Modulación de amplitud
La amplitud modulada (AM) o modulación de amplitud es una técnica utilizada en el procesamiento de señales y la comunicación electrónica, más comúnmente para la transmisión de información a través de una onda transversal de televisión. La modulación en amplitud (AM) funciona mediante la variación de la amplitud de la señal transmitida en relación con la información que se envía. Contrastando esta con la modulación de frecuencia, en la que se varía la frecuencia, y la modulación de fase, en la que se varía la fase. A mediados de la década de 1870, una forma de modulación de amplitud, inicialmente llamada "corrientes ondulatorias", fue el primer método para enviar con éxito audio a través de líneas telefónicas con una calidad aceptable.
Una gran ventaja de AM es que su demodulación es muy simple y, por consiguiente, los receptores son sencillos y baratos; un ejemplo de esto es la radio de galena. Otras formas de AM como la modulación de banda lateral única o la modulación de doble banda lateral son más eficientes en ancho de banda o potencia, pero en contrapartida los receptores y transmisores son más caros y difíciles de construir, ya que además deberán reinsertar la onda portadora para conformar la AM nuevamente y poder demodular la señal transmitida.
La AM es usada en la radiofonía, en las ondas medias, ondas cortas, e incluso en la VHF: es utilizada en las comunicaciones de radio entre los aviones y las torres de control de los aeropuertos. La onda media comercial, capaz de ser captada por la mayoría de los receptores de uso doméstico, abarca un rango de frecuencia que va desde 500 kHz a 1700 kHz.
La AM también ha sido utilizada en el procesamiento de señales, particularmente en el campo de la producción musical, para generar diversos efectos de sonido. Probablemente, el efecto más popular de ellos es el tremolo (del inglés: trémolo), en el cual una onda portadora simple de baja frecuencia (generada por un LFO) y mantenida usualmente a una frecuencia fija menor a 20 Hz, es modulada por una señal de entrada. Este efecto de sonido puede encontrarse en amplificadores de guitarra, pedales de efectos, sintetizadores y complementos (plug-ins) para estaciones de trabajo de audio digital. Algunos ejemplos en la música son la canción Bang, Bang (My Baby Shot Me Down) de Nancy Sinatra, Born on the Bayou de Creedence Clearwater Revival, o How Soon Is Now? de The Smiths.
Otras unidades de efectos sonoros que también usan la amplitud modulada son:
Vale mencionar que no debe confundirse tremolo (amplitud modulada) con vibrato (frecuencia modulada).
Existen dos posibilidades para la demodulación de una señal modulada en AM. La primera de ellas, la más simple, es solo posible en caso de que se cumpla la condición siguiente:
En este supuesto, la envolvente de la señal modulada, esto es es siempre positiva y para recuperar la señal moduladora es suficiente con un receptor que capte dicha envolvente. Esto se consigue con un simple circuito rectificador con carga capacitiva. Así funcionaba la pionera radio de galena.
La otra opción para la demodulación de la señal modulada en AM es utilizar el mismo tipo de demodulación que se usa en las otras modulaciones lineales. Se trata del demodulador coherente. Para ello, es necesario conocer la frecuencia de la portadora y, en ocasiones, también la fase, lo que requiere la utilización de un PLL (Phase Lock Loop). En este otro supuesto, no es necesario que el índice de modulación sea menor que la unidad, o lo que es lo mismo, no es necesario que la envolvente [1 + m·x(t)] sea siempre positiva.
El demodulador coherente utiliza la siguiente propiedad matemática de la función coseno:
para multiplicar la función por la portadora:
A partir de esto, con un filtro paso bajo y un supresor de continua, se obtiene la señal .
La amplitud máxima de cada banda lateral está dada por la expresión: , siendo la tensión eficaz de la señal moduladora y la tensión eficaz de la portadora. Como la potencia es proporcional al cuadrado de la tensión, la potencia de la señal modulada resultará la suma de la potencia de la señal portadora más la potencia de ambas bandas laterales:
Para que la igualdad sea posible debemos tener en cuenta las potencias en lugar de las tensiones:
En el caso de que la modulación sea al cien por ciento, entonces y por lo tanto la potencia de la señal modulada será:
O lo que es lo mismo:
De lo último se desprende que la onda portadora consumirá dos tercios de la potencia total, dejando un tercio para ambas bandas laterales.
El índice de modulación de AM es una medida de la variación de amplitud que rodea una portadora no modulada. Al igual que con otros índices de modulación, en AM esta cantidad (también llamada "profundidad de modulación") indica la variación introducida por la modulación respecto al nivel de la señal original. En AM, se refiere a las variaciones en la amplitud de la portadora y se define como: donde y son la amplitud del mensaje y la amplitud de la portadora, respectivamente.
Así que si , la amplitud de la portadora varía en un 50 % por encima (y por debajo) de su nivel original; para , la señal varía en un 100 %. Para evitar la distorsión, la profundidad de modulación no deberá exceder del 100 %. En sistemas de transmisión por lo general se incorporará un circuito limitador para asegurar cumplir este requisito. Sin embargo, los demoduladores de AM pueden ser diseñados para detectar la inversión de fase que se produce cuando la modulación excede el 100 %, y automáticamente corrige este defecto. A continuación se muestran unas imágenes en las que se pueden observar los resultados de modular con diferentes índices de modulación.
Estéreo de amplitud modulada modula la amplitud en el estéreo.