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RADIOCOMUNICACIONES EN FRECUENCIA MODULADARADIODIFUSIÓN FM LÉVANO HUANCA LUIS LARA LUNA ALEJANDRO

Universidad Nacional Mayor de San Marcos Facultad de Ingeniería Electrónica y Eléctrica Resumen - En el siguiente informe de investigación hablaremos sobre cómo funciona y en que consiste la radiodifusión FM (frecuencia modulada) que es el método más usado en la actualidad en sistemas de radiocomunicaciones y que como sabemos el objetivo es llevar información, pero con el detalle que será modulada en frecuencia a diferencia de la modulación AM, pero nos enfocaremos en el funcionamiento de éste sistema que tiene en el ámbito de la radio comercial y emisoras urbanas, también en los principales equipos y accesorios y su respectiva ecuación logarítmica. Investigaremos las características de este sistema y su tecnología que a pesar de ser anticuada, aún es muy utilizada en nuestra sociedad. Índice de Términos – RADIOCOMUNICACIONES

FM,

RADIODIFUSIÓN,

I. INTRODUCCIÓN La modulación en frecuencia es una técnica de modulación angular que permite transmitir información a través de una onda portadora variando su frecuencia. La modulación de frecuencia se usa comúnmente en la banda de muy alta frecuencia para radiodifusión de la música y el habla y de audio en televisión analógica. Dentro de los avances más importantes que se presentan en las comunicaciones, uno de los más importantes es, sin duda, la mejora de un sistema de transmisión y recepción en características como la relación señal-ruido, pues permite una mayor seguridad en las mismas. Es así como el paso de modulación de amplitud (AM), a la modulación de frecuencia (FM) establece un importante avance no solo en el mejoramiento que presenta la relación señal ruido, sino también en la mayor resistencia al efecto del desvanecimiento y a la interferencia, tan comunes en AM.

Alejandro Lara. Estudiante de Ingeniería de Telecomunicaciones en la UNMSM con código 17190264. Correo electrónico: [email protected]

Breve reseña histórica El origen de la radiodifusión AM tuvo sus inicios hace más de 80 años siendo Edwin Armstrong su inventor quien la patentó en 1933 consiguió que la Comisión Federal de Comunicaciones (FCC) creara una banda de radio en FM entre 42 y 49 MHz. Pero la RCA liderada por Sarnoff ejerció presión sobre la FCC, con el objetivo de que se asignara el espectro del último gran invento, la televisión. Esta decisión provocó que los usuarios de la radio FM tuvieran que ser desplazados a una banda del espectro totalmente nueva. Además, se disminuyó la potencia de las emisoras de radio FM, lo que en la práctica supuso pérdidas irreparables para la invención de Armstrong. El inventor norteamericano, completamente desquiciado, decidió suicidarse en 1954. En aquel año, la RCA aún no había reconocido sus patentes, y se había negado a pagarle cualquier tipo de derecho comercial. Su trágica muerte fue provocada por su situación de bancarrota, algo que Armstrong jamás lograría superar. Sin embargo, en 1967 la esposa de Armstrong consiguió derrotar a la RCA y lograr el reconocimiento de su marido como inventor de la radio. II.

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Como estudiantes del curso de Introducción a las Radiocomunicaciones en nuestro afán de profundizar nuestro conocimiento tenemos como fin la investigación de los sistemas de radiodifusión Fm para entender el funcionamiento de un sistema de radiocomunicaciones, así como su esquema de transmisión. También investigar los principales equipos y accesorios que conforman el sistema de radiodifusión y la ecuación logarítmica que modela este sistema entendiendo su significado físico.

Luis Lévano. Estudiante de Ingeniería de Telecomunicaciones en la UNMSM con código 17190085. Correo electrónico: [email protected]

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JUSTIFICACIÓN

III.

En este trabajo de investigación nos centraremos en explicar el desarrollo de la modulación FM a lo largo del tiempo y su impacto en la comunicación radial en la sociedad. Así, a lo largo del trabajo hablaremos acerca de qué es modulación FM, cómo se desarrolla, sus ventajas y desventajas, como también las aplicaciones que se desarrollan en este rubro. Finalmente llevamos a cabo este proyecto con la finalidad de tener un mayor entendimiento del tema de una manera sencilla y práctica a la hora del análisis de todos los puntos a mencionar acerca de “La modulación FM en los sistemas de radiodifusión”. IV.

