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Tipos de modulação de sinal
Tipos de modulação de sinal

Rádio

O funcionamento de um rádio pode ser descrito em várias etapas. Um microfone recebe a voz e a transforma em um sinal elétrico. O sinal é então processado pelos elementos transmissores através de vários estágios, e é transmitido de volta para a antena transmissora através de um cabo.

Este mesmo sinal é convertido pela antena transmissora em ondas eletromagnéticas que serão enviadas para uma antena receptora. As ondas eletromagnéticas resultantes da transformação do sinal elétrico produzido pelo microfone viajam na velocidade da luz, refletem na ionosfera para acabar em uma antena receptora.
Relés terrestres são usados para garantir que as ondas alcancem receptores localizados longe do transmissor. Satélites também podem ser usados.

Uma vez que as ondas eletromagnéticas chegam ao receptor, a antena receptora as transforma em um sinal elétrico. Este sinal elétrico é então transmitido ao receptor através de um cabo. Ele é então transformado em um sinal audível pelos elementos receptores.
O sinal sonoro obtido desta forma é reproduzido pelos alto-falantes na forma de sons.

Transmissor e receptor

O transmissor é um dispositivo eletrônico. Garante a transmissão de informações através da emissão de ondas de rádio. É constituído essencialmente por três elementos : o gerador de oscilação que assegura a conversão da corrente eléctrica na oscilação de radiofrequência,
o transdutor, que garante a transmissão de informações através de um microfone, e o amplificador que, dependendo da frequência escolhida, garante a amplificação da força das oscilações.

O receptor é usado para captar as ondas emitidas pelo transmissor. É composto por vários elementos : o oscilador, que processa o sinal de entrada, e o de saída, e o amplificador, que amplifica os sinais elétricos captados.
o demodulador que garante a retransmissão exata do som original, os filtros que garantem a eliminação de sinais que poderiam estragar a percepção adequada das mensagens e o alto-falante que serve para converter os sinais elétricos em mensagens sonoras para que possam ser percebidos pelos seres humanos.

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Portador de IC

Às vezes ouvimos falar em "portador" (carrier em inglês) ou "HF carrier" sem saber realmente o que é. Uma portadora é simplesmente um sinal que serve como um meio para transportar o sinal útil (aquele que você deseja transmitir, como voz, música, dados analógicos ou digitais).
Quando ficamos no campo das transmissões analógicas, a portadora é um sinal senoidal simples e único. No domínio da radiodifusão digital (TDT e TDT, por exemplo) há uma multiplicidade de transportadoras que partilham a informação a transmitir.
Não vamos falar aqui sobre o caso dessas multioperadoras. A particularidade de uma portadora é que ela oscila em uma frequência muito maior do que a frequência máxima do sinal a ser transmitido. Suponha que você queira transmitir um discurso falado ou cantado por 10 km ao redor (ou no preto, se o falante falar rapidamente).
É usado um único transmissor que "emite ondas" que vários receptores podem captar simultaneamente.

Mas a física não pode ser inventada. Se você quiser transmitir a voz do alto-falante simplesmente conectando um loop com fio ou uma antena enorme à saída do amplificador LF, ele funcionará, mas não muito longe (conte alguns metros ou até dezenas de metros).
Para que a transmissão ocorra em uma distância confortável, deve-se usar uma onda portadora, que atua como intermediária e que tem menos dificuldade em atravessar distâncias. A escolha da frequência desta onda portadora depende de :

- o tipo de informação a transmitir (voz, rádio, notícias ou televisão digital HD),

- desempenho esperado;

- a distância que pretende percorrer,

- o relevo do terreno entre o transmissor e o receptor (a partir de 50 MHz, as ondas se propagam cada vez mais em linha reta e temem obstáculos),

- o preço que concorda em pagar ao seu fornecedor de electricidade ou revendedor de baterias,

- autorizações que as autoridades competentes estejam dispostas a conceder-nos.

Porque você pode imaginar os problemas das ondas que colidem se ninguém veio colocar um pouco de ordem nisso ! Tudo isso é altamente regulado, e faixas de frequência foram reservadas para este ou aquele tipo de transmissão (CB, radiodifusão, televisão, telefones celulares, radares, etc.).
Além dessas reservas de faixa de frequência, são exigidas características técnicas bastante rigorosas dos circuitos transmissores para limitar ao máximo o risco de interferência com outros equipamentos que não necessariamente operam nas mesmas faixas de frequência.
Dois circuitos transmissores vizinhos que trabalham em frequências muito altas e próximos um do outro podem muito bem bloquear um receptor trabalhando em uma faixa de frequência muito mais baixa. Especialmente verdadeiro se os dispositivos são caseiros e eles são insuficientemente filtrados na saída HF.
Em suma, antes de se aventurar no campo da radiodifusão, é melhor ter algum conhecimento dos riscos de interferência envolvidos.
Transmissão de frequência modulada
Transmissão de frequência modulada

Transmissão de frequência modulada (FM)

