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Modulación de amplitud (AM)

La modulación es el proceso de aumentar y mejorar la frecuencia y la fuerza de la señal del mensaje. Es el proceso que superpone la señal original y la señal continua de alta frecuencia. En Amplitud modulada (AM), la amplitud de la onda portadora varía con la señal del mensaje. El proceso de AM se muestra en la siguiente imagen:

Modulación de amplitud (AM)

Por ejemplo,

señal de audio

Las señales de audio son señales con mucho ruido. No es fácil transmitir este tipo de señales a largas distancias. Por lo tanto, la modulación de las señales de audio es necesaria para una transmisión exitosa. La modulación AM es un proceso en el que una señal de mensaje se superpone a la onda de radio como señal portadora. Se combina con la onda portadora de radio de alta amplitud, lo que aumenta la magnitud de la señal de audio.

Similarmente, Modulación de frecuencia (FM) se ocupa de la variación de frecuencia de la señal portadora, y Modulación de fase (PM) se ocupa de la variación de fase de la señal portadora.

Primero analicemos lo analógico y sus términos relacionados.

Primero analicemos lo analógico y sus términos relacionados.

Cosa análoga Se refiere a la variación continua con el tiempo. Podemos definir comunicación analógica y señal analógica como: Un comunicación analógica Es una comunicación que varía continuamente con el tiempo. Fue descubierto antes de la comunicación digital. Requiere menos ancho de banda para la transmisión con componentes de bajo costo. Un Señal analoga Es una señal que varía continuamente con el tiempo. Los ejemplos de señal analógica incluyen ondas sinusoidales y ondas cuadradas.

A continuación se muestra una señal analógica simple:

Modulación de amplitud (AM)

Aquí, discutiremos lo siguiente:

¿Qué es la modulación?

Tipos de modulación de amplitud

Historia de la modulación de amplitud

Necesidad de modulación

Traducción de frecuencia de AM

Índice de modulación

Eficiencia de AM

Ventajas y desventajas de la modulación de amplitud

cómo determinar el tamaño del monitor

Aplicaciones de la modulación de amplitud

Ejemplos numéricos

¿Qué es la modulación?

Cuando la señal del mensaje se superpone a la señal portadora, se conoce como modulación . La señal del mensaje se superpone en la parte superior de la onda portadora. Aquí, superpuesta significa colocar una señal sobre la otra señal. La señal resultante formada tiene frecuencia y fuerza mejoradas.

La traducción de la señal es necesaria en el extremo del transmisor tanto para las señales analógicas como para las digitales. La traducción se lleva a cabo antes de que la señal llegue al canal para su transmisión al receptor.

señal de mensaje

La señal original que contiene un mensaje para ser transmitido al receptor se conoce como señal de mensaje.

Señal portadora

Una señal portadora es una señal con una frecuencia constante, que generalmente es alta. Las ondas de la señal portadora no requieren un medio para propagarse.

Señal de banda base

Una señal de mensaje que representa la banda de frecuencias se conoce como señal de banda base. El rango de señales de banda base va desde 0 Hz hasta la frecuencia de corte. También se le llama señal no modulada o señal de baja frecuencia.

Una señal analógica es la salida de una onda de luz/sonido convertida en una señal eléctrica.

señal de banda de paso

Está centrado en la frecuencia superior al componente máximo de la señal del mensaje.

Ejemplo

Consideremos un ejemplo de señal de voz . Es un tipo de señal de audio.

La señal de voz tiene frecuencias de banda base más bajas del rango de 0,3 a 3,4 kHz. Si dos personas quieren comunicarse en el mismo canal, las frecuencias de banda base interferirán. Esto se debe a que las frecuencias más bajas no pueden permitir dos frecuencias de banda base en el mismo canal. Por lo tanto, se utiliza una portadora de alta frecuencia de hasta 8 kHz con la señal de voz. Aumenta el rango de frecuencia de la señal de voz. Permite que dos personas se comuniquen en el mismo canal sin ninguna interferencia.

