Frekvenční modulace a její aplikace

FM nebo Frekvenční modulace je k dispozici přibližně od AM ( Amplitudová modulace ) i když má jen některé problémy. Samotné FM nemělo problém, kromě toho jsme nemohli rozpoznat potenciál vysílače FM. V dřívější době bezdrátová komunikace , bylo měřeno, že požadovaná šířka pásma byla užší a nezbytná ke snížení hluku i rušení. Na základě takového opatření byla poškozena frekvenční modulace, zatímco AM vzrostla. Poté americký inženýr - “ Edwin Armstrong “Dokončil vědomý pokus objevit intenzitu FM vysílačů. Edwin zahájil návrh používání FM určeného k přenosu, který nebyl v daném okamžiku ve prospěch trendu.

Co je to frekvenční modulace?

The frekvenční modulace lze definovat, protože frekvence nosného signálu se mění úměrně (v souladu s) Amplitudou vstupního modulačního signálu. Vstup je sinusová vlna s jedním tónem. Na následujícím obrázku jsou také zobrazeny průběhy nosné vlny a FM.

Generování frekvenční modulace

Frekvence nosné (fc) se zvýší s rostoucí amplitudou modulačního (vstupního) signálu. Frekvence nosné bude maximální (fc max), když je vstupní signál na špičce. Nosič se odchyluje maximálně od své normální hodnoty . Frekvence nosné se bude snižovat s poklesem amplitudy modulačního (vstupního) signálu. Frekvence nosné bude minimální (fc min), když je vstupní signál nejnižší. Nosič se odchyluje minimálně od své normální hodnoty. Frekvence nosné bude na své normální hodnotě (volný běh) fc, když je hodnota vstupního signálu 0V. V nosiči není žádná odchylka. Obrázek ukazuje frekvenci vlny FM, když je vstup na svém maximu, 0 V a na svém min.

Frekvenční odchylka

• Vyvolá se množství změny nosné frekvence produkované amplitudou vstupního modulačního signálu odchylka frekvence .
• Frekvence nosiče se pohybuje mezi fmax a fmin, jak se vstup mění v amplitudě.
• Rozdíl mezi fmax a fc se nazývá odchylka frekvence. fd = fmax - fc
• Podobně je rozdíl mezi fc a fmin také známý jako odchylka frekvence. fd = fc –fmin
• Označuje se Δf. Proto Δf = fmax - fc = fc - fmin
• Proto fd = fmax - fc = fc - fmin

Frekvenční odchylka = 105-100 = 5 MHz (nebo) Frekvenční odchylka = 95-100 = -5 MHz

Frekvenční modulace Rovnice

The FM rovnice zahrnout následující

v = A sin [wct + (Δf / fm) sin wmt]

= Hřích [wct + mf sin wmt]

A = Amplituda signálu FM. Δf = odchylka frekvence

mf = Modulační index FM

mf = ∆f / fm

mf se nazývá index modulace frekvenční modulace.

wm = 2π fm wc = 2π fc

Co je index modulace frekvenční modulace?

The modulační index FM je definován jako poměr frekvenční odchylky nosné k frekvenci modulačního signálu

mf = Modulační index FM = ∆ f / fm

Šířka pásma signálu frekvenční modulace

Připomeňme, že šířka pásma komplexního signálu, jako je FM, je rozdíl mezi jeho nejvyšší a nejnižší frekvencí komponenty , a je vyjádřena v Hertzích (Hz). Šířka pásma se zabývá pouze frekvencemi. AM má pouze dvě postranní pásma (USB a LSB) a bylo zjištěno, že šířka pásma je 2 fm.

V FM to není tak jednoduché. Spektrum FM signálu je poměrně složité a bude mít nekonečné množství postranních pásem, jak je znázorněno na obrázku . Tento obrázek poskytuje představu o tom, jak se spektrum rozšiřuje se zvyšujícím se indexem modulace. Postranní pásy jsou od nosiče odděleny fc ± fm, fc ± 2fm, fc ± 3fm atd.

