Princípios de Comunicações Conceitos de FM (3ª. Parte) Prof. Dr. Naasson Pereira de Alcantara Jr. Prof. Dr. Claudio Vara de Aquino UNESP - FE – DEE naasson@feb.unesp.br aquino@feb.unesp.br

MODULAÇÃO - recordando Processo que consiste em modificar uma das características da onda portadora, ou seja, sua amplitude, sua fase ou sua freqüência proporcionalmente ao sinal modulante ou modulador contendo a informação transmitida ou recebida. Vantagens: maior freqüência → maiores distâncias menor l → menores antenas (dimensões viáveis)

Conceitos de Modulação Modulação: adequação da informação (voz, dados etc) gerada por uma fonte, possibilitando uma transmissão eficiente. Recebe duas entradas, e produz uma saída. INTERFERÊNCIA CONSTRUTIVA INFORMAÇÃO Sinal modulante modulação Sinal modulado Sinal da portadora

Modulação Analógica Sc = Ac(t) cos(ω0t + Φ0) Sc = Ac cos[ω0t + Φ(t)] SINAL MODULANTE Modulação em Amplitude (AM): Modulação em Freqüência (FM): Modulação em Fase (PM): Sc = Ac(t) cos(ω0t + Φ0) Sc = Ac cos[ω0t + Φ(t)] Sc = Ac cos[ω(t).t + Φ0]

Modulação em Fase (PM) Interferência direta de w em(t) na fase instantânea do sinal modulado e(t) w(t) dt t PM: Phase Modulation

Modulação em Fase (PM) Interferência direta de em(t) na fase instantânea do sinal modulado e(t) w0t: fase instantânea da onda portadora (rad) CIRCUITO MODULADOR PM variações de em(t) KP variações de fase de f(t) KP: constante de modulação em fase

Modulação em Fase (PM) Sinal modulador (modulante) Onda portadora atraso adiant. Sinal modulado (PM)

Modulação em Freqüência (FM) Interferência direta de em(t) na velocidade angular ou na freqüência instantânea do sinal modulado e(t) w t FM: Frequency Modulation

Modulação em Freqüência (FM) Interferência direta de em(t) na freqüência instantânea do sinal modulado e(t) w0 = 2 p f0: freqüência da onda portadora (rad/s ou Hz) CIRCUITO MODULADOR FM variações de em(t) KF variações de freq. w(t) KF: constante de modulação em freqüência

Modulação em Freqüência (FM) Interferência direta de em(t) na freqüência instantânea do sinal modulado e(t) → aumento da freq. de e(t) em relação a e0(t) → diminuição da freq. e(t) em relação a e0(t) → freqs. iguais para e(t) e e0(t) l variável no tempo

Modulação em Freqüência (FM) informação portadora sinal modulado

Modulação em Freqüência - FM Modulação em fase:PM Modulação em freqüência:FM

Modulação em Freqüência (FM) tom modulante

Modulação em Freqüência (FM) índice de modulação FM: desvio máximo de fase que sofre o sinal modulado. FM: Frequency Modulation

Modulação em Freqüência (FM) Funções transcendentais Funções de Bessel

Modulação em Freqüência (FM) Funções de Bessel de 1ª. espécie → gráfico ou tabela

Modulação em Freqüência (FM) Funções de Bessel de primeira espécie

Modulação em Freqüência (FM) Funções de Bessel de primeira espécie

Modulação em Freqüência (FM) Funções de Bessel de 1ª. Espécie – propriedades fundamentais: P1 P2

Modulação em Freqüência (FM)

Modulação em Freqüência (FM)

Modulação em Freqüência (FM) Espectro de amplitudes para FM de Faixa Larga f0 e f f0+fm f0–fm f0+2fm f0–2fm f0+3fm f0–3fm f0+4fm f0–4fm

Modulação em Freqüência (FM) Potência média Banda Infinita

Modulação em Freqüência (FM) Potência média prejuízo de 2 % Banda Limitada

Modulação em Freqüência (FM) LARGURA DE FAIXA OCUPADA PELO SINAL FM P largura limitada f n

Modulação em Freqüência (FM) LARGURA DE FAIXA OCUPADA PELO SINAL FM RADIODIFUSÃO COMERCIAL FCC Federal Communications Comission P f n fm ≤ 15 kHz Dfmax ≤ 75 kHz

Modulação em Freqüência (FM) Em TV: Imagem AM – VSB: Amplitude Modulation – Vestigial Side Band 0 ≤ f ≤ 0,75 MHz AM – DSB mais detalhes AM – VSB 0,75 MHz ≤ f ≤ 4 MHz AM – SSB Som FM Dfmax ≤ 25 kHz fm ≤ 15 kHz

Modulação em Freqüência (FM) LARGURA DE FAIXA OCUPADA PELO SINAL FM FCC P B = 2 (15 + 75) = 180 kHz radiodifusão comercial f n B = 2 (15 + 25) = 80 kHz som da TV