Necesidad de modulación

Un sistema de comunicación envía los datos del transmisor al receptor. Los datos se procesan y viajan más de cientos de millas antes de llegar al receptor. El ruido durante la transmisión puede afectar la forma de la señal de comunicación. Además, confunde la información recibida al reducir la frecuencia y la intensidad de la señal. Se requiere un proceso que aumente la frecuencia y la intensidad de la señal. El proceso de comunicación se conoce como modulación .

Es fundamental transmitir una señal de un lugar a otro en la comunicación. Aquí, una señal original se reemplaza por la nueva, aumentando su frecuencia de f1 - f2 a f1' - f2'. Está presente en forma recuperable en el extremo receptor. El requisito de Modulación se basa en los siguientes factores:

  1. Multiplexación de frecuencia
  2. Antenas
  3. bandas estrechas
  4. Procesamiento común

Multiplexación de frecuencia

La multiplexación se refiere a traducir múltiples señales en el mismo canal. Supongamos que tenemos tres señales para transmitir a lo largo de un único canal de comunicación sin afectar la calidad de la señal ni los datos. Significa que las señales deben ser distinguibles y recuperables en el extremo receptor. Se puede hacer traduciendo las tres señales a diferentes frecuencias. Evita que las múltiples señales se crucen.

Sea el rango de frecuencia de tres señales -f1 a f1, -f2 a f2 y -f3 a f3. Las señales están separadas por una guarda entre ellas, como se muestra a continuación:

Modulación de amplitud (AM)

Si las frecuencias seleccionadas de estas señales no se superponen, se pueden recuperar fácilmente en el extremo receptor utilizando filtros de paso de banda adecuados.

Antenas

Las antenas transmiten y reciben señales en el espacio libre. La longitud de la antena se selecciona según la longitud de onda de la señal transmitida.

banda estrecha

La señal se transmite en el espacio libre mediante una antena. Supongamos que el rango de frecuencia es de 50 a 104Hz. La relación entre la frecuencia más alta y la más baja será 104/50 o 200. La longitud de la antena en esta relación será demasiado larga en un extremo y demasiado corta en el otro. No es apto para transmisión. Por lo tanto, la señal de audio se traduce al rango (106+ 50) a (106+ 104). La relación ahora rondará el 1,01. Es conocido como banda estrecha .

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Por tanto, el proceso de traducción se puede cambiar a banda estrecha o banda ancha según los requisitos.

Procesamiento común

A veces necesitamos procesar el rango de frecuencia espectral de diferentes señales. Si hay una gran cantidad de señales, es mejor operar en algún rango de frecuencia fijo en lugar de procesar el rango de frecuencia de cada señal.

Por ejemplo,

Receptor superheteroino

Aquí, un bloque de procesamiento común se sintoniza a una frecuencia diferente mediante el uso de un oscilador local.

Tipos de modulación de amplitud

Los tipos de modulación están designados por el ESO (Unión Internacional de Telecomunicaciones). Existen tres tipos de Modulación de Amplitud, que son los siguientes:

  • Modulación de banda lateral única
  • Modulación de doble banda lateral
  • Modulación de banda lateral vestigial

El nombre original de AM era DSBAM (Modulación de amplitud de banda lateral doble) porque las bandas laterales pueden aparecer a ambos lados de la frecuencia portadora.

Modulación de banda lateral única (SSB)

SSB AM es el método estándar para producir bandas laterales en un solo lado de la frecuencia portadora. La modulación de amplitud puede producir bandas laterales en ambos lados de la frecuencia portadora. En SSB, utiliza filtros de paso de banda para descartar una banda lateral. El proceso de modulación SSB mejora la utilización del ancho de banda y la potencia de transmisión total del medio de transmisión.

Modulación de portadora suprimida de doble banda lateral (DSB-SCB)

Doble significa dos bandas laterales. Las frecuencias producidas por AM en DSB son simétricas con respecto a la frecuencia portadora. El OSD se clasifica además como OSD-SC y OSD-C . La modulación DSB-SC (Double Sideband Suppress Carrier) no contiene ninguna banda portadora, por lo que su eficiencia también es máxima en comparación con otros tipos de modulación. La parte portadora del DSB-SC se retira del componente de salida. El DSB-C (Doble Banda Lateral con Portadora) está formado por la onda portadora. La salida producida por el DSB-C tiene una portadora en combinación con el mensaje y el componente de portadora.

