demoduladores de amplitud

Electrónica de Comunicaciones

CONTENIDO RESUMIDO:

1- Introducción

2- Osciladores

3- Mezcladores.

4- Lazos enganchados en fase (PLL).

5- Amplificadores de pequeña señal para RF.

6- Filtros pasa-banda basados en resonadores piezoeléctricos.

7- Amplificadores de potencia para RF.

8- Demoduladores de amplitud (AM, DSB, SSB y ASK).

9- Demoduladores de ángulo (FM, FSK y PM).

10- Moduladores de amplitud (AM, DSB, SSB y ASK).

11- Moduladores de ángulo (PM, FM, FSK y PSK).

12- Tipos y estructuras de receptores de RF.

13- Tipos y estructuras de transmisores de RF.

14- Transceptores para radiocomunicaciones ATE-UO EC dem AM 00

ATE-UO EC dem AM 01

7- Demoduladores de amplitud (AM, DSB, SSB y ASK).

Idea fundamental:

Obtener la forma de onda de la moduladora (información) de la portadora modulada, normalmente convertida a una frecuencia intermedia.

Información (moduladora)

Amplificador de FI (o de RF) Demodulador

Amplificador de banda base

Portadora modulada

ATE-UO EC dem AM 02

Tipos de modulaciones analógicas de amplitud (I)

Modulación de amplitud, portadora completa (AM)

Moduladora

Portadora modulada en AM

Portadora sin modular

Modulación

Demodulación

ATE-UO EC dem AM 03

Modulación en doble banda lateral, portadora suprimida (DSB, DBL)

Moduladora


Modulación

Demodulación

Portadora modulada en DSB

Tipos de modulaciones analógicas de amplitud (II)

ATE-UO EC dem AM 04

Modulación en banda lateral única, portadora suprimida (SSB, BLU).Banda Lateral Superior (USB, BLS)

Moduladora


Modulación

Demodulación

Portadora modulada en USB

Tipos de modulaciones analógicas de amplitud (III)

Una portadora de Banda Lateral

Inferior (LSB, BLI) tendría el mismo

aspecto (cambiaría la frecuencia)

Demodulación de AM con detector de pico (I)

+

-vdp

RvpAM

+

C

D

vpAM

ATE-UO EC dem AM 05

vdp

Demodulación de AM con detector de pico (II)

vpAM

ATE-UO EC dem AM 06

vpAM

vdp

+

-vdp

RvpAM

+

C

D

Detector de pico

+

-

C2


R2

vpAM

C1

R1

Filtro pasa altos

+

-vdpsc

vdpsc

Demodulación de AM con detector de pico (III)

Cálculo del detector de pico (I)

Condición de diseño:

penvolventepRC

Por tanto:

d[vAM(mt)]

dtpenvolvente =

-vAM(mt)

RCpRC =

+

-vdp

R+

C

D

vpAM(mt, pt)

-Vp·m·m·sen(mt)-Vp·[1 + m·cos(mt)]/(RC)

-R·C·m·m·sen(mt)-[1 + m·cos(mt)]ATE-UO EC dem AM 07

Ecuaciones:

vpAM(mt, pt) = vAM(mt)·cos(pt)

vAM(mt) = Vp·[1 + m·cos(mt)]

vpAM(mt, pt)

RC

vAM(mt)

Demodulación de AM con detector de pico (IV)

Cálculo del detector de pico (II)

vpAM(mt, pt)

ATE-UO EC dem AM 08

Partimos de:

-R·C·m·m·sen(mt)-[1 + m·cos(mt)]

Por tanto:

R·C 1 + m·cos(mt)]/[m·m·sen(mt)]

Buscamos el mínimo valor del término de la derecha, que corresponde a cos(mt) = -m

Sustituyendo:

R·C 1 – m2]1/2/(m·m)

El peor caso será:

R·C 1 – mmax2]1/2/(m max·mmax)

Si m = 1 entonces la expresión anterior no se puede cumplir. Se toma mmax = 0,99.