Modulação em Freqüência (FM) LARGURA DE FAIXA OCUPADA PELO SINAL FM ESPECTRO VHF 108 88 MHz 0,2 emissoras f banda de guarda: 20 kHz 75 50 emissoras em faixas alternadas Afastamento mínimo de 400 kHz Risco mínimo de interferências

Modulação em Freqüência (FM) Transmissão por OEM Ruídos inerentes na comunicação eN f Relação sinal / ruído O ruído aumenta com a freqüência

Modulação em Freqüência (FM) PREÊNFASE e DEÊNFASE TRANSMISSÃO REFORÇAR SINAL EM ALTAS FREQUENCIAS ENFATIZAR O SINAL MODULANTE RECEPÇÃO ATENUAR RUÍDOS EM ALTAS FREQUENCIAS DESFAZER A ENFATIZAÇÃO DO SINAL MODULANTE

Modulação em Freqüência (FM) PREÊNFASE REFORÇAR SINAL EM ALTAS FREQUENCIAS ENFATIZAR O SINAL NA TRANSMISSÃO ganho do circuito sem enfatização

Modulação em Freqüência (FM) PREÊNFASE REFORÇAR SINAL EM ALTAS FREQUENCIAS ENFATIZAR O SINAL NA TRANSMISSÃO Freqüências de corte início C: curto final C: aberto

Modulação em Freqüência (FM) PREÊNFASE REFORÇAR SINAL EM ALTAS FREQUENCIAS ENFATIZAR O SINAL NA TRANSMISSÃO Freqüências de corte FCC:Federal Communications Comission JIS:Japanese Industrial Standard

Modulação em Freqüência (FM) DEÊNFASE DESFAZER A ENFATIZAÇÃO DO SINAL NA RECEPÇÃO ganho do circuito

Modulação em Freqüência (FM) Sinal da informação Curva de preênfase Informação preenfatizada Ruído Informação preenfatizada com ação do ruído Curva de deênfase Informação deenfatizada com o ruído atenuado

Modulação em Freqüência (FM) Determinação da constante do circuito modulador KF b, Df, ... v CIRCUITO MODULADOR FM EM TESTE OSCILADOR DE PORTADORA osciloscópio

Modulação em Freqüência (FM) Determinação da constante do circuito modulador KF b, Df, ... FPF(f0) osciloscópio CIRCUITO MODULADOR FM EM TESTE FILTRO MEC. wm fixa ~ OSCILADOR DE PORTADORA Apagamento da portadora → E máximo no osciloscópio Em aum. → b aum. até que E=0

+ OSCILADORES Amplificador com realimentação positiva Entrada: tensão contínua Saída: tensão alternada + ganho de malha fechada

+ OSCILADORES oscilação Amplificador com realimentação positiva Entrada: tensão contínua Saída: tensão alternada + oscilação ganho infinito

OSCILADORES oscilação CIRCUITO SINTONIZADO

OSCILADORES + – AMPLIFICADOR eFM(t) em(t) choque de RF Sinal de FM obtido pelo Oscilador Hartley choque de RF Oscilador a três impedâncias Varicap ou Varactor diodo com capacitância variável + –

Modulação em Freqüência (FM) CIRCUITOS MODULADORES – MÉTODO DIRETO R1, P1, R2: polarização Vp em torno de C0 – região linear Vp + em(t) no varicap

Modulação em Freqüência (FM) CIRCUITOS MODULADORES – MÉTODO DIRETO

Modulação em Freqüência (FM) CIRCUITOS MODULADORES – MÉTODO DIRETO

Modulação em Freqüência (FM) CIRCUITOS MODULADORES – MÉTODO DIRETO Pequenas variações (lineares) do varicap em torno de C0 Modulação em freqüência – FM

Modulação em Freqüência (FM) CIRCUITOS MODULADORES – MÉTODO DIRETO Modulação em freqüência – FM coeficiente angular

Modulação em Freqüência (FM) CIRCUITOS MODULADORES – MÉTODO DIGITAL Onda quadrada Filtragem da fundamental Modulação em freqüência Sinal modulante informação

MULTIVIBRADOR ASTÁVEL Modulação em Freqüência (FM) CIRCUITOS MODULADORES – MÉTODO DIGITAL MULTIVIBRADOR ASTÁVEL COM GERADORES DE CORRENTE carga acumulada tensão armazenada Dt = t1 T

Modulação em Freqüência (FM) CIRCUITOS MODULADORES – MÉTODO DIGITAL KI : condutância Dt = t1 T

Modulação em Freqüência (FM) CIRCUITOS MODULADORES – MÉTODO DIGITAL Emissor Comum amplificador p/ peq. sinais com inversão de fase seguidor de emissor FPF(f0) multivibrador astável T3 e T4 fontes de corrente

Modulação em Freqüência (FM) CIRCUITOS MODULADORES – MÉTODO DIGITAL T3 e T4 fontes de corrente b grande → IE ≈ IC = I R4=R5=RE VP = polarização VCONT = VP + [ – em(t) ] VCC – VCONT = vEB + IRE

