Frequentiemodulatie en zijn toepassingen

Frequentiemodulatie en zijn toepassingen

De FM of Frequentie modulatie is beschikbaar sinds AM ( Amplitudemodulatie ) hoewel het slechts enkele problemen heeft. FM zelf had geen probleem, behalve dat we het potentieel van de FM-zender niet konden herkennen. In de vroegere tijd van draadloze communicatie , werd gemeten dat de vereiste bandbreedte hiervan smaller was en noodzakelijk om zowel ruis als interferentie te verminderen. Onder een dergelijke maatregel werd frequentiemodulatie geleden, terwijl AM toenam. Daarna, een Amerikaanse ingenieur- ' Edwin Armstrong ”Beëindigde de bewuste poging om de intensiteit van FM-zenders te ontdekken. Edwin begon met het ontwerp van het gebruik van FM bedoeld voor zenden, wat op dat moment niet in het voordeel van de trend was.



Wat is een frequentiemodulatie?

De frequentie modulatie kan worden gedefinieerd als de frequentie van het draaggolfsignaal proportioneel wordt gevarieerd met (in overeenstemming met) de amplitude van het ingangsmodulatiesignaal. De ingang is een sinusgolf met enkele toon. De draaggolf en de FM-golfvormen worden ook getoond in de volgende afbeelding.


Generatie van frequentiemodulatie

Generatie van frequentiemodulatie





De frequentie van een draaggolf (fc) zal toenemen naarmate de amplitude van het modulerende (ingangs) signaal toeneemt. De draaggolffrequentie zal maximaal zijn (fc max) wanneer het ingangssignaal zijn piek bereikt. De vervoerder wijkt maximaal af van zijn normale waarde De frequentie van een draaggolf neemt af naarmate de amplitude van het modulerende (ingangs) signaal afneemt. De draaggolffrequentie is minimaal (fc min) wanneer het ingangssignaal het laagst is. De vervoerder wijkt minimaal af van zijn normale waarde. De frequentie van de draaggolf zal de normale waarde (vrijlopend) fc hebben wanneer de ingangssignaalwaarde 0V is. Er is geen afwijking in de drager. De afbeelding toont de frequentie van de FM-golf wanneer de ingang maximaal is, 0V en minimaal.

Frequentie-afwijking

  • De hoeveelheid verandering in de draaggolffrequentie die wordt geproduceerd door de amplitude van het ingangsmodulatiesignaal, wordt genoemd frequentie afwijking
  • De draaggolffrequentie schommelt tussen fmax en fmin als de invoer varieert in zijn amplitude.
  • Het verschil tussen fmax en fc staat bekend als frequentieafwijking. fd = fmax - fc
  • Evenzo wordt het verschil tussen fc en fmin ook wel frequentieafwijking genoemd. fd = fc –fmin
  • Het wordt aangeduid met Δf. Daarom Δf = fmax - fc = fc - fmin
  • Daarom fd = fmax - fc = fc - fmin

Modulerend signaal Amplitude



Frequentie van drager

Afwijking

0V

100 MHzNil (middenfrequentie)

+2 V

105 MHz

+ 5 MHz

─ 2 V95 MHz

- 5 MHz

Freq-afwijking = 105-100 = 5 MHz (of) Freq-afwijking = 95-100 = -5 MHz

Frequentie modulatie Vergelijking

De FM-vergelijking omvatten de volgende

v = A sin [wct + (Δf / fm) sin wmt]


= A sin [wct + mf sin wmt]

A = amplitude van het FM-signaal. Δf = Frequentieafwijking

mf = Modulatie-index van FM

mf = ∆f / fm

mf wordt de modulatie-index van frequentiemodulatie genoemd.

wm = 2π fm wc = 2π fc

Wat is de modulatie-index van frequentiemodulatie?

De modulatie-index van FM wordt gedefinieerd als de verhouding tussen de frequentieafwijking van de draaggolf en de frequentie van het modulerende signaal

mf = modulatie-index van FM = f / fm

De bandbreedte van het frequentiemodulatiesignaal

Bedenk dat de bandbreedte van een complex signaal als FM het verschil is tussen de hoogste en laagste frequentie componenten , en wordt uitgedrukt in Hertz (Hz). Bandbreedte heeft alleen betrekking op frequenties. AM heeft slechts twee zijbanden (USB en LSB) en de bandbreedte bleek 2 fm te zijn.