Modulación de banda lateral vestigial (VSB)

Parte de la información es SSB y es posible que se pierda DSB. Por tanto, VSB se utiliza para superar los inconvenientes de estos dos tipos de AM. Vestigio significa una sección de la señal. En VSB, se modula una sección de la señal.

Discutiremos los tres tipos de AM en detalle más adelante en el tutorial.

Historia de la modulación de amplitud

  • En 1831, el científico inglés Michael Faraday descubrió el electromagnético.
  • En 1873, el matemático y científico James C. Maxwell describió la propagación de las ondas electromagnéticas.
  • En 1875, Graham Bell descubrió el teléfono.
  • En 1887, el físico alemán H. Hertz descubrió la existencia de ondas de radio.
  • En 1901, un ingeniero canadiense llamado R Fessenden tradujo la primera señal modulada en amplitud.
  • R Fessenden lo descubrió utilizando el transmisor de chispas, que transmite la señal con la ayuda de una chispa eléctrica.
  • La implementación práctica de la AM se inició entre 1900 y 1920 mediante transmisión radiotelefónica. Era una comunicación mediante la señal de audio o de voz.
  • El primer transmisor continuo de Am se desarrolló alrededor de 1906-1910.
  • En 1915, un teórico estadounidense J R Carson inició el análisis matemático de la Modulación de Amplitud. Demostró que una sola banda es suficiente para la transmisión de la señal de audio.
  • El 1 de diciembre de 1915, J R Carson patentó el SSB Modulación (banda lateral única).
  • La transmisión de radio AM se hizo popular después de la invención del tubo de vacío alrededor de 1920.

Traducción de frecuencia de modulación de amplitud

Una señal se transmite multiplicándola por una señal sinusoidal auxiliar. Está dado por:

Vm(t) = Ametrocosωmetrot

Vm(t) = Ametrocos2πfmetrot

Dónde,

Am es la constante de amplitud

Fm es la frecuencia de modulación.

Fm = ωmetro/2p

El patrón espectral será un patrón de amplitud de doble cara. Consta de dos líneas cada una de amplitud Am/2, como se muestra a continuación:

Modulación de amplitud (AM)

Se encuentra en el rango de frecuencia de f = fm a f = -fm.

Sea la señal sinusoidal auxiliar Vc(t).

Vc(t) = ACcosωCt

Multiplicando el doble patrón espectral por la señal auxiliar obtenemos:

Vm(t). Vc(t) = Ametrocosωmetrot x ACcosωCt

Vm(t). Vc(t) = AmetroACcosωmetrot cosωCt

Ahora hay cuatro componentes espectrales, como se muestra arriba.

Esto significa que el patrón espectral ahora tiene dos formas de onda sinusoidales de frecuencia Fc + Fm y Fc - Fm. La amplitud antes de la multiplicación era Am/2. Pero los componentes después de la multiplicación tienen aumentos de dos a cuatro.

La amplitud ahora será:

AmAc/4

1 componente sinusoidal = 2 componentes espectrales

Así, la amplitud de cada componente sinusoidal será:

AmAc/2

El patrón espectral después de la multiplicación se traduce en direcciones de frecuencia tanto positivas como negativas. Si se multiplica la ganancia de estos cuatro patrones espectrales, el resultado será 6 componentes espectrales en forma de ocho formas de onda sinusoidales.

Índice de modulación

El índice de modulación se define como la relación entre el valor máximo de la señal del mensaje y la señal portadora.

Está dado por:

Índice de modulación = M/A

Dónde,

M es la amplitud de la señal del mensaje.

A es la amplitud de la señal portadora.

O

Índice de modulación = Am/Ac

Eficiencia de AM

La eficiencia de la modulación de amplitud se define como la relación entre la potencia de banda lateral y la potencia total.

Eficiencia = Ps/Pt

La potencia total es la suma de la potencia de la banda lateral y la potencia de la portadora.

