Princípios de Comunicação Conceitos de FM (2ª. Parte) Prof. Dr. Naasson Pereira de Alcantara Jr....
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Princípios de Comunicação
Conceitos de FM (2ª. Parte)
Prof. Dr. Naasson Pereira de Alcantara Jr.Prof. Dr. Claudio Vara de Aquino
UNESP - FE – [email protected]@feb.unesp.br
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 → menores antenas (dimensões viáveis)
MODULAÇÃO - recordando
Conceitos de Modulação
Recebe duas entradas, e produz uma saída.
Modulação: adequação da informação (voz, dados etc) gerada por uma fonte, possibilitando uma transmissão eficiente.
modulação
INFORMAÇÃOSinal modulante
Onda portadora
Sinal modulado
INTERFERÊNCIA CONSTRUTIVA
Conceitos de Modulação
Alteração da onda portadora em::
Amplitude Freqüência Fase
Modulação: alteração da onda portadora, proporcionalmente ao sinal modulante (informação)
PMFMAM
Modulação Analógica
Sc = Ac(t) cos(ω0t + Φ0)
Sc = Ac cos[ω(t).t + Φ0]
Modulação em Amplitude (AM):
Modulação em Freqüência (FM):
Modulação em Fase (PM):
Sc = Ac cos[ω0t + Φ(t)]
SINAL MODULANTE
t
mF dtteKEte0 00 )(.cos
Modulação em Freqüência (FM)
Interferência direta deem(t) na velocidade angularou na freqüênciainstantânea do sinal modulado e(t)
000
→ freqs. iguais para e(t) e e0(t)
→ aumento da freq. de e(t) em relação a e0(t)
→ diminuição da freq. e(t) em relação a e0(t)
0
00
tetete
m
m
m
variando no tempo
tem
Modulação em Freqüência (FM)
)(
.cos 00 tsen
EKtEte m
m
mF
t
mmF dttEKEte0 00 )cos(.cos
tmmF dttEKtEte
000 )cos(.cos
)(
.cos 00 tsen
EKtEte m
m
mF
Modulação em Freqüência (FM)
mmm
mF
ffEK maxmax. índice de modulação FM:
desvio máximo de fase que sofreo sinal modulado.
)(cos 00 tsentEte m FM: Frequency Modulation
t
mF dtteKEte0 00 )(.cos
KF
KF: constante de modulação em freqüência
variações deem(t)
variações de freq.(t)
CIRCUITO MODULADOR FM
Modulação em Freqüência (FM)
Interferência direta deem(t) na velocidade angular(ou na freqüência)instantânea do sinal modulado e(t)
Modulação em Freqüência (FM)
)(cos 00 tsentEte m
mmm
mF
ffEK maxmax.
índice de modulação FM
tEte mmm cos
)(
.cos 00 tsen
EKtEte m
m
mF
Modulação em Freqüência (FM)
)(
)(costsensentsen
m
m
)(cos 00 tsentEte m
)(.
)(cos.cos
00
00
tsensentsenEtsentEte
m
m
Funções de Bessel
m
mF
m
EKff
.
22 max
Modulação em Freqüência (FM)
...6cos24cos2
2cos2)(cos
64
20
tJtJtJJtsen
mm
mm
Funções de Bessel de 1ª. espécie
...7252
322)(
75
31
tsenJtsenJtsenJtsenJtsensen
mm
mmm
nJ → gráfico ou tabela
Modulação em Freqüência (FM)
Funções de Bessel de 1ª. Espécie – propriedades fundamentais:
290
1
98,02...222 223
22
21
20
nJJJJJ nP2
n
JJJJJ n 12...222 223
22
21
20 P1
Modulação em Freqüência (FM)
...52322
...4cos22cos2
cos
5
3100
4
2000
tsenJtsenJtsenJ
tsenE
tJtJJ
tEte
m
mm
m
m
)(cos 00 tsentEte m
)(.
