Radiofrequenze - seconda parte

di Michele Viola

Modulazione e andamento in frequenza

La modulazione è, in sostanza, la variazione di alcune caratteristiche del segnale portante, tipicamente un tono sinusoidale puro, in modo che le variazioni di tali parametri riproducano l’andamento di uno o più segnali da trasmettere.
Questo comporta, ovviamente, un’alterazione nell’andamento spettrale del tono. L’andamento spettrale di un tono puro corrisponde ad una riga verticale in corrispondenza del tono; l’applicazione della modulazione corrisponde necessariamente ad una modifica della forma d’onda e, di conseguenza, ad una modifica dell’andamento spettrale.
Vale la pena approfondire leggermente tale questione.

Figura 4: a) portante e modulante, sovrapposte; b) oscillazione modulata in ampiezza; c) oscillazione modulata in fase; d) oscillazione modulata in frequenza. Le modulazioni in fase e in frequenza riportate in figura sono volutamente esagerate rispetto alle situazioni reali, al fine di rendere evidente la modulazione (che, altrimenti, sarebbe praticamente invisibile ad occhio).

Modulazione di ampiezza

La trattazione classica della teoria della modulazione mostra in maniera abbastanza semplice che lo spettro di un’oscillazione modulata in ampiezza comprende, oltre ad una riga alla frequenza della portante, due bande laterali a cavallo di tale riga. Per questo motivo, l’oscillazione modulata in ampiezza viene anche detta “a doppia banda laterale” (DSB, Double Side Band). Le due bande laterali inferiore e superiore riproducono, diritto e rovesciato, l’andamento spettrale del segnale modulante, come rappresentato in figura 5.

Figura 5: a) spettro del segnale portante; b) spettro del segnale modulante (contenuto informativo); c) spettro del segnale modulato DSB (occupazione di banda a radiofrequenza).

L’oscillazione modulata AM occupa quindi una banda di frequenze, centrata sulla frequenza della portante, di larghezza pari al doppio della frequenza massima contenuta nello spettro del segnale modulante.
Ciascuna delle due bande laterali corrisponde ad una porzione del segnale modulato che, contenendo tutte le componenti spettrali del segnale modulante, è in grado da sola di rappresentarlo compiutamente. Per questo motivo, al fine di ridurre l’occupazione di banda a radiofrequenza, nella trasmissione radio di segnali modulati in ampiezza si usa tagliare, per mezzo di un filtro, una delle due bande laterali, con l’evidente vantaggio di dimezzare la banda impegnata. Il segnale modulato così ottenuto è chiamato “a singola banda laterale” (SSB, Single Side Band).
Questo filtraggio è possibile senza perdita di informazione solo se le due bande sono sufficientemente distanziate, ovvero se la minima frequenza presente nello spettro del segnale modulante non è troppo bassa, altrimenti ci si può accontentare di filtrare solo in parte una delle due bande, ottenendo una modulazione chiamata VSB, acronimo per Vestigial Side Band.
Per risparmiare anche potenza, oltre all’occupazione di banda, è possibile attenuare anche la portante, oltre ad eliminare la banda laterale inferiore, ottenendo una modulazione a singola banda laterale con portante soppressa (SSB-SC, Single Side Band - Suppressed Carrier).

Modulazione d’angolo

In un’oscillazione modulata d’angolo, le perturbazioni sulla fase di un tono puro sono proporzionali, o comunque correlate, all’andamento temporale del segnale da trasmettere.
Quando il contenuto informativo è direttamente legato (proporzionale, nel caso analogico) alle variazioni di fase si parla, appunto, di modulazione di fase. Quando invece il contenuto informativo è legato (proporzionale, nel caso analogico) alla velocità di variazione della fase, allora si parla di modulazione di frequenza (la frequenza, infatti, è strettamente legata alla velocità di variazione della fase).
In genere, comunque, in un segnale modulato d’angolo la frequenza varia istante per istante, dipendendo in qualche modo dall’andamento nel tempo del segnale modulante. Il massimo scostamento tra la frequenza del tono portante e la frequenza dell’oscillazione modulata è generalmente funzione dell’ampiezza e della frequenza massima contenuta nel segnale modulante (ovvero nel segnale che rappresenta l’informazione da trasmettere) e della costante di proporzionalità tra ampiezza e scostamento di fase o di frequenza, parametro quest’ultimo che fa parte delle scelte di progetto relative allo specifico collegamento.
Diversamente dalla modulazione d’ampiezza, l’andamento spettrale complessivo di un’oscillazione modulata in angolo ha un’ampiezza teoricamente infinita; in pratica, peraltro, è possibile trascurare il contributo energetico delle estremità dello spettro e considerare solamente una banda limitata, centrata sulla frequenza della portante, di ampiezza espressa dalla formula di Carson:

in cui Δf_max rappresenta la massima deviazione di frequenza rispetto al tono portante e f_m è l’estremo superiore della banda occupata dal segnale modulante.

La modulazione FM occupa quindi più banda rispetto alla modulazione AM. La banda occupata, inoltre, tramite la deviazione dalla frequenza della portante dipende anche dall’ampiezza del segnale modulante, oltre che dal suo spettro di frequenze. Per contro, la qualità della trasmissione FM a radiofrequenza è in genere significativamente superiore, soprattutto in termini di immunità ai disturbi.

In effetti, praticamente tutti i radiomicrofoni professionali con trasmissione analogica a radiofrequenza utilizzano la modulazione FM.

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