Indice:
1.-Radio FM, ¿qué es?
2.- Vídeo Práctica: Emisión y recepción en radio FM.
3.- Radio FM, lo que también debes saber.
4.- Conclusión.
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1.- Radio FM, ¿qué es?
Un receptor de radio FM o Frecuencia Modulada es un equipo electrónico que permite sintonizar canales de radiofrecuencia (RF) para posteriormente obtener la información contenida en los mismos (proceso de demodulación¹). El sonido o señal moduladora¹, hace que varíe en frecuencia una señal llamada portadora¹, a esta señal portadora que varía en frecuencia al son de la señal moduladora, se le llama señal modulada¹ y es la que se transmite y recibe por la antena.
Se puede observar en la figura 1 las diferencias entre una señal Modulada en Amplitud (AM) y otra Modulada en Frecuencia (FM), en esta última la amplitud de la portadora se mantiene constante y lo que varía es su frecuencia (ensanchamiento y estrechamiento de la onda).
Al aumentar la amplitud (volumen) de la señal moduladora (sonido), aumenta la frecuencia de la señal portadora. Como la información transmitida (sonido) no depende de la amplitud de la portadora hace que este tipo de modulación sea inmune al ruido electromagnético.
En la figura 2 podemos ver el ancho de banda de tres canales en una emisión de FM comercial¹. La portadora está centrada en el dial de la emisora correspondiente, aumentado y disminuyendo su frecuencia 75 KHz respecto a la frecuencia central 91,9 MHz.
Se dejan 25 KHz a ambos lados de la banda como guarda para no invadir el canal adyacente.
2.- Vídeo Práctica: Emisión y recepción en radio FM
VideoPráctica en la que se utilizan dos emisores de FM: un generador de RF PROMAX AM/FM -213B y un emisor portátil Belkin Tune Cast 3. La señal es captada por un receptor de FM doméstico y un dispositivo de Radio Definida por Software (SDR) conectado al ordenador que nos permite analizar con precisión el espectro de la señal modulada en FM
Mediante un medidor de campo TELEVES H45 se completa el estudio de la señal emitida.
En el siguiente enlace se puede descargar la Ficha de Prácticas que utilizan mis alumnos de Formación Profesional de la rama de Telecomunicaciones.
Enlace a Práctica “ Modulación en Frecuencia (FM) «.
3.- Radio FM, lo que también debes saber.
El esquema de bloques básico de una radio FM dependerá de si es tipo homodino o superheterodino, estas estructuras se explicaron en este artículo : Receptor AM
Todo lo explicado en el artículo anterior es aplicable a la radio FM con la salvedad de que el funcionamiento del detector es distinto, pues se debe obtener la información de los cambios de frecuencia de la portadora y no de los cambios de amplitud como en AM.
Si quieres profundizar un poco más, en el siguiente vídeo (minuto 5′ 17″), utilizo un medidor de espectro basado en un dispositivo SDR muy económico para analizar la señal modulada en FM emitida por un micrófono inalámbrico profesional.
La modulación en FM tiene el inconveniente frente a la de AM de que consume mucho ancho de banda en su transmisión. Como podemos observar en la siguiente figura si la moduladora es una onda senoidal de frecuencia fm y la portadora tiene la frecuencia fc , aparecen infinitas portadoras a ambos lados de la principal ( fc ), cuyo valor de tensión va en decremento conforme se alejan. Estas portadoras serán bandas laterales en el caso de que la moduladora sea un banda de frecuencia, que será lo habitual.
La amplitud de las portadoras Jn(x) depende del índice de modulación1 aplicado y puede conocerse en base a las funciones de Bessel (fig. 4). Por ejemplo la curva correspondiente a J0 representa como varía la amplitud de la portadora central con el índice de modulación. Podemos observar como los dos primeros nulos los tiene para los índices de modulación de 2,4 y 5,5.
Debido a que las bandas laterales que aparecen son infinitas, se pone un límite a este ancho de banda aplicando la regla de CARSON :
B = 2 (Δf + fm)
B: ancho de banda
Δf: desviación máxima de frecuencia de la portadora
fm: frecuencia máxima de la moduladora
Como ejemplo, para un canal de FM comercial B= 2(75 khz + 15 khz) = 180 khz. Esto sería para transmitir un 98 % de la potencia generada en la modulación, prácticamente en FM comercial se prefiere limitar el ancho de banda un poco, a 150 khz, para así dejar unas bandas de guarda un poco mayores entre canales, de 25 khz.
