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Modulación de frecuencia, índice de modulación FM y relación de desviación

 Modulación de frecuencia, índice de modulación FM y relación de desviación


Dos parámetros clave de cualquier señal de frecuencia modulada son el índice de modulación y la relación de desviación. Se utilizan ampliamente cuando se analizan señales de frecuencia modulada y sus características.

Estos dos parámetros describen algunas de las características básicas de una determinada señal de FM: el índice de modulación proporciona una medida de cuál es efectivamente el nivel de modulación y la relación de desviación, una medida de la desviación relativa a la frecuencia de modulación.

Estas dos cifras son clave a la hora de planificar y diseñar sistemas de comunicaciones por radio y transmisores de radiodifusión, etc., definen algunos de los parámetros básicos de la señal modulada en frecuencia, impactando los niveles de banda lateral y el ancho de banda requerido para la señal.

Es importante para todo, desde grandes transmisores de transmisión de FM hasta pequeñas radios de dos vías o walkie talkies.

Índice de modulación de frecuencia

El índice de modulación de frecuencia es el equivalente al índice de modulación de AM, pero obviamente está relacionado con FM. En vista de las diferencias entre las dos formas de modulación, el índice de modulación de FM se mide de forma diferente.

El índice de modulación de FM es igual a la relación entre la desviación de frecuencia y la frecuencia de modulación.

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De la fórmula y definición del índice de modulación se desprende que no existe un término que incluya la frecuencia portadora y esto significa que es totalmente independiente de la frecuencia portadora.

Para dar un ejemplo del índice de modulación de FM, tome el ejemplo donde una señal tiene una desviación de ± 5kHz, y la frecuencia de modulación es 1kHz, entonces el índice de modulación para este caso particular es 5/1 = 5.

De manera similar, si la desviación es ± 10 kHz y la frecuencia de modulación es s kHz, entonces esto también tiene una relación de desviación de 5.

Como el audio normal tiene una variedad de frecuencias diferentes contenidas en el sonido de audio, la relación de desviación se calcula normalmente utilizando la frecuencia de audio máxima y la desviación máxima. Esta cifra se utilizará luego para determinar el ancho de banda y otras características de la señal.

Relación de desviación de FM

Uno de los problemas con el índice de modulación es que variará de acuerdo con los valores instantáneos de desviación y frecuencia de modulación.

En transmisiones de audio típicas, variarán tanto la desviación de frecuencia como la frecuencia de modulación. La desviación de frecuencia variará según el nivel del audio en ese momento. Además, la frecuencia de modulación variará ya que el audio normal consta de una variedad de frecuencias, que varían para dar voz o música, etc.

Para muchas aplicaciones, es más útil tener una cifra para los valores máximos permitidos.

Por consiguiente, la relación de desviación de FM se puede definir como: la relación entre la desviación máxima de la frecuencia portadora y la frecuencia de modulación de audio más alta.

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Un ejemplo común de la relación de desviación de FM se puede ver tomando las cifras de una estación de transmisión de FM típica. En estas estaciones, la desviación máxima de frecuencia es de ± 75 kHz y la frecuencia de audio máxima para la modulación es de 15 kHz.

Usando la fórmula anterior, esto significa que la relación de desviación es 75/15 = 5.

Índice de modulación y ancho de banda FM.

La modulación de frecuencia se utiliza en una variedad de aplicaciones. Se utilizan diferentes niveles de desviación en diferentes aplicaciones. Para las transmisiones de radiodifusión FM el objetivo es poder transmitir audio de alta calidad y para lograr esto se utilizan altos niveles de desviación y el ancho de banda es amplio. Para propósitos de comunicaciones, la calidad no es el problema, pero el ancho de banda es más importante. En consecuencia, los niveles de desviación son menores y el ancho de banda es mucho menor.

El ancho de banda de la señal de FM es particularmente importante porque debe ser lo suficientemente amplio para transportar la información correctamente, sin ocupar demasiado espectro. Si el ancho de banda es demasiado amplio, puede extenderse fuera del canal requerido y causar interferencia con otros usuarios en otros canales.