+

-vdp

R+

C

D +

-

+

--vdp

R+

C

D

+

-

vdp

Filtro pasa altos

+

-vdpsc

Detector de pico+ Vcc

GD

S

1:n

RC

D

C1

R1

Amplificador de FI (o de RF)

LmCR

Demodulación de AM con detector de pico (V)

Realización práctica de un detector de pico de media onda

vpAM vdp

vdpsc

vpAM

+

-

ATE-UO EC dem AM 09

Demodulación de AM con detector de pico (VI)

Realización práctica de un detector de pico de onda completa

ATE-UO EC dem AM 10

vdp

vpAM

vpAMvdpsc

+

-vdpsc

+

-

vdp

Filtro pasa altos

Detector de pico

+ Vcc

GD

S

1:n

RC

D1

C1

R1

Amplificador de FI

(o de RF)

LmCR

vpAM

+

-

D2

vpAM

+

-

Demodulación de AM con detector coherente (I)

Principio de operación

ATE-UO EC dem AM 11

Señales de entrada:

vpAM(mt, pt) = Vp·[1 + vm(mt)]·cos(pt)

vo(ot) = Vo·cos(ot + )

Salida del mezclador:

Recuerdese:

cosA·cosB = 0,5[cos(A+B) + cos(A-B)]

vmez = k·0,5·Vp·[1 + vm(mt)]·Vo·[cos[(p + o)t + ] + cos[(o - p)t + ]]

Salida del filtro:

vf = k·0,5·Vp·[1 + vm(mt)]·Vo·[cos[(o - p)t + ]]

Si la señal del oscilador coincide en frecuencia y fase con la portadora, es

decir, o = p y = 0º, entonces:

vf = k·0,5·Vp·[1 + vm(mt)]·Vo que es proporcional a vm(mt) + una componente

de continua, que se elimina como en el detector de envolvente

¿Cómo conseguir o = p y = 0º?

vf

Mezclador

vpAM(mt, pt)

vo(ot)

vmez

Demodulación de AM con detector coherente (II)

Recuperación de la portadora

ATE-UO EC dem AM 12

vf = k·0,5·Vp·[1 + vm(mt)]·Vo

vfca = k·0,5·Vp·Vo·vm(mt)

vpAM(mt, pt) Mezclador

vo(pt)

= 0º

vfvmez

V = k()

PLL

vfca

Demodulación de AM con detector coherente (III)

Principales formas de onda con = 0º

Mezclador

vpAM

vo

vmez vf vo(pt)

vpAM(mt, pt)

vmez(mt, 2pt)

vf(mt)

ATE-UO EC dem AM 13

Moduladora con nivel

de continua

Demodulación de AM con detector coherente (IV)


Mezclador

vpAM

vo

vmez vf vo(pt)

vpAM(mt, pt)

ATE-UO EC dem AM 14

vmez(mt, 2pt)

vf

Como el valor medio de vmez

es cero, no se obtiene la

moduladora por filtrado

Demodulación de DSB con detector coherente (I)

Principio de operación

ATE-UO EC dem AM 15


vpDSB(mt, pt) = Vp·vm(mt)·cos(pt)



Recuerdese:


vmez = k·0,5·Vp·vm(mt)·Vo·[cos[(p + o)t + ] + cos[(o - p)t + ]]

Salida del filtro:

vf = k·0,5·Vp·vm(mt)·Vo·[cos[(o - p)t + ]]

Si la señal del oscilador coincide en frecuencia y fase con la portadora, es

decir, o = p y = 0º, entonces:

vf = k·0,5·Vp·Vo·vm(mt) que es proporcional a vm(mt)

¿Cómo conseguir o = p y = 0º?

vf

Mezclador

vpDSB(mt, pt)

vo(ot)

vmez

Demodulación de DSB con detector coherente (II)

Recuperación de la portadora

ATE-UO EC dem AM 16

Si elevamos al cuadrado la portadora modulada DSB obtenemos:

[vpDSB(mt, pt)]2 = [Vp·vm(mt)]2·[cos(pt)]2 =

= 0,5·[Vp·vm(mt)]2·[1 + cos(2pt)]

Existe una componente de frecuencia doble. A esta frecuencia se engancha el PLL y su frecuencia de salida se divide por 2

vpDSB(mt, pt) Mezclador

vo(pt)

= 0º

vfvmez

PLLx2 2

Demodulación de DSB con detector coherente (III)


Mezclador

vpDSB

vo

vmez vf

vo(pt)

ATE-UO EC dem AM 17

Moduladora

vpDSB(mt, pt)

vmez(mt, 2pt)

vf(mt)

Demodulación de DSB con detector coherente (IV)


Mezclador

vpDSB

vo

vmez

vf

vo(pt)

ATE-UO EC dem AM 18

vpDSB(mt, pt)

vmez(mt, 2pt)

vf(mt)Como el valor medio de vmez

es cero, no se obtiene la

moduladora por filtrado

vmez = k·0,5·Vp·Vo·[cos[(p + o + m)t + ] + cos[(p - o + m)t - ]]

Salida del filtro:

vf = k·0,5·Vp·Vo·[cos[(p - o + m)t - ]]

Si la señal del oscilador coincide en frecuencia y fase con la frecuencia

característica (la portadora suprimida), es decir, o = p y = 0º, entonces:

vf = k·0,5·Vp·Vo·cos(mt) que es proporcional al tono de modulación cos(m)t

Demodulación de SSB con detector coherente (I)

Principio de operación (explicado para USB)

ATE-UO EC dem AM 19


vpUSB(mt, pt) = Vp·cos(p + m)t




vf

Mezclador

vpUSB(mt, pt)

vo(ot)

vmez

La explicación se hace para una modulación de un tono único, cos(m)t .

