Transmisión de AM en Alto Nivel.

Introducción Teórica

Se define como Modulación al proceso de superponer una señal de información de baja frecuencia (típicamente AF), sobre una señal portadora de frecuencia más alta (generalmente RF). La señal RF se donomina portadora, y la señal AF normalmente se conoce por señal moduladora o modulante. Si variamos la amplitud de la portadora proporcionalmente a una señal de audio, tenemos la modulación de amplitud (AM). La modulación en amplitud se genera combinando la frecuencia de la señal modulante y la frecuencia de la portadora mediante un dispositivo no lineal llamado modulador. Existen muchos circuitos diferentes para modular en amplitud una moduladora RF, en nuestro caso estudiaremos un modulador en alto nivel simulando su comportamiento con el software Multisim y verificando los cálculos y el análisis energético en el dominio espectral con el software Mathcad.La característica principal de un Modulador AM de alto nivel, es que para desarrollar varios KW de potencia en la carga, la portadora y la modulante deberán ser amplificadas adecuadamente antes de entrar al modulador y al amplificador de potencia lineal de salida.

Desarrollo práctico

Las señales Vp(t) señal de portadora y Vm(t) señal moduladora ingresan a un modulador de AM de alto nivel ideal y cargan su salida sobre una impedancia.

Vp(t) = 20*cos(1*10^6π*t) [V]

Vm(t) = 5*cos(10 x 10*3 x π x t ) [V]

Teniendo en cuenta que en el diseño del modulador tiene dos bloques de amplificadores lineales de ganancia 20dB cada uno y el bloque multiplicador una transferencia de K =1/V.
Además para asegurar el nivel de modulación adecuado deberá sumar una componente de continua Vcc a la modulante mediante un bloque sumador de ganancia unitaria. Utilizando software aplicado simule el comportamiento del circuito determinando:
Cabe aclarar que estos bloques funcionales se encuentran dentro de los bloques de control del software aplicado, pudiéndolo seleccionar del menú de Multisim, "Select a Component, Group Sources, CONTROLLED_FUNCTION_BLOCKS".

Otra aclaración importante es que cada grupo de trabajo deberá solicitar al docente la ecuación de la señal moduladora vm(t) a fines de realizar las actividades prácticas.

Circuito a Utilizar:

Introducir al modulador AM de alto nivel una señal portadora vp(t) con un generador de señal senoidal en un todo de acuerdo a la señal en el domini0 del tiempo. Graficar la señal con el osciloscopio. Completar los factores de escalas del osciloscopio utilizados en la medición.

FEV: 10V/DIV

FEH: 1 μs/DIV

Introducir al modulador AM de alto nivel una señal moduladora vm(t) con un generador de señal senoidal en un todo de acuerdo a la señal en el dominio del tiempo. Graficar en la cuadrícula la señal con el osciloscopio. Completar los factores de escalas del osciloscopio utilizados en la medición.

FEV: 3,5V/DIV

FEH: 0,2ms/DIV

Medir el índice de modulación de AM utilizando el osciloscopio en modo Y-T. Graficar la señal obtenida a la salida del modulador con el oscilsocopio. Completar los factores de escalas del osciloscopio utilizados en la medición. Calcular el índice de modulación m en porcentaje aplicando la fórmula:m% = (Hmáx-Hmín)*100/(Hmáx+Hmín)Modo Y-T

FEV: 16,85KV/DIV

FEH: 0,15ms/DIV

Hmax= 33,7KV

Hmín= 2,3KVm%= 87,22%

Finalmente con los valores medidos escriba la ecuación simplificada de la señal modulada, Vam(t).

Vam(t) = { [Vm*cos(ωm*t)+Vcc]*Av}*[Av*Vc*cos(ωp*t) ]*KDonde:K = efecto/causa = Av/V

En este punto analizaremos las características de la modulación AM utilizando patrones trapezoidales utilizando el osciloscopio y los mismos valores de señales utilizadas en el punto 5. Recuerde que para efectuar esta medición deberá colocar en el canal X la señal modulante y en el canal Y la señal modulada en amplitud. Varíe el preset P1 hasta obtener un valor de índice de modulación de AM del 60%. Graficar la señal obtenida a la salida del modulador con el osciloscopio. Completar los factores de escalas del osciloscopio utilizados en la medición.

FECX: 17,8KV/DIV

FECY: 1,6V/DIV

Hmáx= 189,7KV

Hmín= 3,7KV

Finalmente con los valores medidos escriba la ecuación simplificada de la señal modulada, Vam(t).

Vam(t) = { [Vm*cos(ωm*t)+Vcc]*Av}*[Av*Vc*cos(ωp*t) ]*K

6) Utilizando software aplicado"MATHCAD" verifique el comportamiento del circuito determinando:

a) La representación en el dominio del tiempo de las señales de entrada y salida del modulador.

b) Expresión desarrollada de las componentes armónicas en la entrada del modulador.

c) Expresión desarrollada de las componentes armónicas en la señal modulada en la carga.

7) Determine la potencia de cada uno de los armónicos y la potencia total transmitida.

8) Realice la representación espectral de la señal modulada en la carga con escala en dBm, y verifique gráficamente el índice de modulación m en porcentaje aplicando la fórmula:m% = 200*{10^(x[dB]/20)}Donde:x[dB] = Nivel de potencia de laterales en dBm - Nivel de potencia de portadora en dBm.