Neste modo de transporte, temos uma portadora cuja amplitude permanece constante independentemente da amplitude do sinal modulador. Em vez de alterar a amplitude da portadora, sua frequência instantânea é alterada. Na ausência de modulação (amplitude do sinal modulador igual a zero), a frequência da portadora permanece em um valor perfeitamente definido e estável, que é chamado de frequência central.
O valor do deslocamento da frequência portadora depende da amplitude do sinal modulador : quanto maior a amplitude do sinal modulador, mais distante a frequência portadora está de seu valor original. A direção do deslocamento de frequência depende da polaridade da alternância do sinal modulador.
Para uma alternância positiva a frequência do portador é aumentada, e para uma alternância negativa a frequência do portador é diminuída. Mas essa escolha é arbitrária, poderíamos muito bem fazer o contrário ! A quantidade de variação na frequência portadora é chamada de desvio de frequência.
O desvio de frequência máxima pode assumir valores diferentes, por exemplo, +/-5 kHz para uma frequência portadora de 27 MHz ou +/-75 kHz para uma frequência portadora de 100 MHz.
Os gráficos a seguir mostram um sinal modulador com uma frequência fixa de 1 kHz modulando uma portadora de 40 kHz (a escala horizontal está bem dilatada para ver melhor o que está acontecendo em todas as variações).

Sinal de áudio real

Se substituirmos o sinal de modulação fixa de 1 kHz por um sinal de áudio real, é assim que parece.
Este segundo conjunto de curvas é bastante revelador, pelo menos para a curva verde para a qual o desvio de frequência máxima é muito claro porque é "bem ajustado". Se fizermos a correspondência entre o sinal modulador (curva amarela) e o portador modulado (curva verde), podemos ver perfeitamente que as variações na amplitude da portadora são mais lentas
- que corresponde bem a uma frequência mais baixa - quando o sinal modulador está em seu menor valor (pico negativo).
Por outro lado, a frequência máxima da portadora é obtida para os picos positivos do sinal modulador (um pouco menos fácil de ver nas curvas, mas sentimos isso com as partes mais "preenchidas").
Ao mesmo tempo, a amplitude máxima da portadora permanece perfeitamente constante, não havendo modulação de amplitude relacionada ao sinal da fonte moduladora.
Um receptor de rádio pode ser simples
Um receptor de rádio pode ser simples

Recepção

Para fazer um receptor de FM, você pode sobreviver com alguns transistores ou com um único circuito integrado (um TDA7000 por exemplo). Mas, neste caso, obtemos uma qualidade de audição padrão. Para uma escuta "high-end", é preciso dar tudo de si e conhecer bem o assunto. E isso é ainda mais verdadeiro quando se trata de decodificar um sinal de áudio estéreo.
E sim, sem um decodificador estéreo, você tem um sinal mono onde os canais esquerdo e direito são misturados (se o programa de rádio é transmitido em estéreo, é claro). Do ponto de vista da alta frequência, o sinal de origem não é visível na amplitude da portadora e você não pode ficar satisfeito com um retificador/filtro como o usado em um receptor AM.
Como o sinal útil está "escondido" nas variações de frequência da portadora, deve-se encontrar uma maneira de transformar essas variações de frequência em variações de tensão, um processo que é o oposto (espelho) daquele usado para transmissão.

O sistema que executa essa função é chamado de discriminador de FM e consiste basicamente de um circuito oscilante (e ressonante) cuja resposta de frequência/amplitude tem a forma de um "sino". Para a função de discriminação, componentes discretos (pequenos transformadores, diodos e capacitores) ou um circuito integrado especializado (SO41P por exemplo) podem ser usados.

Transmissão digital

Em sua aplicação mais simples, uma transmissão digital dá à portadora a possibilidade de ter dois estados possíveis que correspondem a um estado lógico alto (valor 1) ou um estado lógico baixo (valor 0).
Esses dois estados podem ser identificados por uma amplitude diferente da portadora (analogia óbvia a ser feita com a modulação de amplitude), ou por um valor diferente de sua frequência (modulação de frequência).
No modo AM, por exemplo, podemos decidir que uma taxa de modulação de 10% corresponde a um estado lógico baixo e que uma taxa de modulação de 90% corresponde a um estado lógico alto.

No modo FM, por exemplo, você pode decidir que a frequência central corresponde a um estado lógico baixo e que um desvio de frequência de 10 kHz corresponde a um estado lógico alto.
Se você deseja transmitir uma quantidade muito grande de informações digitais em um tempo muito curto e com forte proteção contra erros de transmissão (detecção e correção avançada de erros), você pode transmitir várias operadoras ao mesmo tempo e não apenas uma.
Por exemplo, 4 transportadoras, 100 transportadoras ou mais de 1000 transportadoras.
É o que se faz para a televisão digital terrestre (TDT) e a rádio digital terrestre (TDT), por exemplo.