Se puede hacer para todo el espectro con la transformada de Hilbert

Demodulación de SSB con detector coherente (II)

ATE-UO EC dem AM 20

Preguntas:

• ¿Cómo conseguir o = p y = 0º?

• ¿Qué pasa si no se cumple?

Respuestas:

• Para conseguir o = p y = 0º hay que enviar una señal “piloto” de la

portadora. No siempre se hace esto.

• La señal demodulada vf = k·0,5·Vp·Vo·[cos[(p - o + m)t - ]] tiene otra

frecuencia y está desfasada, pero no se cancela como en los otros

casos No es tan grave.

Demodulación de SSB con detector coherente (III)

Principales formas de onda con o = p y = 0º

Mezclador

vpUSB

vo

vmez vf

vo(pt)

ATE-UO EC dem AM 21

Moduladoravf(mt)

vmez(mt, (2p + m)t)

vpUSB(mt, pt)

Demodulación de SSB con detector coherente (IV)

Principales formas de onda con o p y = 0º

Mezclador

vpUSB

vo

vmez vf

vo(ot)

ATE-UO EC dem AM 22

Moduladora

vpUSB(mt, pt)

vmez((p - o + m)t, (p + o + m)t)

vf((p - o + m)t)

Señal demodulada

Dependiendo de la aplicación puede o

no ser importante esta discrepancia

Demodulación de SSB con detector coherente (V)

Problema: ¿qué pasa si hay una señal interferente en la frecuencia de la banda lateral no utilizada (banda imagen)?

ATE-UO EC dem AM 23

Mezclador

vpUSB1

vo

vmez vf

+

vpUSB2


vpUSB1(m1t, p1t) = Vp1·cos(p1 + m1)t

vpUSB2(m2t, p2t) = Vp2·cos(p2 + m2)t



vmez = k·0,5·Vp1·Vo·[cos[(p1 + o + m1)t + ] + cos[(p1 - o + m1)t - ]] +

k·0,5·Vp2·Vo·[cos[(p2 + o + m2)t + ] + cos[(p2 - o + m2)t - ]]

Salida del filtro:

vf = k·0,5·Vp1·Vo·[cos[(p1 - o + m1)t - ]] + k·0,5·Vp2·Vo·[cos[(p2 - o + m2)t - ]]

Supongamos o = p1 y = 0º, entonces:

vf = k·0,5·Vp1·Vo·cos(m1t) + k·0,5·Vp2·Vo·cos((p1 – p2 - m2)t)

Luego existe una componente indeseada a la salida del filtro

Demodulación de SSB con detector coherente (VI)

ATE-UO EC dem AM 24

Vp2

(p2+m2)

p2 p1

Vp1

(p1+m1)0

Con un tono único:

Con un espectro:

p1

Vp1

(p1+m1)0

p2

(p2+m2)

Vp2

Señal no inteligible

Mezclador

vpUSB1

vo

vmezvf

+

vpUSB2

Mezclador

vpUSB1

vo

vmezvf

++

vpUSB2

(p1-p2-m2)

k·0,5·Vp1·Vo

m1

0k·0,5·Vp2·Vo

(p1-p2-m2)

0m1

k·0,5·Vp1·Vo

k·0,5·Vp2·Vo

Demodulación de SSB con detector coherente (VII)¿Como eliminar una señal interferente en la frecuencia

de la banda lateral no utilizada (banda imagen)?

ATE-UO EC dem AM 25

• Por filtrado de la portadora modulada

• Usando un mezclador con rechazo de banda imagen (estructura I/Q)

Filtrado de la portadora modulada

vpUSB1

vpUSB2

Amplificador de FI

Detector coherente


vo

Filtro de banda base

Filtro a cristal

+

p10 p2

vpUSB1

vpUSB2

Filtro a cristal

Demodulación de SSB con mezclador con rechazo de banda imagen (estructura I/Q), (I)

ATE-UO EC dem AM 26

Supongamos o = p1 y = 0º, entonces (igual que en ATE-UO EC dem AM 23):

vf1 = k·0,5·Vp1·Vo·cos(m1t) + k·0,5·Vp2·Vo·cos((p1 – p2 - m2)t)