Bij FM is het niet zo eenvoudig. Het FM-signaalspectrum is vrij complex en heeft een oneindig aantal zijbanden, zoals weergegeven in de afbeelding Deze figuur geeft een idee hoe het spectrum zich uitbreidt naarmate de modulatie-index toeneemt. Zijbanden worden van de drager gescheiden door fc ± fm, fc ± 2fm, fc ± 3fm enzovoort.

Bandbreedte van FM-signaal

Bandbreedte van FM-signaal

Alleen de eerste paar zijbanden zullen het grootste deel van de kracht (98% van het totale vermogen) en daarom worden alleen deze paar banden als significante zijbanden beschouwd.

Als vuistregel, vaak de regel van Carson genoemd, bevindt 98% van het signaalvermogen in FM zich binnen een bandbreedte die gelijk is aan de afwijkingsfrequentie, plus de verdubbelde modulatiefrequentie.

Carsons regel Bandbreedte van FM BWFM = 2 [Δf + fm]

2 fm [mf + 1]

FM staat bekend als Constant Bandwidth System. Waarom?

De frequentiemodulatie staat bekend als een constant bandbreedtesysteem en een voorbeeld van dit systeem wordt hieronder gegeven.

  • 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 = 10000 Hz BWFM = 2 [75 + (10000/1000)] KHz = 170,0 KHz
  • Hoewel de modulatiefrequentie 20 keer toenam (50 Hz tot 5000 Hz), nam de afwijking slechts marginaal toe (151 KHz tot 170 KHz). Daarom staat FM bekend als constant bandbreedtesysteem.
  • Commercial FM (Carson’s Rule.)
  • Max. Freq-afwijking = 75 KHz
  • Max. Modulerende freq = 15 KHz
  • BWFM = 2 [75 + 15] = 180,0 kHz

Verschil tussen AM en FM

De belangrijkste verschil tussen AM en FM omvatten de volgende.

  • Vergelijking voor FM: V = A sin [wct + Δf / fm sin wmt] = A sin [wct + mf sin wmt]
  • Vergelijking voor AM = Vc (1 + m sin ωmt) sin ωct waarbij m wordt gegeven door m = Vm / Vc
  • In FM, de modulatie Index kan elke waarde hebben groter dan 1 of kleiner dan één
  • In AM zal de modulatie-index tussen 0 en 1 liggen
  • In FM is de draaggolfamplitude constant.
  • Daarom is het uitgezonden vermogen constant.
  • Het uitgezonden vermogen is niet afhankelijk van de modulatie-index
  • Overgebracht vermogen hangt af van de modulatie-index
  • PTotaal = Pc [1+ (m2 / 2)]
  • Het aantal significante zijbanden in FM is groot.
  • Slechts twee zijbanden in AM
  • NAAR bandbreedte van FM hangt af van de modulatie-index van FM
  • Bandbreedte is niet afhankelijk van de modulatie-index van AM. Altijd 2 zijbanden. BW van AM is 2 fm
  • FM heeft een betere immuniteit tegen ruis. FM is robuust / robuust tegen ruis. De kwaliteit van FM zal goed zijn, zelfs bij ruis.
  • In AM wordt de kwaliteit ernstig aangetast door ruis
  • De bandbreedte die FM nodig heeft is vrij hoog. FM-bandbreedte = 2 [Δf + fm].
  • De bandbreedte vereist door AM is minder (2 fm)
  • Circuits voor FM-zender en ontvanger zijn erg complex en erg duur.
  • Circuits voor AM-zender en -ontvanger zijn eenvoudig en goedkoper

Dit gaat dus allemaal over frequentie modulatie ​De toepassingen van frequentiemodulatie opnemen in FM-radio-uitzendingen , radar, seismisch onderzoek, telemetrie en het observeren van zuigelingen op aanvallen via EEG, muzieksynthese, bidirectionele radiosystemen, magnetische bandopnamesystemen, video-uitzendsystemen, enz. Uit de bovenstaande informatie kunnen we ten slotte concluderen dat, in frequentie modulatie, zowel efficiëntie als bandbreedte hangt af van het maximum van de modulatie-index en de modulatiefrequentie. In tegenstelling tot amplitudemodulatie heeft het frequentiemodulatiesignaal een grotere bandbreedte, superieure efficiëntie en verbeterde immuniteit tegen ruis. Wat zijn de verschillende soorten modulatietechnieken in communicatiesysteem?