Em controles remotos antigos para modelos em escala, uma função de transmissão digital muito simples poderia ser usada : ativação ou desativação da portadora HF do transmissor, com um receptor que simplesmente detectava a presença ou ausência da portadora (sem uma portadora tínhamos muito fôlego então "BF" de alto volume,
e na presença de um portador, a respiração desapareceu, o sinal "BF" desapareceu).
Em outros tipos de controle remoto, foi implementado um princípio de "proporcionalidade" que possibilitou a transmissão de várias informações seguidas, simplesmente usando monoestáveis produzindo slots de duração variável. A duração dos pulsos recebidos correspondeu a valores "numéricos" muito precisos.

Transmissão de voz ou música

A transmissão da fala não requer grande qualidade sonora, desde que se trate de transmitir uma mensagem informativa. O principal é que a gente entenda o que está sendo dito. Por outro lado, esperamos mais da qualidade da transmissão quando se trata da voz ou da música de um cantor.
Por esta razão, os métodos de transmissão utilizados para um par de intercomunicadores ou walkie-talkies e os utilizados para a radiodifusão não se baseiam em regras estritamente idênticas. Não podemos dizer que temos um som necessariamente melhor com transmissão de frequência modulada do que aquele transmitido em modulação de amplitude (AM em francês, AM em inglês).
Mesmo que seja óbvio que o seu sintonizador hifi dá melhores resultados na banda FM 88-108 MHz. Se você quiser, você pode ir muito bem em AM e você pode ir muito mal em FM. Assim como você pode fazer áudio analógico muito bom e áudio digital muito ruim.
Se você quiser transmitir música de um cômodo para outro em sua casa ou da garagem para o jardim, você pode construir um pequeno transmissor de rádio que pode transmitir na banda FM ou na banda de ondas pequenas (PO em francês, MW em inglês), caso em que um receptor comercial pode fazer o complemento.
Em FM você obterá melhores resultados de som, simplesmente porque os padrões de transmissão fornecem uma largura de banda muito diferente da disponível nas bandas AM (GO, PO e OC). A maior sensibilidade de um receptor AM à interferência do ambiente (atmosférica e industrial) também tem muito a ver com isso.

Transmissão de dados analógicos "lenta"

Aqui, trata-se de transmitir um valor analógico, como uma temperatura, uma corrente, uma pressão, uma quantidade de luz, etc., que primeiro será transformado de antemão em uma tensão direta que seja proporcional a ele.
Existem vários métodos e é claro que cada um tem suas vantagens e desvantagens, você pode usar modulação de amplitude ou modulação de frequência. O termo modulação de amplitude ou modulação de frequência é um tanto exagerado, pois se o valor analógico a ser transmitido não variar,
A portadora mantém suas características de amplitude e frequência que correspondem ao valor a ser transmitido em andamento. Mas é preciso falar da grandeza que varia. Na verdade, não é mais difícil transmitir informações que variam pouco (ou quase nada) do que informações que variam rapidamente.
Mas nem sempre você pode usar um transmissor de rádio AM ou FM clássico (disponível comercialmente ou em forma de kit) porque este último pode muito bem ter um filtro passa-baixa na entrada que limita as variações de tensão lentas.

E se um capacitor de link é implantado no caminho do sinal de entrada, então a operação é simplesmente impossível ! Modificar tal emissor para torná-lo "compatível" nem sempre é fácil...
que pode envolver o projeto de um conjunto transmissor/receptor especializado para a operação.
Mas se olharmos o problema de lado, percebemos que podemos muito bem transmitir um sinal cuja amplitude, dependendo do valor da tensão contínua a ser transmitida, faz com que a portadora varie. E se o sinal modulador intermediário estiver dentro da banda audível (por exemplo, entre 100 Hz e 10 kHz), então o uso de um transmissor de rádio convencional pode ser considerado novamente.

Como você pode ver, um conversor de tensão/frequência simples no lado da transmissão e seu complemento um conversor de frequência/tensão no lado do receptor é uma solução entre outros exemplos.

Transmissão Digital de Dados

Cuidado para não confundir "transmissão digital" e "transmissão digital de dados". Podemos transmitir informações analógicas com um modo de transmissão digital, assim como podemos transmitir dados digitais com um modo de transmissão analógico, mesmo que para este último caso possamos discuti-lo.
Para transmitir dados digitais com um modo de transmissão analógico, pode-se assumir que os níveis elétricos dos sinais digitais correspondem ao mínimo e máximo de um sinal analógico.
No entanto, tenha cuidado com a forma dos sinais digitais, que se forem rápidos e quadrados, podem conter uma alta taxa de harmônicos que não podem necessariamente ser digeridos pelo transmissor.
Pode ser necessário transmitir os dados digitais com sinais com uma "forma analógica", como o seno. Se os dados digitais a serem transmitidos são muito importantes (acesso seguro com código de acesso, por exemplo), alguns cuidados devem ser tomados.

De fato, em nenhum caso se pode considerar que a transmissão de um ponto a outro estará livre de defeitos, e parte da informação transmitida pode muito bem nunca chegar ou chegar distorcida e inutilizável.
As informações transmitidas podem, portanto, ser complementadas por informações de controle (CRC, por exemplo) ou simplesmente ser repetidas duas ou três vezes seguidas.
https : //onde-numerique.fr/la-radio-comment-ca-marche/

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