el transmisor se aprovecha para transmitir toda la informacin. Aparte de la ventaja que supone un mayor rendimiento de transmisin, los sistemas que suprimen parte o la totalidad de una de las bandas laterales ahorran tambin ancho de banda ocupado, ya que slo se emplea el suficiente para transmitir la informacin til. En concreto, los sistemas de BLU utilizan la mitad o menos del espectro ocupado por una emisora de AM normal. Esto supone doblar el nmero de emisoras que pueden entrar en una cierta banda sin interferirse unas a otras. Naturalmente, cada sistema de modulacin entraa unas ciertas tcnicas, que no slo han de tenerse en cuenta en el transmisor, sino tambin en la parte receptora. Desde el punto de vista del receptor, los sistemas de portadora suprimida complican no slo el diseo del mismo, sino tambin su ajuste y puesta a punto. Adems, las emisoras de AM han empleado tradicionalmente el sistema de portadora y dos bandas laterales, al que estn adaptados los receptores que se encuentran en el mercado. Por estas razones, la totalidad de las emisoras que transmiten en las bandas de radiodifusin en AM lo

hacen con doble banda lateral y portadora, no beneficindose de ninguna de las ventajas de los distintos sistemas comentados. Adems, cualquier otro sistema que eventualmente se empleara en dichas bandas, debera ser compatible con el actualmente empleado (es decir, debera poder ser recibido normalmente con un receptor de los que se encuentran en el mercado).

Reparto de potencia en distintas situaciones. Se supone que siempre se transmite con 1500 W de potencia en

antena. 1) Modulacin de amplitud al 100%. 2) Modulacin en doble banda lateral (DBL). 3) y 4) Modulacin en BLU. La nica diferencia est en la

transmisin de la banda lateral inferior (BLI) o la superior (BLS). En ingls, estas dos bandas se abrevian como LSB (de Lower Side Band) y USB (de Upper Side Band),

respectivamente.

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II. PROCEDIMIENTO 1. Conecte la alimentacin en el ANACOM 1/1 segn se indica.

2. Asegrese de configurar el tablero con las siguientes condiciones iniciales:

a. El interruptor AUDIO INPUT SELECT (selector de entrada de audio) en la posicin INT. b. El interruptor MODE (modo) en la posicin DSB. c. El botn giratorio OUTPUT AMPLIFIER'S GAIN (ganancia de amplificador de salida)

completamente a favor del reloj. d. El interruptor SPEAKER (altavoz) en la posicin OFF.

Configuracin inicial del mdulo ANACOM 1/1

3. Conmute a encendido el interruptor de alimentacin DC del tablero ANACOM 1/1.

4. Gire completamente a favor del reloj, (MAX) posicin, el botn AUDIO OSCILLATOR block's AMPLITUDE (bloque amplitud del oscilador de audio), y examine la seal de salida de este bloque conectando la sonda del osciloscopio en t.p.14.

A la izquierda: toma de medicin entre t.p. 14 y 0 V. A la derecha, sinusoide de 3 KHz del oscilador de audio

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Esta es la onda sinusoidal de audio frecuencia la que ser usada como nuestra seal moduladora. Observe que la frecuencia de la onda sinusoidal puede ajustarse de 300 Hz hasta aproximadamente 3.4 KHz, mediante el botn AUDIO OSCILLATOR'S FREQUENCY (frecuencia del oscilador de audio). Observe tambin que la amplitud de esta seal moduladora de audio puede reducirse a cero, girando completamente contra el reloj, (MIN) posicin, el botn AUDIO OSCILLATOR'S AMPLITUDE (amplitud del oscilador de audio). Regrese a MAX position (posicin mxima) el botn AMPLITUDE (amplitud) antes de continuar.

5. Gire el botn BALANCE, en el bloque BALANCED MODULATOR & BANDPASS CIRCUIT 1, completamente a favor del reloj. Es este el bloque que se va a utilizar para llevar a cabo la modulacin de amplitud de doble banda lateral.

6. Controle a la vez, las dos entradas al bloque BALANCED MODULATOR & BANDPASS CIRCUIT 1 en t.p.1 y t.p.9. Tenga en cuenta que:

a. La seal en t.p.1 es la onda sinusoidal de audio frecuencia del bloque OSCILLATOR. Esta es

la seal moduladora de entrada al modulador de doble banda lateral. b. La seal en t.p.9 es la portadora sinusoidal de 1 MHz y amplitud de 120 mV pico-pico

aproximadamente. Esta es la portadora de entrada al modulador de doble banda lateral.

Seal en t.p.9. Portadora de 1 MHz, se ha exagerado su amplitud para mejor detalle.

7. A continuacin, examine en t.p.3, la seal de salida del bloque BALANCED MODULATOR & BANDPASS FILTER CIRCUIT 1, junto con la seal moduladora en t.p.1. Dispare el osciloscopio en la seal t.p.1.