)(cos.cos
00
00
tsensentsenEtsentEte
m
m
Modulação em Freqüência (FM)
e
f
Espectro de amplitudes para FM de Faixa Larga
f0
00 EJ
f0+2fmf0–2fm
02 EJ 02 EJ
f0+fmf0–fm
01 EJ
01 EJ
f0+3fmf0–3fm
03 EJ
03 EJ
f0+4fmf0–4fm
04 EJ 04 EJ
Modulação em Freqüência (FM)
Potência média
ZEP2
20
n
i
i
ZE
P1
2
2
...22222
202
202
201
201
200
ZEJ
ZEJ
ZEJ
ZEJ
ZEJP
1
24
23
22
21
20
20 ...2222
2JJJJJ
ZE
P
Banda Infinita
Modulação em Freqüência (FM)
Potência média
ZEP
298,0 2
0
n
i
i
ZE
P1
2
2
198,0
224
23
22
21
20
20 2...2222
2ncom
nJJJJJJZEP
1
98,02...222 223
22
21
20
nJJJJJ n
Banda Limitada
prejuízo de 2 %
Modulação em Freqüência (FM)
LARGURA DE FAIXA OCUPADA PELO SINAL FM
f
P
0fmnff 0 nn mnff 0
max2 ffB m
.. dirm
esqm nfnfB
mnfB 2
largura limitada
mfB 12
1n
mm ffmaxmax
mm
fff
B
12 max
Modulação em Freqüência (FM)
LARGURA DE FAIXA OCUPADA PELO SINAL FM
f
P
0fmnff 0 nn mnff 0
max2 ffB m
RADIODIFUSÃO COMERCIAL
FCCFederal Communications Comission
fm ≤ 15 kHz
fmax ≤ 75 kHz
Modulação em Freqüência (FM)
0,75 MHz ≤ f ≤ 4 MHz AM – SSB
fmax ≤ 25 kHzfm ≤ 15 kHz
Em TV:
0 ≤ f ≤ 0,75 MHz AM – DSBmais detalhes AM – VSB
AM – VSB: Amplitude Modulation – Vestigial Side Band
Som
Imagem
FM
Modulação em Freqüência (FM)
LARGURA DE FAIXA OCUPADA PELO SINAL FM
f
P
0fmnff 0 nn mnff 0
max2 ffB m
FCC:
B = 2 (15 + 25) = 80 kHz
som da TV
B = 2 (15 + 75) = 180 kHz
radiodifusão comercial
Modulação em Freqüência (FM)
LARGURA DE FAIXA OCUPADA PELO SINAL FM
f
mnff 0 7575 mnff 0
kHzBffm
18075152max
ESPECTRO VHF10888
MHz
0,2
1002,088108
emissoras
50 emissoras em faixas alternadasAfastamento mínimo de 400 kHzRisco mínimo de interferências
banda de guarda: 20 kHz
0f
Modulação em Freqüência (FM)
eN
f
Transmissão por Ondas EletroMagnéticas
Ruídos na comunicação – sempre presente
Relação sinal / ruído dBeerN
SN
log20
Aumenta com a freqüência
Modulação em Freqüência (FM)
PREÊNFASE e DEÊNFASE
ATENUAR RUÍDOS EM ALTAS FREQUENCIASDESFAZER A ENFATIZAÇÃO DO SINAL MODULANTE
REFORÇAR SINAL EM ALTAS FREQUENCIASENFATIZAR O SINAL MODULANTE
RECEPÇÃO
TRANSMISSÃO
Modulação em Freqüência (FM)
PREÊNFASE REFORÇAR SINAL EM ALTAS FREQUENCIASENFATIZAR O SINAL NA TRANSMISSÃO
ganho do circuito
i
ov V
VdBG log20)(
21
20 log20)(
RRRdBG
sem enfatização
C: curto
C: aberto
0
Modulação em Freqüência (FM)
PREÊNFASE REFORÇAR SINAL EM ALTAS FREQUENCIASENFATIZAR O SINAL NA TRANSMISSÃO
dBVV
i
o 321log20
inícioCR
fRXC1
11 21
CRR
RR2
1fRR
RRX
21
212
21
21C
final
dBVV
i
o 32log202log10
Freqüências de corte
0