Šířka pásma signálu FM

Pouze prvních pár postranních pásem bude obsahovat hlavní podíl energie (98% z celkového výkonu), a proto je pouze těchto několik pásem považováno za významné postranní pásma.

Pravidlem, často označovaným jako Carsonovo pravidlo, je 98% signálu v FM obsaženo v šířce pásma rovnající se odchylkové frekvenci plus zdvojnásobená modulační frekvence.

Carsonovo pravidlo : Šířka pásma FM BWFM = 2 [Δf + fm] .

= 2 fm [mf + 1]

FM je známý jako systém s konstantní šířkou pásma. Proč?

Frekvenční modulace je známá jako a systém s konstantní šířkou pásma a příklad tohoto systému je uveden níže.

• Δf = 75 KHz fm = 500 Hz BWFM = 2 [75 + (500/1000)] KHz = 151,0 KHz
• Δf = 75 KHz fm = 5000 Hz BWFM = 2 [75 + (5000/1000)] KHz = 160,0 KHz
• Δf = 75 KHz fm = 10 000 Hz BWFM = 2 [75 + (10 000/1000)] KHz = 170,0 KHz
• Přestože se modulační frekvence zvýšila 20krát (50 Hz až 5 000 Hz), odchylka se zvýšila jen okrajově (151 KHz až 170 KHz). Proto je FM známý jako systém s konstantní šířkou pásma.
• Komerční FM (Carsonovo pravidlo.)
• Max. Odchylka frekvence = 75 KHz
• Max. Modulační frekvence = 15 KHz
• BWFM = 2 [75 + 15] = 180,0 KHz

Rozdíl mezi AM a FM

Hlavní rozdíl mezi AM a FM zahrnout následující.

• Rovnice pro FM: V = A sin [wct + Δf / fm sin wmt] = A sin [wct + mf sin wmt]
• Rovnice pro AM = Vc (1 + m sin ωmt) sin ωct, kde m je dáno m = Vm / Vc
• V FM modulace Index může mít jakoukoli hodnotu větší než 1 nebo menší než jedna
• V AM bude index modulace mezi 0 a 1
• V FM je amplituda nosné konstantní.
• Vysílaný výkon je proto konstantní.
• Vysílaný výkon nezávisí na indexu modulace
• Přenášený výkon závisí na modulačním indexu
• PCelkem = Pc [1+ (m2 / 2)]
• Počet významných postranních pásem v FM je velký.
• Pouze dvě postranní pásma v AM
• NA šířka pásma FM závisí na indexu modulace FM
• Šířka pásma nezávisí na modulačním indexu AM. Vždy 2 postranní pásma. ČB AM je 2 fm
• FM má lepší odolnost proti šumu. FM je robustní / robustní proti hluku. Kvalita FM bude dobrá i za přítomnosti šumu.
• V AM je kvalita vážně ovlivněna hlukem
• Šířka pásma požadovaná FM je poměrně vysoká. Šířka pásma FM = 2 [Δf + fm].
• Šířka pásma požadovaná AM je menší (2 fm)
• Obvody pro FM vysílač a přijímač jsou velmi složité a velmi drahé.
• Obvody pro vysílač a přijímač AM jsou jednoduché a levnější

O toto tedy jde frekvenční modulace . The aplikace frekvenční modulace zahrnout do FM rozhlasové vysílání , radar, seismické průzkumy, telemetrie a pozorování kojenců kvůli záchvatům pomocí EEG, syntéza hudby, obousměrné rádiové systémy, systémy pro záznam magnetických pásek, systémy pro video vysílání atd. Z výše uvedených informací nakonec můžeme vyvodit závěr, že ve frekvenci modulace, jak účinnost, tak šířka pásma závisí na maximálním indexu modulace a modulační frekvenci. Na rozdíl od amplitudové modulace má signál frekvenční modulace větší šířku pásma, vynikající účinnost a lepší imunitu vůči šumu. Jaké jsou různé typy modulačních technik v komunikačním systému?