Señales moduladas y demoduladas
Estás en un bus por la carretera a Santa Tecla y tu celular reproduce una emisora FM. La voz del locutor es una onda de audio de unos pocos kHz, pero la antena de la emisora transmite a casi 100 MHz. ¿Cómo viaja la voz «montada» en esa onda tan rápida, y cómo la separa tu celular al llegar? De eso trata esta página.
Por qué hay que modular
El sonido de una voz tiene frecuencias de unos cientos de hertz hasta unos 3 kHz o 4 kHz. Si se enviara así, directamente, como onda electromagnética, necesitaría antenas de kilómetros de longitud y todas las emisoras se mezclarían en la misma zona del espectro.
La solución es usar una onda de frecuencia mucho más alta, que viaja bien por el aire y se transmite con antenas de tamaño razonable, y «cargarle» la información encima.
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Señal portadora: onda senoidal de frecuencia alta y constante. Es el «camión» que transporta.
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Señal moduladora (o información): la señal de audio o de datos. Es la «carga».
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Señal modulada: el resultado, que es la que sale por la antena.
Cada emisora recibe su propia frecuencia de portadora; por eso podés sintonizar una y no otra.
Definí qué es la modulación en una radiocomunicación e indicá cuáles son las dos señales que intervienen: la señal portadora y la señal moduladora (o información).
Definí qué es la modulación en una radiocomunicación e indicá cuáles son las dos señales que intervienen: la señal portadora y la señal moduladora (o información).
AM y FM
Una onda senoidal tiene tres características que se pueden cambiar: amplitud, frecuencia y fase. Los dos sistemas clásicos de radio modifican las dos primeras.
Así se ve en una gráfica de voltaje contra tiempo:
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En AM, el contorno de la señal (la envolvente) tiene la forma de la información; las crestas están igualmente espaciadas.
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En FM, la altura de las ondas es siempre la misma, pero se ven más juntas cuando la moduladora es positiva (frecuencia mayor) y más separadas cuando es negativa (frecuencia menor).
La FM es menos sensible al ruido: las interferencias y tormentas eléctricas alteran sobre todo la amplitud de la onda, y como en FM la información va en la frecuencia, el receptor puede ignorar esas variaciones de amplitud. Por eso la música se oye con más calidad en FM; la AM, en cambio, alcanza distancias mayores y es más sencilla.
Explicá en qué se diferencian la modulación en amplitud (AM) y la modulación en frecuencia (FM). Indicá qué característica de la onda portadora cambia en cada caso.
Explicá en qué se diferencian la modulación en amplitud (AM) y la modulación en frecuencia (FM). Indicá qué característica de la onda portadora cambia en cada caso.
Una gráfica muestra una onda portadora senoidal cuya amplitud crece y decrece siguiendo la forma de una señal de voz, mientras que el espaciado entre sus crestas se…
Una gráfica muestra una onda portadora senoidal cuya amplitud crece y decrece siguiendo la forma de una señal de voz, mientras que el espaciado entre sus crestas se mantiene constante. Identificá qué tipo de modulación representa, justificá tu respuesta y explicá qué parte de la gráfica corresponde a la información transmitida.
En una gráfica de amplitud contra tiempo, una señal portadora tiene amplitud constante, pero sus ondas se ven más juntas cuando la señal moduladora es positiva y más…
En una gráfica de amplitud contra tiempo, una señal portadora tiene amplitud constante, pero sus ondas se ven más juntas cuando la señal moduladora es positiva y más separadas cuando es negativa. Explicá qué tipo de modulación es, qué magnitud de la portadora varía y por qué este tipo de modulación suele ser menos sensible al ruido que la AM.
Leer una gráfica modulada
Para interpretar una señal modulada, preguntate dos cosas:
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¿La altura de las crestas es constante? Si cambia, es AM; la información está en la envolvente.
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¿El espaciado entre crestas es constante? Si cambia, es FM; la información está en la variación de la frecuencia.
Además, la portadora es mucho más rápida que la información. Eso se puede cuantificar.
Una portadora de $800\ \text{kHz}$ se modula en AM con una señal de audio de $2\ \text{kHz}$. Indicá la frecuencia de la portadora, la de la información, y cuántos…
Una portadora de $800\ \text{kHz}$ se modula en AM con una señal de audio de $2\ \text{kHz}$. Indicá la frecuencia de la portadora, la de la información, y cuántos ciclos completos de la portadora caben en un ciclo de la señal de audio. Explicá qué te dice ese resultado sobre la forma de la gráfica modulada.