Modulación FM: La modulación de frecuencia, o frecuencia modulada (FM), es una técnica de modulación angular que permite transmitir información a través de una onda portadora variando su frecuencia. En aplicaciones analógicas, la frecuencia instantánea de la señal modulada es proporcional al valor instantáneo de la señal moduladora. Se puede enviar datos digitales por el desplazamiento de la onda de frecuencia entre un conjunto de valores discretos, modulación conocida como modulación por desplazamiento de frecuencia.

OBJETIVOS

A. Objetivos generales Investigar y analizar los fundamentos de funcionamiento de una red de radiodifusión FM. B. Objetivos específicos    

Conocer el esquema del sistema de radiocomunicaciones. Identificar las principales equipos y accesorios del sistema. Presentar la ecuación logarítmica que modela el sistema de radiocomunicaciones Evaluar los detalles de por qué aún sigue estando funcional una tecnología de radio tan antigua como lo es la tecnología FM.

V.

MARCO TEÓRICO

La radiodifusión es una actividad privada comercial que funciona en régimen de competencia, en la actualidad la radiodifusión ha formado parte importante dentro de la comunicación y es considerada como uno de los medios más económicos. Desde su invención hasta la fecha la tecnología de modulación Fm ha ido evolucionando y se ha vuelto la más utilizada a la hora de implementar una emisora radial de medio alcance. La Radio F.M. que actualmente recibimos se basa en tecnología analógica. Esta banda de frecuencias empezó a utilizarse a partir de los años 60. Durante las últimas décadas la tecnología ha ido aportando mejoras en la radio analógica como el sonido estéreo (radio FM) o la posibilidad de transmisión de datos vía RDS (Radio Data System), a partir de 1989. A pesar de estas aportaciones, la radio analógica sigue presentando ciertas limitaciones, tanto de calidad de sonido como de capacidad de transmisión de datos. Por otra parte, el sistema FM no fue diseñado en su origen para la transmisión y servicios de datos. No nació así, pero la capacidad de transmisión actual de datos vía RDS (Radio Data System) es sólo de 1187,5 bps, de los que un 50% corresponden a datos de emisora. Así pues, hay una gran limitación en el conjunto de aplicaciones para baja velocidad de transmisión.

La modulación de frecuencia también se utilizó en las frecuencias intermedias en la mayoría de los sistemas de vídeo analógico, incluyendo el sistema VHS, para registrar la luminancia (señal de blanco y negro) de la señal de video. La modulación de frecuencia es el único método factible para la grabación de video y para reproducir la cinta magnética sin la distorsión extrema, como las señales de vídeo con una gran variedad de componentes de frecuencia, de unos pocos hercios a varios megahercios. La modulación de frecuencia además se utiliza en las frecuencias de audio para sintetizar sonido. Está técnica, conocida como síntesis FM, fue popularizada en los principios de los sintetizadores digitales y se convirtió en una característica estándar para varias generaciones de tarjetas de sonido de computadoras personales. Dentro de los avances más importantes que se presentan en las comunicaciones, uno de los más importantes es, sin duda, la mejora de un sistema de transmisión y recepción en características como la relación señal-ruido, pues permite una mayor seguridad en las mismas. Es así como el paso de modulación de amplitud (AM), a la modulación de frecuencia (FM) establece un importante avance no solo en el mejoramiento que presenta la relación señal ruido, sino también en la mayor resistencia al efecto del desvanecimiento y a la interferencia, tan comunes en AM. A. Fundamentos de Funcionamiento

La modulación de ángulo es inmune a cambios y distorsiones en amplitud debidas, lo que la hace una modulación muy robusta. Además, permite mejorar la relación señal a ruido a la salida del demodulador a base de transmitir un mayor o menor ancho de banda.

3 En AM la única solución es transmitir mayor potencia. De forma que en FM la relación entre la calidad o relación señal a ruido y la potencia transmitida es no lineal. Ya que FM es una modulación no lineal. La señal modulada no es una versión amplificada o atenuada y trasladada en frecuencia de la señal moduladora. Estas características la hacen además muy robustas a interferencia cocanal (efecto de captura). En esta modulación el ángulo de la portadora Φ(t) varía de acuerdo con la amplitud de la señal moduladora. Tenemos dos clases de técnicas de modulación de ángulo: modulación en frecuencia donde la frecuencia de la portadora varía linealmente con la señal mensaje m(t) y la modulación de fase donde la fase de la portadora varía linealmente con la señal mensaje m(t).