A medida que aumenta el uso del espectro a medida que aumentan las aplicaciones de radio general e inalámbricas (desde comunicaciones inalámbricas de corto alcance hasta comunicaciones de radio bidireccionales tradicionales, enlaces de datos y muchas más), la necesidad de administrar el espectro de frecuencias y garantizar que las transmisiones se ajusten a los anchos de banda asignados. se vuelve más importante.

Hay dos clasificaciones principales para las señales de frecuencia modulada y estas pueden estar relacionadas con el índice de modulación y la relación de desviación.

  • FM de banda ancha: La FM de banda ancha se utiliza normalmente para señales en las que el índice de modulación de FM está por encima de 0,5. Para estas señales, las bandas laterales más allá de los dos primeros términos no son insignificantes. Las estaciones de radiodifusión FM utilizan FM de banda ancha que les permite transmitir audio de alta calidad, así como otras instalaciones como estéreo y otras instalaciones como RDS, etc.

    El amplio ancho de banda de FM de banda ancha permite realizar transmisiones de alta calidad, combinando una amplia respuesta de frecuencia con bajos niveles de ruido. Una vez que la señal es lo suficientemente fuerte, la relación señal de audio a ruido es muy buena.

    A veces, los sintonizadores de FM de alta fidelidad pueden utilizar un filtro de banda ancha para señales fuertes a fin de garantizar una fidelidad y un rendimiento óptimos. Aquí, el efecto de silenciamiento de la señal fuerte permitirá la recepción de banda ancha y el ancho de banda de audio completo. Para las señales de menor intensidad, pueden cambiar a un filtro más estrecho para reducir el nivel de ruido, aunque esto dará como resultado que se reduzca el ancho de banda de audio. Sin embargo, en general, el ancho de banda más estrecho dará un sonido más agradable cuando la señal recibida sea baja.

  • FM de banda estrecha: FM de banda estrecha, NBFM, se utiliza para señales en las que la desviación es lo suficientemente pequeña como para que los términos de la función de Bessel sean pequeños y las bandas laterales principales sean las que aparecen a ± frecuencia de modulación. Las bandas laterales más alejadas son insignificantes.

    Para NBFM, el índice de modulación de FM debe ser inferior a 0,5, aunque a menudo se utiliza una cifra de 0,2. Para NBFM, el ancho de banda de audio o datos es pequeño, pero esto es aceptable para este tipo de comunicación.

    La FM de banda estrecha se utiliza ampliamente para comunicaciones por radio bidireccionales. Aunque las tecnologías digitales están tomando el relevo, NBFM todavía se utiliza ampliamente y es muy eficaz. Muchas radios de dos vías o walkie talkies usan NBFM, especialmente aquellas que cumplen con los estándares libres de licencia como los sistemas de comunicaciones por radio PMR446 y FRS.

    NBFM es ideal para los sistemas de comunicación por radio de bajo costo, especialmente aquellos que utilizan pequeños walkie talkies porque se puede implementar con un mínimo de circuitos, la mayoría de los cuales son de bajo costo. Aunque la tecnología digital se está volviendo mucho más barata, la FM de banda estrecha sigue siendo muy rentable.

    Estos pequeños walkie talkies u otros receptores transmisores que proporcionan comunicaciones por radio, normalmente tienen un ancho de banda de audio limitado. Esto es normal para los sistemas de comunicación por radio porque no se necesita alta fidelidad; se necesita la máxima inteligibilidad junto con un ancho de banda de RF limitado. El ancho de banda de audio limitado ayuda a reducir el índice de modulación y, por lo tanto, el ancho de banda ocupado por la transmisión.

A menudo, la distinción entre FM de banda estrecha y FM de banda ancha en términos del índice de modulación es algo arbitraria. Sin embargo, la mayoría de las señales de FM son de banda ancha para alta fidelidad o de banda estrecha para comunicaciones de radio donde las restricciones de ancho de banda son importantes. Normalmente hay poco en el medio.

El índice de modulación y la relación de desviación tienen lugares importantes dentro del diseño de sistemas de radiodifusión y comunicación. Las cifras definen el nivel de modulación y, por tanto, muchas de las propiedades de la señal de frecuencia modulada. En consecuencia, son importantes cuando se usa FM.

Ver el vídeo: Modulación FM Frecuencia Modulada en Excel (Octubre 2020).