Comunicación analógica: moduladores de FM
En este capítulo, analicemos los moduladores que generan ondas NBFM y WBFM. Primero, hablemos sobre la generación de NBFM.
Generación de NBFM
Sabemos que la ecuación estándar de la onda FM es
$$ s \ left (t \ right) = A_c \ cos \ left (2 \ pi f_ct + 2 \ pi k_f \ int m \ left (t \ right) dt \ right) $$
$ \ Rightarrow s \ left (t \ right) = A_c \ cos \ left (2 \ pi f_ct \ right) \ cos \ left (2 \ pi k_f \ int m \ left (t \ right) dt \ right) - $
$ A_c \ sin \ left (2 \ pi f_ct \ right) \ sin \ left (2 \ pi k_f \ int m \ left (t \ right) dt \ right) $
Para NBFM,
$$ \ left | 2 \ pi k_f \ int m \ left (t \ right) dt \ right | <<1 $$
Sabemos que $ \ cos \ theta \ approx 1 $ y $ \ sin \ theta \ approx 1 $ cuando $ \ theta $ es muy pequeño.
Al usar las relaciones anteriores, obtendremos el NBFM equation como
$$ s \ left (t \ right) = A_c \ cos \ left (2 \ pi f_ct \ right) -A_c \ sin \ left (2 \ pi f_ct \ right) 2 \ pi k_f \ int m \ left (t \ derecha) dt $$
El diagrama de bloques del modulador NBFM se muestra en la siguiente figura.
Aquí, el integrador se usa para integrar la señal moduladora $ m \ left (t \ right) $. La señal portadora $ A_c \ cos \ left (2 \ pi f_ct \ right) $ es la fase desplazada por $ -90 ^ 0 $ para obtener $ A_c \ sin \ left (2 \ pi f_ct \ right) $ con la ayuda de $ -90 ^ 0 $ cambiador de fase. El modulador de producto tiene dos entradas $ \ int m \ left (t \ right) dt $ y $ A_c \ sin \ left (2 \ pi f_ct \ right) $. Produce una salida, que es el producto de estas dos entradas.
Esto se multiplica aún más por $ 2 \ pi k_f $ colocando un bloque $ 2 \ pi k_f $ en la ruta de avance. El bloque de verano tiene dos entradas, que no son más que los dos términos de la ecuación NBFM. Se asignan signos positivos y negativos para la señal portadora y el otro término en la entrada del bloque de verano. Finalmente, el bloque de verano produce la onda NBFM.
Generación de WBFM
Los dos métodos siguientes generan ondas WBFM.
- Método directo
- Método indirecto
Método directo
Este método se denomina Método directo porque estamos generando una onda FM de banda ancha directamente. En este método, el oscilador controlado por voltaje (VCO) se utiliza para generar WBFM. VCO produce una señal de salida, cuya frecuencia es proporcional al voltaje de la señal de entrada. Esto es similar a la definición de onda FM. El diagrama de bloques de la generación de onda WBFM se muestra en la siguiente figura.
Aquí, la señal de modulación $ m \ left (t \ right) $ se aplica como una entrada del oscilador controlado por voltaje (VCO). VCO produce una salida, que no es más que WBFM.
$$ f_i \: \ alpha \: m \ left (t \ right) $$
$$ \ Rightarrow f_i = f_c + k_fm \ left (t \ right) $$
Dónde,
$ f_i $ es la frecuencia instantánea de la onda WBFM.
Método indirecto
Este método se denomina Método indirecto porque estamos generando una onda FM de banda ancha indirectamente. Esto significa que primero generaremos una onda NBFM y luego con la ayuda de multiplicadores de frecuencia obtendremos una onda WBFM. El diagrama de bloques de generación de onda WBFM se muestra en la siguiente figura.
Este diagrama de bloques contiene principalmente dos etapas. En la primera etapa, la onda NBFM se generará utilizando el modulador NBFM. Hemos visto el diagrama de bloques del modulador NBFM al comienzo de este capítulo. Sabemos que el índice de modulación de la onda NBFM es menor que uno. Por lo tanto, para obtener el índice de modulación requerido (mayor que uno) de la onda FM, elija correctamente el valor del multiplicador de frecuencia.
Frequency multiplieres un dispositivo no lineal, que produce una señal de salida cuya frecuencia es 'n' veces la frecuencia de la señal de entrada. Donde, 'n' es el factor de multiplicación.
Si se aplica una onda NBFM cuyo índice de modulación $ \ beta $ es menor que 1 como entrada del multiplicador de frecuencia, entonces el multiplicador de frecuencia produce una señal de salida, cuyo índice de modulación es 'n' veces $ \ beta $ y la frecuencia también 'n 'veces la frecuencia de la onda WBFM.
A veces, es posible que necesitemos múltiples etapas de multiplicadores y mezcladores de frecuencia para aumentar la desviación de frecuencia y el índice de modulación de la onda FM.