Modulação em Freqüência (FM) CIRCUITOS MODULADORES – MÉTODO DIGITAL R4=R5=RE Hz / V

Modulação em Freqüência (FM) CIRCUITOS DEMODULADORES Detector de inclinação Detector de inclinação balanceado Detector Foster–Seeley Detector de relação

Circuito RLC paralelo – recordando... na ressonância

Circuito RLC paralelo R L C Z ind. Z cap. índice de mérito

Circuito RLC paralelo R L C

Circuito RLC paralelo R L C

Circuito RLC paralelo R L C

Modulação em Freqüência (FM) CIRCUITOS DEMODULADORES – DETECTOR DE INCLINAÇÃO REGIÃO LINEAR E NÃO RESSONANTE DAV 2Df AV AV0 f0 fR 1) Converte sinal FM em AM 2) Recupera em(t) com um detector de envoltória f0 < fR e B = 2 (Df + fm) DETECTOR DE ENVOLTÓRIA CIRCUITO RESSONANTE eREC(t) = K+ em(t)

Modulação em Freqüência (FM) CIRCUITOS DEMODULADORES – DETECTOR DE INCLINAÇÃO Converte sinal FM em AM Ganho linear do filtro fora da ressonância FM AM Recupera em(t) com um detector de envoltória DETECTOR DE ENVOLTÓRIA CIRCUITO RESSONANTE eREC(t) = K+ em(t)

Modulação em Freqüência (FM) DEMODULADORES – DETECTOR DE INCLINAÇÃO BALANCEADA Detectores de inclinação simétricos eFM(t) D2 D1 eREC(t)=K+em(t) =vC4–vC5

Modulação em Freqüência (FM) DEMODULADORES – DETECTOR DE INCLINAÇÃO BALANCEADA eFM(t) D2 D1 eREC(t)=K+em(t) =vC4–vC5

Circuito RLC paralelo, retomando...

Modulação em Freqüência (FM) DEMODULADORES – DETECTOR DE INCLINAÇÃO BALANCEADA f0 = 10,7 MHz (FI) f1 = 10,7 – 0,2 = 10,5 MHz f2 = 10,7 + 0,2 = 10,9 MHz Q f 10,5 10,6 10,65 10,7 10,75 10,8 10,85 10,9 10 Av -0,19 -0,11 -0,05 0,06 0,11 0,16 0,20 50 -0,74 -0,38 -0,17 0,41 0,62 0,75 200 -0,93 -0,16 -0,06 0,07 0,17 0,40 0,93

Modulação em Freqüência (FM) DEMODULADORES – DETECTOR FOSTER – SEELEY DISCRIMINADOR DE FASE Defasagem no sinal de fuga da sintonia f0 de um circuito LC circuitos ressonantes simétricos L2C2 L3C3 a L2 vFM acoplado entre L2 e L3 = |va| – |vb| L3 tensão secundária em quadratura adiantada da primária b

Modulação em Freqüência (FM) DEMODULADORES – DETECTOR FOSTER – SEELEY DISCRIMINADOR DE FASE f = fr carga resistiva I em fase com vFM vFM acoplado entre L2 e L3 V2/2 Va a I vFM V2/2 Vb L2 L3 vO = |va| – |vb| vO = 0 b

Modulação em Freqüência (FM) DEMODULADORES – DETECTOR FOSTER – SEELEY DISCRIMINADOR DE FASE f < fr carga indutiva I atrasada de vFM vFM acoplado entre L2 e L3 V2/2 Va a vFM V2/2 Vb I L2 L3 vO = |va| – |vb| vO > 0 b

Modulação em Freqüência (FM) DEMODULADORES – DETECTOR FOSTER – SEELEY DISCRIMINADOR DE FASE f > fr carga capacitiva I adiantada de vFM vFM acoplado entre L2 e L3 V2/2 Va a I vFM V2/2 Vb L2 L3 vO = |va| – |vb| vO < 0 b

Modulação em Freqüência (FM) DEMODULADORES – DETECTOR FOSTER – SEELEY DISCRIMINADOR DE FASE DESVANTAGEM: Detecta variações na amplitude de vFM vO = |va| – |vb| V2/2 Va a vFM V2/2 Vb I L2 L3 Os fasores Va e Vb variam com vFM b

Modulação em Freqüência (FM) DEMODULADORES – DETECTOR DE RELAÇÃO DISCRIMINADOR DE FASE Defasagem no sinal de fuga da sintonia f0 de um circuito LC circuitos ressonantes simétricos va + vb cte vFM acoplado entre L2 e L3 tensão secundária em quadratura adiantada da primária diagramas fasoriais de Foster – Seeley

Modulação em Freqüência (FM) DEMODULADORES – DETECTOR DE RELAÇÃO DISCRIMINADOR DE FASE Independente de vFM: va + vb constante Constante de tempo (R1 + R2) C6 alta. Compensação: va aum. → vb dim. va dim. → vb aum. va + vb cte

F I M