Pt = Ps + Pc

Así, también podemos definir la eficiencia como:

Eficiencia = Sal/ Sal + Pc

La señal Am en el dominio de la frecuencia se puede representar como:

S(t) = AC[1 + km(t)] cosωCt

Dónde,

m(t) es la señal de banda base

k es la sensibilidad de amplitud

s(t) conserva la señal de banda base en su envolvente

actor govinda

s(t) = ACcosωCt+ACkm(t)cosωCt

El primer término es el término de la portadora y el segundo término es el término de la banda lateral.

El poder se puede representar como:

Para término de portadora, Potencia =AC2/2

Para término de banda lateral, Potencia =AC2k2/2 x pm

Pm es la potencia media de la señal del mensaje presente en el término de banda lateral.

Eficiencia = AC2k2Pm/2 /( AC2k2Pm/2 + AC2/2)

ejemplo de poda alfa beta

Eficiencia= k2pm/1+k2Pm

Es la expresión común utilizada para encontrar la eficiencia energética de la Modulación de Amplitud.

Dado que no hay portadora en la modulación de portadora con supresión de banda lateral doble, su eficiencia es del 50%. La eficiencia de una señal modulada de un solo tono en el caso de la forma de onda sinusoidal es de alrededor del 33%. La eficiencia máxima del 100 % se puede lograr utilizando el SSBSC (portador de supresión de modulación de un solo lado).

Ventajas

Las ventajas de la Modulación de Amplitud son las siguientes:

  • La modulación de amplitud ayuda a que la señal viaje largas distancias variando la amplitud de la señal del mensaje.
  • Los componentes utilizados en los receptores y transmisores de AM tienen un bajo costo.
  • Las señales AM son fáciles de modular y demodular.
  • La señal modulada tiene una frecuencia más baja que la señal de las portadoras.
  • El proceso de implementación de la Modulación de Amplitud es sencillo.
  • El canal de comunicación utilizado para la transmisión puede ser un canal cableado o un canal inalámbrico. Conecta el transmisor al receptor. También transporta información del transmisor al receptor.

Desventajas

AM es una modulación muy utilizada a pesar de sus diversas desventajas. Las desventajas de la Modulación de Amplitud son las siguientes:

  • Es más susceptible al ruido debido a la presencia de detectores AM. Afecta la calidad de la señal que llega al receptor.
  • Tiene bandas laterales a ambos lados de la frecuencia portadora. La potencia en las dobles bandas laterales no se aprovecha al 100%. La potencia transportada por las ondas AM ronda el 33%. Esto significa que se desperdicia más de la mitad de la potencia del doble lado.
  • AM requiere un gran ancho de banda, es decir, el doble que la frecuencia de audio.

Aplicaciones de la modulación de amplitud

Las aplicaciones de la Modulación de Amplitud son las siguientes:

    Radiodifusión
    La modulación de amplitud aumenta la frecuencia de la señal del mensaje debido a la presencia de una señal portadora de alta frecuencia. Por lo tanto, se utiliza ampliamente en radiodifusión debido a esta ventaja.radios de banda
    La modulación de amplitud se utiliza en radios portátiles de dos vías y radios de banda para una comunicación efectiva.

Ejemplos numéricos

Analicemos un ejemplo basado en la modulación de amplitud.

Ejemplo: Encuentre la potencia total de la señal modulada en amplitud con una potencia portadora de 400 W y un índice de modulación de 0,8.

Solución : La fórmula para calcular la potencia total de la señal modulada en amplitud viene dada por:

Pt = Pc (1 + m2/2)

Dónde,

Pt es la potencia total

Pc es la potencia del portador

M es la señal modulada

Punto = 400 (1 + (0,8)2/2)

Punto = 400 (1 + 0,64/2)

Punto = 400 (1 + 0,32)

Punto = 400 (1,32)

Punto = 528 vatios

Por tanto, la potencia total de la señal modulada en amplitud es de 528 vatios.

Ejemplo 2: ¿Cuál es la máxima eficiencia de la señal de modulación de tono único?

Solución : La eficiencia máxima de la señal de modulación de tono único es del 33%.

La eficiencia viene dada por la fórmula:
Eficiencia = u2/(2 + u2)

En máxima eficiencia, u = 1

Eficiencia = 12/(2 + 12)

Eficiencia = 1/3

% de eficiencia = 1/3 x 100

% de eficiencia = 100/3

% de eficiencia = 33,33