En la fig. 5 se exponen todos los parámetros que intervienen en la formulación de la ecuación de la onda modulada en FM.
En España, en torno al año 2000 se apostó por la emisión de radio digital DAB¹, pero no se ha conseguido implantar masivamente, actualmente son pocas las comunidades autónomas que están emitiendo en DAB.
El problema es que los receptores de radio digital no han bajado de precio frente a los de FM analógica; un receptor DAB portátil cuesta en torno a 50 euros, lo que ha llevado a que el consumidor se siga decantando por la radio FM analógica. En España tampoco se ha establecido fecha de apagón para la radio FM, por lo que seguirá estando presente durante bastantes años más.
Glosario
Banda de FM Comercial: es la denominada banda II ( de VHF), cubre desde 87,5 a 108 MHz y es utilizada para emisoras de radio FM analógica.
Señal moduladora: Es el sonido o información que queremos transmitir. Su frecuencia es baja, de 20 a 20000 Hz.
Señal Portadora: Es una onda de forma senoidal (sinusoide) de frecuencia elevada usada para variar su frecuencia al son de la señal moduladora.
Señal modulada: Resultado de la mezcla de la señal moduladora y la señal portadora. Es lo que emite y recibe la antena, contiene por tanto la señal portadora modulada en frecuencia por la señal moduladora.
Demodulador: Circuito electrónico encargado de extraer la información (señal moduladora) de la portadora.
DAB: Son las siglas de Digital Audio Broadcasting, en definitiva una radio digital creada con la intención de sustituir a la radio FM. En España se emite en banda III (VHF) desde 195 a 223 MHz y en banda L (UHF) desde 1450 a 1468 MHz, con canales de 1,536 Mhz, utiliza modulación QPSK (modulación digital en fase) y usa el sistema de transmisión COFDM (sistema multiportadora), el mismo que para TDT.
Sus ventajas principales frente a la emisión radio FM son:
- Transmisión de más canales en el mismo ancho de banda.
- Transmisión de datos adicionales (como en el RDS actual de radio FM).
- Sintonizar una emisora y poder viajar por todo el país sin cambiar de sintonía.
- Menos pérdidas de señal que en la radio FM: con solo 9 dB de relación señal/ruido ya se sintoniza ( en radio FM se necesitan del orden de 50 para que se escuche con calidad). Esto es debido a la robustez de la modulación QPSK con sistema multiportadora COFDM.
Indice de modulación máximo en FM o relación de desviación:
índice de modulación max = desviación max frecuencia de portadora / frecuencia max de moduladora
Cuando es menor de π / 2 se dice que la modulación es de banda angosta o estrecha y cuando es mayor de este valor se dice que es una modulación de banda ancha.
Por ejemplo, en FM comercial tenemos un desviación de la portadora de 75 kHz y un frecuencia máxima de la moduladora de 15 kHz.
Índice de modulación = 75 / 15 = 5 como es mayor que π / 2, este tipo de modulación es FM de banda ancha, por tanto cuando el índice de modulación sea 5 para una emisión en radio FM comercial se dice que el porcentaje de modulación es del 100%, si el índice de modulación fuera menor, se puede calcular el porcentaje de modulación con una simple regla de tres.
4.- Conclusión
Todas las transmisiones que radio que requieran calidad utilizarán modulación en FM, un ejemplo lo tenemos en los micrófonos inalámbricos los cuales usan actualmente frecuencias en la banda de UHF, con anchos de banda relativamente estrechos (unos 40 KHz), pensad que el ancho de banda que se usa actualmente en una en una transmisión de FM comercial es de 150 KHz.
Desde la ley de ICT 2003, se instala en todos los edificios una antena para FM y otra para DAB con su correspondiente electrónica de amplificación, aunque la verdad es que la instalación de DAB no se está utilizando casi en ningún sitio.
Por último, decir que la modulación en FM genera infinitas bandas laterales equidistantes a ambos lados de la frecuencia de la portadora que van disminuyendo de amplitud según se alejan de esta, lo que obliga a colocar un filtro paso banda a la señal que se envía a la antena para evitar la interferencia en canales adyacentes.
Bueno, este tema da para un libro, me he intentado hacerlo accesible a nivel básico a cualquier persona, espero haberlo conseguido :).
Un Saludo.