Expresión general de la señal modulada

Modulador FM: Un modulador en frecuencia recibe en su entrada a la señal de información y proporciona en su salida la señal modulada, cuya característica principal es que su frecuencia varía en función de la información:

Un modulador en frecuencia realiza la función de convertir la amplitud de la señal de información que se encuentra en su entrada a un cierto valor de frecuencia de la señal modulada que proporciona a su salida. Demodulador Fm: La modulación de frecuencia (FM) tiene numerosas ventajas sobre la modulación AM, como mejor fidelidad e inmunidad de ruido. Sin embargo, es mucho más complejo modular y demodular una onda portadora con FM.

Ángulo total de la señal modulada

Frecuencia que varía en función de f(t)

44

00

Ángulo de fase de la señal modulada

- 4- 4

0 0. .

11

1 1. .

22

MMo od du ulalad do oraram m( t( )t )   4 4 c co os (s 2( 2  t )t ) S Se eñ ña al lF FMM

vvFMFM(t)(t)cos cos228t8t44sin(2 sin(2t)t)

Portador  cos(2 8t) Portador vvc (t) c (t)  cos(2 8t)

Fig1. Representación espectral de una señal modulada en frecuencia. Señal modulada en frecuencia

Fuente: https://personal.us.es/murillo/docente/Libros/FundRadiacionyR adiocom.pdf

B. Principales Equipos y Accesorios: Para poder conseguir un enlace FM o una estación emisora FM se requieren de una cierta cantidad de equipos cómo mínimo, los principales equipos cómo mínimo son:

4

a)

Transmisor de radiodifusión FM: c) Un radiotransmisor es un dispositivo electrónico que pertenece a la radio eléctrica y que, mediante una antena, irradia ondas electromagnéticas que contienen (o pueden contener) información, como ocurre en el caso de las señales de radio, televisión, telefonía móvil o cualquier otro tipo de radiocomunicación. El transmisor tiene como función codificar señales ópticas, mecánicas o eléctricas, amplificarlas, y emitirlas como ondas electromagnéticas a través de una antena. La codificación elegida se llama modulación.

Cable RF para conectar la antena al transmisor:

Un cable coaxial es un cable eléctrico que está compuesto de un alambre de conducción de la electricidad aislado y redondo protegido por una funda de conducción redonda, normalmente protegida por una última capa aislante. El cable está diseñado para transmitir una señal de alta frecuencia o de banda ancha, generalmente frecuencias de radio. El cable coaxial es un medio de transmisión cerrado de dos conductores que a menudo se utiliza para la transmisión de energía RF. Proporciona un excelente rendimiento para altas frecuencias y una protección y un control EMI superior, comparado con otros cables de metal. El cable coaxial se utiliza habitualmente en sistemas de red y de difusión.

Fig2. Transmisor de Radiodifusión FM Fuente: https://www.tekobroadcast.com/es/transmisor-fm-1kw-radiobroadcast-media-potencia-sensor

b) Antena FM: Los sistemas de radiodifusión necesitan abarcar una amplia zona de cobertura, lo que se consigue empleando transmisores de alta potencia junto con unos sistemas radiantes adaptados a ello. En su gran mayoría, los elementos de radiación se componen de diversas antenas básicas que se agrupan en configuraciones en array para conformar un determinado diagrama de radiación, generalmente de tipo omnidireccional, y se colocan en torres de comunicaciones o mástiles elevados para conseguir buena visibilidad y grandes alcances. A diferencia de los radioenlaces punto a punto, en donde normalmente se emplean reflectores parabólicos en ambos extremos, en este caso los elementos radiantes se construyen fundamentalmente a partir de antenas de tipo dipolo en diversas configuraciones. Es por ello por lo que resulta habitual expresar la ganancia del conjunto en términos de la ganancia de un dipolo en λ/2.

Fig2. Transmisor de Radiodifusión FM Fuente: http://electronicacompleta.com/lecciones/como-armar-unaemisora-casera-de-fm/

d) Conectores RF:  Conectores Coaxiales:

Fig2. Antena de Radiodifusión FM Fuente https://www.rfebroadcast.com/es/antenas-fm/



Abrazaderas para Fijación de Líneas Coaxiales:



Puestas a Tierra:

Fig3. Conectores y accesorios Fuente https://mach.com.ar/index.php?pagina=verproducto&producto=3

5 .

VI.

REFERENCIAS

[1]Fundamentos de la Frecuencia y Fase Modulada, 2005. [2]J. Murillo, «Fundamentos de Radiación y Radiocomunicación,» 2° Edición 2012. [3]https://www.tekobroadcast.com/es/equipo-

para-estaci%C3%B3n-de-radio-tekobroadcast [4]L