Índice de modulación
En AM, ¿cuánto «sube y baja» la amplitud? Se mide con los valores máximo y mínimo de la envolvente, $V_{max}$ y $V_{min}$.
¿Por qué? La envolvente oscila alrededor de $A_c$, y $V_{max}$ y $V_{min}$ están a la misma distancia de ella: sumarlos y dividir entre dos da el centro, y su diferencia mide cuánto se aleja la envolvente.
¿Y si $m > 1$? Es la sobremodulación: la envolvente «quiere» bajar de cero, pero la amplitud no puede ser negativa; la portadora se corta y se invierte la fase. Al demodular, el audio sale distorsionado, con partes cortadas. Se corrige bajando el volumen de la señal moduladora (su amplitud) hasta que $m \le 1$.
Un técnico de una radio de Santa Tecla observa en un osciloscopio una señal AM cuya envolvente tiene un valor máximo de $8\ \text{V}$ y un valor mínimo de $2\ \text{V}$.…
Un técnico de una radio de Santa Tecla observa en un osciloscopio una señal AM cuya envolvente tiene un valor máximo de $8\ \text{V}$ y un valor mínimo de $2\ \text{V}$. Calculá la amplitud de la portadora sin modular, $A_c = \dfrac{V_{max}+V_{min}}{2}$, y el índice de modulación $m = \dfrac{V_{max}-V_{min}}{V_{max}+V_{min}}$. Luego analizá qué ocurriría con la calidad de la señal recuperada si $m$ fuera mayor que 1.
Demodulación
La señal que llega a tu radio ha viajado por el aire y la antena capta muchas emisoras a la vez. El receptor hace dos cosas:
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Sintoniza: con un circuito resonante selecciona solo la portadora de la emisora que elegiste y descarta las demás.
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Demodula: extrae de la señal modulada la información original, eliminando la portadora, que ya cumplió su trabajo.
En AM, el circuito más sencillo es el detector de envolvente: un diodo deja pasar solo las partes positivas de la señal, y un condensador con una resistencia suaviza esos picos hasta seguir el contorno, que es el audio. Luego la bocina o los audífonos lo convierten en sonido. En FM el receptor convierte las variaciones de frecuencia en variaciones de voltaje.
¿Qué es la demodulación y en qué parte del sistema de comunicación se realiza? Respondé en dos o tres líneas.
¿Qué es la demodulación y en qué parte del sistema de comunicación se realiza? Respondé en dos o tres líneas.
Diagnosticar una señal distorsionada
Cuando el audio demodulado sale mal, se compara la gráfica de la señal modulada con la de la demodulada.
| Causa | Qué se ve en la modulada | Qué se ve en la demodulada | Corrección |
|---|---|---|---|
| Sobremodulación ($m>1$) | La envolvente toca cero y la portadora se interrumpe o invierte | Audio con la parte inferior cortada o recortada | Reducir la amplitud de la señal moduladora hasta $m\le 1$ |
| Sintonía incorrecta | Portadora débil, o dos portadoras mezcladas | Audio con ruido, otra voz de fondo o silbidos | Reajustar la sintonía a la frecuencia exacta de la emisora |
| Ruido o señal débil | Envolvente con pequeñas irregularidades | Audio con estática | Mejorar la antena, acercarse al transmisor o usar FM |
Un estudiante recibe una señal AM y, al demodularla con un detector de envolvente, obtiene una señal de audio muy distorsionada con cortes en la parte inferior. Analizá…
Un estudiante recibe una señal AM y, al demodularla con un detector de envolvente, obtiene una señal de audio muy distorsionada con cortes en la parte inferior. Analizá al menos dos posibles causas (por ejemplo, sobremodulación o sintonía incorrecta), explicá cómo identificarías cada una observando las gráficas de la señal modulada y de la señal demodulada, y proponé una corrección para cada causa.
Volvé al principio: la voz del locutor viaja «montada» en una portadora de unos 100 MHz, cuyo valor cambia (amplitud en AM, frecuencia en FM) siguiendo el audio. Tu celular sintoniza esa portadora y la demodula para recuperar el sonido.
Resumen
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Modular es variar una característica de la portadora (alta frecuencia) según la moduladora (información).
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AM cambia la amplitud; FM cambia la frecuencia. FM es menos sensible al ruido.
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En una gráfica: envolvente variable → AM; crestas con espaciado variable y altura constante → FM.
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$A_c=\dfrac{V_{max}+V_{min}}{2}$ y $m=\dfrac{V_{max}-V_{min}}{V_{max}+V_{min}}$; si $m>1$ hay sobremodulación y distorsión.
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Demodular es recuperar la información en el receptor, después de sintonizar la portadora.