Un Demodulador de FM Por Cuadratura

 

Un demodulador de FM por cuadratura (llamado a veces detector por coincidencia) extrae la señal de información original de la forma de onda compuesta, de FI, multiplicando dos señales en cuadratura, es decir, desfasadas 90°. Un detector por po r cuadratura usa un desplazador de fase f ase de 90°, un solo circuito sintonizado y un detector de producto, para demodular señales de FM. El desplazador de fase de 90° produce una señal que está en cuadratura con las señales recibidas de FI. El circuito sintonizado convierte variaciones de frecuencia en variaciones de fase, y el detector de producto multiplica las señales recibidas de FI por la señal de FI con fase desplazada. La fig. 7-8 muestra un diagrama simplificado de un detector de FM por cuadratura. El capacitor Ci es de alta reactancia que, cuando se conecta en serie con el circuito tanque Ro, Lo y Co, produce un desplazamiento de fase de 90° en la FI central. El circuito tanque se sintoniza a la FI central, y produce un desplazamiento adicional de fase , que es proporcional a la desviación de frecuencia. La señal de entrada de FI, vi, se multiplica por la señal en cuadratura vo, en el detector de producto, y produce una señal de salida que es proporcional a la desviación de frecuencia. En la frecuencia de resonancia, la impedancia del circuito tanque es resistiva. Sin embargo, las variaciones de frecuencia en la señal de FI producen un desplazamiento adicional de fase, positivo o negativo. Así, el voltaje de salida del detector de producto es proporcional a la diferencia de fases entre las dos señales de entrada y se expresa como sigue

 

  PREÉNFASIS Y DEÉNFASIS El triángulo de ruido de la fig. 6-10 muestra que, con FM, hay una distribución no uniforme de ruido. El ruido en las frecuencias más altas de señal moduladora tiene, en forma inherente, mayor amplitud que en las frecuencias más bajas. Por lo anterior, para señales de información con nivel uniforme de señal, se produce una relación no uniforme de señal a ruido, y las frecuencias más altas de señal moduladora tienen menor relación de señal a ruido que las frecuencias más bajas. Esto se ve en la fig. 6-12a, donde la relación S/N es menor en los extremos de alta frecuencia del triángulo. Para compensar esto, las señales moduladoras se enfatizan o refuerzan en amplitud, en el transmisor, antes de hacer la modulación. Para compensar este refuerzo, se atenúan, o desenfatizan las señales de alta frecuencia en el receptor, después de hacer la demodulación. La deénfasis es el recíproco del preénfasis y, por consiguiente, una red de deénfasis restaura las características originales de amplitud en función de frecuencia, a las señales de información. En esencia, la red de preénfasis permite que las señales moduladoras de alta frecuencia modulen a la portadora a un grado mayor y así causen más desviación de frecuencia que la que producirían sus amplitudes originales. Las señales de alta frecuencia se propagan a través del sistema a un nivel elevado (mayor desviación de frecuencia), se demodulan y a continuación se restauran a sus proporciones originales de amplitud. La fig. 1612b muestra los efectos del preénfasis y la deénfasis sobre la relación de señal a ruido. A Allí llí se ve que producen una relación más uniforme de señal a ruido en todo el espectro de frecuencias de la señal moduladora. Una red de preénfasis es un filtro pasaaltas, es decir, un diferenciador, y una red de deénfasis es un filtro pasabajas, o sea un integrador. La fig. 6-13a muestra el diagrama de una red activa de preénfasis, y una pasiva de deénfasis. Sus curvas correspondiente de respuesta se ven en la fig. 6-13b. Una red de preénfasis proporciona un aumento constante de amplitud de la señal moduladora con un aumento de frecuencia. En la FM, más o menos se logra una mejora de 12 dB en cuanto a desempeño contra ruido, cuando se usa preénfasis y deénfasis. La frecuencia de corte, que es donde comienzan el preénfasis y la deénfasis, se determina con la constante de tiempo RC o L/R de la red. Esta frecuencia de corte se presenta en la frecuencia donde XC o XL es igual a R. La definición matemática de la frecuencia de quiebre es

 

 

FIGURA 6-13 Preénfasis y deénfasis: (a) diagramas eléctricos; (b) curvas de atenuación Las redes de la fig. 6-13 son para la banda comercial de FM, que usa una constante de tiempo de 75 s. Por consiguiente, la frecuencia aproximada de corte es

La transmisión en FM de la parte de audio en la emisión comercial de TV usa una constante de tiempo de 50 s. Como se ve en la fig. 6-13, se usa una red activa de preénfasis, y no pasiva, porque una red pasiva de preénfasis produce pérdidas en todas las frecuencias, y se introduce más pérdida en las frecuencias menores de la señal moduladora. El resultado de usar una red pasiva sería una disminución de la relación de señal a ruido en las frecuencias menores de la señal moduladora, más que un aumento de esa relación en las frecuencias mayores de la misma. De acuerdo con la anterior explicación y la fig. 6-13, se puede ver que la amplitud de salida de una red de preénfasis aumenta con la frecuencia, cuando ésta es mayor que la frecuencia de corte. Regresando a la ecuación 6-16, se puede ver que si los cambios de frecuencia fm de la señal moduladora producen cambios correspondientes en su amplitud Vm, el índice de

 

modulación m permanece constante al cambiar la frecuencia. Esto es, naturalmente, una característica de la modulación de fase. En consecuencia, con moduladores de banda comercial, las frecuencias menores que 2112 Hz producen modulación de frecuencia, y las frecuencias mayores que 2112 Hz producen modulación de fase. Sin embargo, la conversión de FM a PM no es la función de una red de preénfasis, sino más bien una consecuencia.