Modulação em Freqüência (FM)
PREÊNFASE REFORÇAR SINAL EM ALTAS FREQUENCIASENFATIZAR O SINAL NA TRANSMISSÃO
sCR
sCR
50
75
1
1
JISHzf
FCCHzf
318310.502
1
212210.752
1
61
61
Freqüências de corteFCC:Federal CommunicationsComission
JIS:Japanese IndustrialStandard
max
152 mfkHzf
0
Modulação em Freqüência (FM)
DEÊNFASE DESFAZER A ENFATIZAÇÃO DO SINAL NA RECEPÇÃO
ganho do circuito
i
ov V
VdBG log20)(
inícioRC
fRXC 21
1 0
Modulação em Freqüência (FM)
PREÊNFASE e DEÊNFASE
ATENUAR RUÍDOS EM ALTAS FREQUENCIASDESFAZER A ENFATIZAÇÃO DO SINAL MODULANTE
REFORÇAR SINAL EM ALTAS FREQUENCIASENFATIZAR O SINAL MODULANTE
f1
preênfase em G0 + 3 dBdeênfase em – 3 dB
Modulação em Freqüência (FM)
1fnfminmf 2maxffm
Sinal da informação
Curva de preênfase
Informação preenfatizada
Ruído
Informação preenfatizada com ação do ruído
Curva de deênfase
Informação deenfatizada com o ruído atenuado
)(
.cos 00 tsen
EKtEte m
m
mF
Modulação em Freqüência (FM)
mmm
mF
ffEK maxmax.
)(cos 00 tsentEte m
índice de modulação FM:desvio máximo de fase que sofreo sinal modulado.
FM: Frequency Modulation
Modulação em Freqüência (FM)
)(cos 00 tsentEte m
mmm
mF
ffEK maxmax.
índice de modulação FM
tEte mmm cos
)(
.cos 00 tsen
EKtEte m
m
mF
KF
KF: constante de modulação em freqüência
variações deem(t)
variações de freq.(t)
CIRCUITO MODULADOR FM
Modulação em Freqüência (FM)
Interferência direta deem(t) na velocidade angularou na freqüênciainstantânea do sinal modulado e(t)
t
mF dtteKEte0 00 )(.cos
)(cos 00 tsentEte m
Modulação em Freqüência (FM)
Determinação da constante do circuito modulador KF f, ...
m
F Et
K 0
CIRCUITO MODULADORFM EM TESTE
OSCILADOR DEPORTADORA
te0
teFM
osciloscópiov
tem
000 fftetete FMm
fEte mm
mFEKt 0
Modulação em Freqüência (FM)
Determinação da constante do circuito modulador KF f, ...
CIRCUITO MODULADORFM EM TESTE
OSCILADOR DEPORTADORA
0
teFM
~
tem
te0
FILTROMEC.
FPF(f0)
Apagamento da portadora
osciloscópio
teJ 00
100 J
rad404,2
m
mF EK
4,2
0mE
00 J
→ EFM máximo no osciloscópio
Em aum. → aum. até que E=0
...;654,8;52,5;404,2 m
mFEK
m fixa
OSCILADORES
AAv1ˆ
BAv2ˆ
ovCIRCUITOSINTONIZADO
21
1
ˆˆ1
ˆ
ˆˆ
vv
v
i
o
AA
Avv
01AB
1AA;21 vv oscilação
ivdeindepende ˆ
OSCILADORES
Amplificador com realimentação positiva
Entrada: tensão contínua Saída: tensão alternada
AAv1ˆ
BAv2ˆ
+
ovivo vAvAv ˆˆˆˆ21
ivovvo vAvAAv ˆˆˆˆˆ121
21
1
ˆˆ1
ˆ
ˆˆˆ
vv
v
i
ov AA
AvvA
iv ov
ganho de
malhafechada
OSCILADORES
Amplificador com realimentação positiva
Entrada: tensão contínua Saída: tensão alternada