Procediendo de igual forma con el mezclador de abajo, pero teniendo en cuenta el desfase de 90º en la señal del oscilador, queda:

vf2 = k·0,5·Vp1·Vo·cos(m1t - /2) + k·0,5·Vp2·Vo·cos((p2 – p1 + m2)t - /2) =

k·0,5·Vp1·Vo·sen(m1t) - k·0,5·Vp2·Vo·sen((p1 - p2 - m2)t)

Señal USB/LSB

vf1

vo

vpUSB1

+

vpUSB2

/2

/2

-/+

vf2

vf2’

vs

ATE-UO EC dem AM 27

Retrasamos otros 90º vf2 para obtener vf2’ y queda:

vf2’ = k·0,5·Vp1·Vo·sen(m1t - /2) - k·0,5·Vp2·Vo·sen((p1 - p2 - m2)t - /2) =

- k·0,5·Vp1·Vo·cos(m1t) + k·0,5·Vp2·Vo·cos((p1 - p2- m2)t) =

- k·0,5·Vp1·Vo·cos(m1t) + k·0,5·Vp2·Vo·cos((p2 - p1 + m2)t)

Como vf1 = k·0,5·Vp1·Vo·cos(m1t) + k·0,5·Vp2·Vo·cos((p2 - p1 + m2)t),

entonces:

vs = vf1 - vf2’ = k·Vp1·Vo·cos(m1t)

La opción de suma es para LSB

No aparece la componente de frecuencia p1-p2-m2, que es la señal interferente

Demodulación de SSB con mezclador con rechazo de banda imagen (estructura I/Q), (II)

SeñalUSB/LSB

vf1

vo

vpUSB1

+

vpUSB2

/2

/2

-/+

vf2

vf2’

vs

SeñalUSB/LSB

vf1

vo

vpUSB1

+

vpUSB2

/2

/2

-/+

vf2

vf2’

SeñalUSB/LSB

vf1

vo

vpUSB1

+

vpUSB2

/2

/2

-/+

vf2

SeñalUSB/LSB

vf1

vo

vpUSB1

+

vpUSB2

/2

/2

-/+

vf2

vf1

vo

vpUSB1

+

vpUSB2

/2

/2

-/+vo

vpUSB1

+

vpUSB2

vpUSB1

+

vpUSB2

/2/2

/2/2

-/+

vf2

vf2’

vs

ATE-UO EC dem AM 28

Dificultad tecnológica: realizar el desfasador de banda base

Señal USB/LSB

/2

-/+

vf2

vf2’

vs

Señal USB/LSB

vf1

vo

/2-/+

vf2

vf2’

vs

1

2

Se construyen dos cadenas de desfasadores 1 y 2, con

circuitos con amplificadores operacionales, tal que: 2 - 1 = /2

en toda la banda base

Demodulación de SSB con mezclador con rechazo de banda imagen (estructura I/Q), (III)

Ejemplo de esquema real de desfasadores de audio para demodulador de SSB con mezclador con rechazo de

banda imagen (obtenidos del ARRL Handbook 2001)

-/+

1

2

Error con relación a un desfase relativo de 90º

(con distintos valores de componentes)

ATE-UO EC dem AM 29

ATE-UO EC dem AM 30

Tipos de modulaciones digitales de amplitud (I)

Modulación digital de amplitud, (Amplitude Shift Keying, ASK).También On-off Keying, OOK y Continuous wave, CW

Modulación

Demodulación

Moduladora

000 11 0


Portadora modulada en ASK

ATE-UO EC dem AM 31

Tipos de modulaciones digitales de amplitud (II)

Modulación digital de amplitud en cuadratura, (Quadrature Amplitude, Modulation, QAM)

Modulación

Demodulación

00 0 01 1I

000 0 11Q

Portadoras sin modular

Portadora modulada en QAM

Moduladoras

110 00 0 1 10 0 0 0

Demodulación de ASK

ATE-UO EC dem AM 32

• Con detector de pico

• Con detector coherente+

-vdp

R+

C

D

vpASK

Mezclador

vo(pt)

= 0º

vf

vmez

PLL

vpASK

vo(pt)

vpASK

vmez

vf

Demodulación de radiotelegrafía al oído

ATE-UO EC dem AM 33

Con detector coherente o detector de batido

O p

pero O p

Mezclador vf

vmez

vpASK

vo(Ot)vo(ot)

vpASK

vmez

vf

Demodulación de QAM con detector coherente I/Q

ATE-UO EC dem AM 34

vf1

vpQAM

/2

vf2

vmez1

vo(pt)Recuperada de la portadora

vmez2

vpQAM

vo(pt)

vo(pt-/2)

vmez1

vmez2

I 00 0 01 1

vf1

000 0 11Q

vf2

demoduladores de amplitud

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