Frecuencia modulada
La frecuencia modulada (FM),[1] o modulación de frecuencia,[2][3] es una técnica de modulación angular[4][n 1] que permite transmitir información a través de una onda portadora variando su frecuencia.
En aplicaciones analógicas, la frecuencia instantánea de la señal modulada es proporcional al valor instantáneo de la señal moduladora.
Se utiliza una transmisión de banda estrecha o N-FM (de la sigla en inglés "Narrow-FM") para comunicaciones de voz en la radio de dos vías, a diferencia del tipo que se usa en la radiodifusión comercial FM que se llama FM de banda ancha o W-FM.
Además, se utiliza para enviar señales al espacio.
Dentro de los avances más importantes que se presentan en las comunicaciones, uno de los más importantes es, sin duda, la mejora de un sistema de transmisión y recepción en características como la relación señal-ruido, pues permite una mayor seguridad en las mismas.
Es así como el paso de modulación de amplitud (AM), a la modulación de frecuencia (FM) establece un importante avance no solo en el mejoramiento que presenta la relación señal ruido, sino también en la mayor resistencia al efecto del desvanecimiento y a la interferencia, tan comunes en AM.
Esta técnica se denomina «modulación de frecuencia»,[2][3] aunque también se usa el término «frecuencia modulada», del inglés «frequency modulation», sinónimo del primero.
[1] Como abreviatura de ambas denominaciones se usa la sigla «FM».
c: frecuencia angular constante de la señal y
En la modulación angular, la amplitud de una señal senoidal, denominada portadora, se mantiene constante y la desviación de fase cambia continuamente con el tiempo de modo que su frecuencia angular instantánea en determinado momento
en todo momento es la integral de la ecuación (2) respecto al tiempo: (3)
es también conocido como sensibilidad a la desviación del modulador de frecuencia cuya unidad es radianes/(V*s).
La expresión que acompaña en (7) a la función seno es el índice de modulación para FM
, en función del número de bandas laterales y el índice de modulación m. Las amplitudes de portadora y las bandas laterales se ilustran para diferentes índices de modulación de señales FM y en los casos en que esta cifra no es visible, se debe a que la amplitud de tales bandas es menor a 0,01.
, teniendo en cuenta que solo se visualiza la mitad de las bandas laterales, ya que las demás son iguales en amplitud: En una ponencia de 1922, el ingeniero e inventor estadounidense John Renshaw Carson desarrolló una regla general que establece que casi toda la potencia (aproximadamente, el 98 %) de una señal modulada en frecuencia, se encuentra dentro de un ancho de banda
En caso de no ser así, se aplica una ecuación semejante a la anterior:
es la máxima frecuencia de la señal moduladora y
[6] La FM para radiodifusión de banda ancha (W-FM) requiere un mayor ancho de banda que la modulación de amplitud para la misma señal moduladora, pero a su vez hace a la señal más resistente al ruido y la interferencia.
La modulación de frecuencia es también más resistente al fenómeno del desvanecimiento, muy común en la AM.
Por estas razones, la FM fue escogida como el estándar para la transmisión de radio de alta fidelidad, resultando en el término "Radio FM" (aunque por muchos años la BBC la llamó "Radio VHF", ya que la radiodifusión en FM usa una parte importante de la banda VHF).
Sin embargo, la desviación por frecuencia o falta de selectividad puede causar que una estación o señal sea repentinamente tomada por otra en un canal adyacente.
La desviación por frecuencia generalmente constituyó un problema en receptores viejos o baratos, mientras que la selectividad inadecuada puede afectar a cualquier aparato.
No obstante, esto se hace mediante el uso de multiplexación y demultiplexación antes y después del proceso de la FM: Se compone una señal moduladora (en banda base) con la suma de los dos canales (izquierdo y derecho), y se añade un tono piloto a 19 kHz; se modula a continuación una señal diferencia de ambos canales a 38 kHz en doble banda lateral y se le añade a la moduladora anterior.
De este modo se consigue compatibilidad con receptores antiguos que no sean estereofónicos, y además la implementación del demodulador es muy sencilla.
Para una intensidad de señal dada (medida en la antena del receptor), los amplificadores de conmutación utilizan menos potencia y cuestan menos que un amplificador lineal.
Esto le da a la FM otra ventaja sobre otros esquemas de modulación que requieren amplificadores lineales, como la AM y la QAM.
La separación entre dos canales adyacentes es de 200 kHz y la desviación por frecuencia
Aparte de la FM de radiodifusión, entre 87 y 108 MHz, la modulación de frecuencia se usa también en las siguientes aplicaciones: La modulación de una portadora sobre FM, aunque se puede realizar de varias formas, resulta un problema delicado debido a que se necesitan dos características contrapuestas: estabilidad de frecuencia y que la señal moduladora varíe la frecuencia.
Por ello, la solución simple de aplicar la señal moduladora, de manera directa, a un oscilador controlado por tensión (VCO) no es satisfactoria.
Como en el caso del modulador, también es más complejo que el de AM.