AAv1ˆiv
BAv2ˆ
+ ov
21
1
ˆˆ1
ˆ
ˆˆˆ
vv
v
i
ov AA
AvvA
01
1ˆˆ21
ABAA vv oscilação
ganho infinito
OSCILADORES
AAv1ˆ
BAv2ˆ
ovCIRCUITOSINTONIZADO
21
1
ˆˆ1
ˆ
ˆˆ
vv
v
i
o
AA
Avv
01AB
1AA;21 vv oscilação
ivdeindepende ˆ
OSCILADORES
eFM(t)em(t)
Sinal de FM obtido pelo Oscilador Hartley
AMPLIFICADOR
Oscilador a três impedâncias
Varicap ou Varactordiodo com capacitância variável
+
–
– ––+ ++
–
+ tdACd
Modulação em Freqüência (FM)
CIRCUITOS MODULADORES – MÉTODO DIRETO
Sinal de FM obtido pelo Oscilador Hartley
Modulação em Freqüência (FM)
CIRCUITOS MODULADORES – MÉTODO DIRETOR1, P1, R2: polarização Vp
em torno de C0 – região linear
choque de RF
Vp + em(t) no varicap
Modulação em Freqüência (FM)
CIRCUITOS MODULADORES – MÉTODO DIRETO
2
22
1
CCCCL
d
d
dCL2
1 2CCd
02
010CL
tem
0
0
1
1
CC
CCL
tem
02
010
002 1
1
CCCL
onda portadora
modulação
Modulação em Freqüência (FM)
CIRCUITOS MODULADORES
Método Diretofreqüência de ressonância de um oscilador
Método Indiretomultiplicação de freqüência heterodinação
Método DigitalPFM (Pulse Frequency Modulation)
OSCILADORES
eFM(t)em(t)
Sinal de FM obtido pelo Oscilador Hartley
AMPLIFICADOR
Oscilador a três impedâncias
Varicap ou Varactordiodo com capacitância variável
+
–
– ––+ ++
–
+ tdACd
Modulação em Freqüência (FM)
CIRCUITOS MODULADORES – MÉTODO DIRETO
Sinal de FM obtido pelo Oscilador Hartley
Modulação em Freqüência (FM)
CIRCUITOS MODULADORES – MÉTODO DIRETO
2
22
1
CCCCL
d
d
dCL2
1 2CCd
02
010CL
tem
0
0
1
1
CC
CCL
tem
02
010
002 1
1
CCCL
portadora
Modulação em Freqüência (FM)
CIRCUITOS MODULADORES – MÉTODO DIRETO
20
20
20
1221
CCCCCC
CCL
tem
02
010
002 1
1
CCCL
023,0209,03,0 20
200 CCeCCCC
0
0
1
1
CC
00
0
0 111
11
CCCCCC
CC
00
20
200
11221
CCCCCCCCCC
3,00
CC
Modulação em Freqüência (FM)
CIRCUITOS MODULADORES – MÉTODO DIRETO
CCL
tem
02
010
002 1
1
CCCL
023,0209,03,0 20
200 CCeCCCC
01
1
CC
0
0
1
1
CC
20
20
20
1221
CCCCCC
02
1CC
Modulação em Freqüência (FM)
CIRCUITOS MODULADORES – MÉTODO DIRETO
00 2CC
023,0209,03,0 20
200 CCeCCCC
01
1
CC
20
20
20
1221
CCCCCC
02
1CC
000
000 22
1CC
CC
Variações lineares(pequenas)do varicap em torno de C0
Modulação em freqüência – FM
0
00 110CC
tem
Modulação em Freqüência (FM)
CIRCUITOS MODULADORES – MÉTODO DIRETO
00 2CC
Modulação em freqüência – FM
teK mF 0
VKF 0
022
00
0
0
0
CF KCV
CC
K
VVKF
0
2VpV1V2C0C1C
C
V
012
12
VVCCK
VC
C
VCC
KF
1
2 0
0
declividadenegativa
Modulação em Freqüência (FM)
CIRCUITOS MODULADORES – MÉTODO DIGITAL
Modulaçãoem frequência