La seal de salida del bloque BALANCED MODULATOR & BANDPASS FILTER CIRCUIT 1 (en t.p.3) es una onda de AM de doble banda lateral, la cual se ha formado por la modulacin de amplitud de la portadora sinusoidal de 1 MHz con la seal sinusoidal de audio-frecuencia del oscilador de audio.

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Seal en t.p.3. Onda AM de doble banda lateral. Se aprecia en el contorno la seal original de audio desde el oscilador En la figura inferior se muestra el espectro de esta seal de AM, donde fm es la frecuencia de la seal moduladora de audio.

8. Para hallar la intensidad de modulacin, mida la mxima amplitud (VMAX) y la mnima amplitud

(VMIN) de la seal de AM en t.p.3, y use la siguiente frmula:

= + 100% = + = . %

Donde VMAX y VMIN son las amplitudes mxima y mnima mostradas en la figura anterior del osciloscopio.

9. A continuacin, vare la amplitud y frecuencia de la seal sinusoidal de audio-frecuencia, los

botones giratorios o perillas AMPLITUDE y FREQUENCY del bloque AUDIO OSCILLATOR. Observe el efecto de manipular cada perilla sobre la onda de amplitud modulada.

Reduccin a cero de las amplitudes de las bandas laterales

VMAX VMIN

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Las amplitudes de las dos bandas laterales pueden reducirse a cero reduciendo a cero la amplitud de la seal moduladora de audio. Para esto gire la perilla AMPLITUDE a la posicin MIN y notar que la seal en t.p.3 se convierte en una onda sinusoidal no modulada de 1 MHz de frecuencia, lo que indica que slo permanece la portadora, Antes de continuar, gire la perilla AMPLITUDE a su mxima posicin.

10. Gire la perilla BALANCE del bloque BALANCED MODULATOR & BANDPASS FILTER CIRCUIT 1, hasta que la seal en t.p.3 sea como se muestra en la figura de la gua. La perilla BALANCE vara la cantidad de la componente portadora de 1 MHz que pasa a la salida del modulador. Girando la perilla hasta que los picos de la onda (A, B, C,...) tengan la misma amplitud, removeremos la componente portadora por completo. Se dice que la portadora ha sido "suprimida", para dejar slo las dos bandas laterales.

Supresin de portadora. Se obtiene una modulacin cercana al 100% Observar que una vez que la portadora se ha suprimido, los puntos X, Y, Z,... de la seal en t.p.3 se han reducido al mnimo. Si este no es el caso, una de las dos bandas laterales se ha amplificado ms que la otra. Para solucionar este problema, ajuste el filtro de pasa banda del bloque BALANCED MODULATOR & BANDPASS FILTER CIRCUIT 1 para que las dos bandas laterales sean filtradas igualmente. Esto se logra ajustando con cuidado el transformador variable T1 (usando una herramienta especial) hasta que la amplitud de las ondas sean lo ms prximas a cero en los puntos mnimos.

La onda que observa en t.p.3 se conoce onda de doble banda lateral con portadora suprimida (SC-DSB), con su espectro de frecuencia como se muestra en la figura siguiente:

X Y

A

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Observar que se ha suprimido la portadora, slo estn las dos bandas laterales.

11. Vare la amplitud y frecuencia de la seal moduladora de audio usando las perillas AMPLITUDE y FREQUENCY del bloque AUDIO OSCILLATOR, y observe el efecto de estas variaciones en la onda SC-DSB. Las amplitudes de las dos bandas laterales se reducirn a cero al reducir a cero la amplitud de la seal moduladora. Para esto, gire la perilla AMPLITUDE a su posicin MIN, notar que la seal se convierte en un nivel CD, lo que significa que ahora no hay componentes de frecuencia. Regrese la perilla AMPLITUDE a su posicin MAX antes de continuar.

12. Por ltimo, examine la salida del bloque OUTPUT AMPLIFIER en t.p.13, junto con la seal moduladora de audio en t.p.1. Note que aparece la onda SC-DSB ligeramente amplificada en t.p.13. Como veremos ms tarde, esta es la seal de salida del OUTPUT AMPLIFIER (amplificador de salida) que ser transmitida al receptor.

Comparacin de las seales en t.p.13 (amarillo), y la seal en t.p.3 (azul). La amplificacin no es la mejor, pero existe. (Obsrvese los niveles Vpp en la seccin Measure)

III. CONCLUSIONES La modulacin en doble banda lateral da un mejor rendimiento del proceso de transmisin, ya

que la potencia no se pierde en la portadora. Modulando la portadora con una profundidad mayor del 100%, lo cual se ejecutaba con la

perilla BALANCE, la forma de la seal obtenida ser distorsionada con respecto de la original. Se requiere una modulacin de mximo 100% para una transmisin fidedigna de la seal.

Si la profundidad de modulacin alcanza el 100 %, se producirn dos bandas laterales iguales,

en cada una de las cuales se emplear una potencia que es la cuarta parte de la empleada para la portadora.

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IV. BIBLIOGRAFA Gran Enciclopedia de la Electrnica Editorial Nueva Lente

Tomo 12: Radio Captulo 1: La transmisin radio

pp. 9 -14