Filtragemda fundamental
Ondaquadrada
Sinal modulanteinformação
Modulação em Freqüência (FM)
CIRCUITOS MODULADORES – MÉTODO DIGITAL
MULTIVRIBADOR ASTÁVELT1 saturado → vA = vB ≈ 0 → T2 cortadoRC2C2 leva vD a + VCC
RB2C1 leva vB a 0,7 V → T2 saturadovD = 0 e vC = – VCC → T1 cortadoRC1C1 leva vA a + VCC
RB1C2 leva vC a 0,7 V → T1 saturadoT1 conduzC1 descarregado
O,7 V
c.i.:
Modulação em Freqüência (FM)
CIRCUITOS MODULADORES – MÉTODO DIGITAL
MULTIVRIBADOR ASTÁVELT1 saturado → vA = vB ≈ 0 → T2 cortadoRC2C2 leva vD a + VCC
RB2C1 leva vB a 0,7 V → T2 saturadovD = 0 e vC = – VCC → T1 cortadoRC1C1 leva vA a + VCC
RB1C2 leva vC a 0,7 V → T1 saturado
0,7 V
– VCC
Modulação em Freqüência (FM)
CIRCUITOS MODULADORES – MÉTODO DIGITAL
MULTIVRIBADOR ASTÁVELT1 saturado → vA = vB ≈ 0 → T2 cortadoRC2C2 leva vD a + VCC
RB2C1 leva vB a 0,7 V → T2 saturadovD = 0 e vC = – VCC → T1 cortadoRC1C1 leva vA a + VCC
RB1C2 leva vC a 0,7 V → T1 saturado– VCC
0,7 V
Modulação em Freqüência (FM)
CIRCUITOS MODULADORES – MÉTODO DIGITAL
MULTIVRIBADOR ASTÁVELT1 saturado → vA = vB ≈ 0 → T2 cortadoRC2C2 leva vD a + VCC
RB2C1 leva vB a 0,7 V → T2 saturadovD = 0 e vC = – VCC → T1 cortadoRC1C1 leva vA a + VCC
RB1C2 leva vC a 0,7 V → T1 saturado
onda quadradana saída
Modulação em Freqüência (FM)
CIRCUITOS MODULADORES – MÉTODO DIGITAL
MULTIVRIBADOR ASTÁVEL
Modulação em Freqüência (FM)
CIRCUITOS MODULADORES – MÉTODO DIGITAL
MULTIVIBRADOR ASTÁVEL COM
GERADORES DE CORRENTE
21T
ICV
t CC
tIQ carga acumulada
t = t1
T
tensão armazenadaCQV
CCCVIf
2
CItVCC 1
Modulação em Freqüência (FM)
CIRCUITOS MODULADORES – MÉTODO DIGITAL
t = t1
T
teKIti mI 0
f
CC
mI
f
CC CVteK
CVI
f
22
0
0
CCCVIf
2
KI : condutância
amplificador p/ peq. sinaiscom inversão de fase
multivibrador astável T3 e T4 fontes de corrente
seguidordeemissor
FPF(f0)
Modulação em Freqüência (FM)
CIRCUITOS MODULADORES – MÉTODO DIGITAL
EMISSOR COMUM
Modulação em Freqüência (FM)
CIRCUITOS MODULADORES – MÉTODO DIGITAL
R4=R5=RE
T3 e T4 fontes de corrente
grande → IE ≈ IC = I
VCONT = VP + [ – em(t) ]VP = polarização
VCC – VCONT = vEB + IRE
I
E
m
I
E
EBPCC
Rte
RvVV
I
0
EEBmPCC IRvteVV
Modulação em Freqüência (FM)
CIRCUITOS MODULADORES – MÉTODO DIGITAL
R4=R5=RE
CCCVtif
2
CCEF CVRK
21
I
E
m
I
E
EBPCC
Rte
RvVV
I
0
f
ECC
m
f
ECC
EBPCC
RCVte
RCVvVV
f
22
0
teKftf mF 0 Hz / V
Modulação em Freqüência (FM)
CIRCUITOS DEMODULADORES
Detector de inclinação balanceado
Detector de inclinação
Detector Foster–Seeley
Detector de relação
F I M