Frekvensmodulering og dens applikasjoner

FM eller Frekvensmodulering har vært tilgjengelig omtrent siden AM ( Amplitude Modulation ) selv om det bare har noen problemer. FM selv hadde ikke noe problem bortsett fra at vi ikke kunne gjenkjenne potensialet for FM-sendere. I den tidligere tiden av trådløs kommunikasjon ble det målt at den nødvendige båndbredden til dette var smalere og nødvendig for å redusere støy så vel som interferens. Under et slikt tiltak ble frekvensmodulering lidd mens AM økte. Etter det, en amerikansk ingeniør- “ Edwin Armstrong ”Avsluttet det bevisste forsøket på å oppdage intensiteten til FM-sendere. Edwin initierte utformingen av å bruke FM beregnet for sending, som ikke var til fordel for trenden på det tidspunktet.

Hva er en frekvensmodulering?

De frekvensmodulering kan defineres som frekvensen til bæresignalet varieres proporsjonalt med (i samsvar med) amplituden til inngangsmoduleringssignalet. Inngangen er en enkelt tone sinusbølge. Bæreren og FM-bølgeformene er også vist i følgende figur.

Generering av frekvensmodulering

Frekvensen til en bærer (fc) vil øke når amplituden til modulerende (inngangssignal) øker. Bærefrekvensen vil være maksimum (fc max) når inngangssignalet er på topp. Transportøren avviker maksimalt fra normalverdien . Frekvensen til en bærer vil avta når amplituden til det modulerende (inngangssignalet) avtar. Bærefrekvensen vil være minimum (fc min) når inngangssignalet er på det laveste. Transportøren avviker minimum fra normalverdien. Frekvensen til bæreren vil være på sin normale verdi (friløp) fc når inngangssignalverdien er 0V. Det er ingen avvik i transportøren. Figuren viser frekvensen til FM-bølgen når inngangen er på maks, 0V og på min.

Frekvensavvik

• Mengden endring i bærefrekvensen som produseres, av amplituden til det inngående modulerende signalet, kalles frekvensavvik .
• Bærefrekvensen svinger mellom fmax og fmin når inngangen varierer i amplituden.
• Forskjellen mellom fmax og fc er kjent som frekvensavvik. fd = fmax - fc
• Tilsvarende er forskjellen mellom fc og fmin også kjent som frekvensavvik. fd = fc –fmin
• Det er betegnet med Δf. Derfor er Δf = fmax - fc = fc - fmin
• Derfor er fd = fmax - fc = fc - fmin

Freq avvik = 105-100 = 5 MHz (eller) Freq avvik = 95-100 = -5 MHz

Frekvensmodulering Ligning

De FM-ligning Inkluder følgende

v = A sin [wct + (Δf / fm) sin wmt]

= En synd [wct + mf sin wmt]

A = FM-signalets amplitude. Δf = Frekvensavvik

mf = Modulasjonsindeks for FM

mf = ∆f / fm

mf kalles modulasjonsindeks for frekvensmodulering.

wm = 2π fm wc = 2π fc

Hva er modulasjonsindeks for frekvensmodulering?

De modulasjonsindeks for FM er definert som forholdet mellom frekvensavviket til bæreren og frekvensen til moduleringssignalet

mf = Modulasjonsindeks for FM = ∆ f / fm

Båndbredden til Frequency Modulation Signal

Husk at båndbredden til et komplekst signal som FM er forskjellen mellom den høyeste og laveste frekvensen komponenter , og uttrykkes i Hertz (Hz). Båndbredde har bare frekvenser. AM har bare to sidebånd (USB og LSB), og båndbredden ble funnet å være 2 fm.

I FM er det ikke så enkelt. FM-signalspekteret er ganske komplekst og vil ha et uendelig antall sidebånd som vist i figuren . Denne figuren gir en ide om hvordan spekteret utvides når modulasjonsindeksen øker. Sidebånd er skilt fra bæreren med fc ± fm, fc ± 2fm, fc ± 3fm og så videre.

FM-signalets båndbredde

Bare de første sidebåndene inneholder den største andelen av kraften (98% av den totale effekten) og derfor er det bare disse få båndene som anses å være viktige sidebånd.

Som en tommelfingerregel, ofte kalt Carson’s Rule, er 98% av signaleffekten i FM inneholdt i en båndbredde som er lik avviksfrekvensen, pluss modulasjonsfrekvensen doblet.

Carson's rule : Båndbredde for FM BWFM = 2 [Δf + fm] .

= 2 fm [mf + 1]

FM er kjent som konstant båndbreddesystem. Hvorfor?

Frekvensmodulasjonen er kjent som en konstant båndbreddesystem og et eksempel på dette systemet er gitt nedenfor.

• 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
• Selv om modulasjonsfrekvensen økte 20 ganger (50 Hz til 5000 Hz), økte avviket bare marginalt (151 KHz til 170 KHz). Derfor er FM kjent som konstant båndbreddesystem.
• Kommersiell FM (Carson’s Rule.)
• Maks. Frekv. Avvik = 75 KHz
• Maks modulerende freq = 15 KHz
• BWFM = 2 [75 + 15] = 180,0 KHz

Forskjellen mellom AM og FM

Hoved forskjellen mellom AM og FM Inkluder følgende.

• Ligning for FM: V = A sin [wct + Δf / fm sin wmt] = A sin [wct + mf sin wmt]
• Ligning for AM = Vc (1 + m sin ωmt) sin ωct hvor m er gitt av m = Vm / Vc
• I FM, modulasjonen Indeks kan ha hvilken som helst verdi som er større enn 1 eller mindre enn en
• I AM vil modulasjonsindeksen være mellom 0 og 1
• I FM er bæreramplituden konstant.
• Derfor er overført kraft konstant.
• Overført kraft avhenger ikke av modulasjonsindeksen
• Overført kraft avhenger av modulasjonsindeksen
• PTotal = Pc [1+ (m2 / 2)]
• Antall viktige sidebånd i FM er stort.
• Bare to sidebånd i AM
• TIL båndbredde på FM avhenger av modulasjonsindeksen til FM
• Båndbredde avhenger ikke av modulasjonsindeksen til AM. Alltid to sidebånd. BW of AM er 2 fm
• FM har bedre støyimmunitet. FM er robust / robust mot støy. Kvaliteten på FM vil være god selv i nærvær av støy.
• I AM påvirkes kvaliteten alvorlig av støy
• Båndbredden som kreves av FM er ganske høy. FM-båndbredde = 2 [Δf + fm].
• Båndbredden som kreves av AM er mindre (2 fm)
• Kretser for FM-sender og mottaker er veldig komplekse og veldig dyre.
• Kretser for AM-sender og mottaker er enkle og billigere

Dermed handler dette om frekvensmodulering . De anvendelser av frekvensmodulering inkluderer i FM-radiosending , radar, seismisk prospektering, telemetri og observasjon av spedbarn for krampeanfall gjennom EEG, musikksyntese, toveis radiosystemer, magnetbåndopptakssystemer, videosendingssystemer osv. Fra ovennevnte informasjon, til slutt, kan vi konkludere med at, i frekvens modulering, både effektivitet og båndbredde avhenger av maksimum modulasjonsindeksen og moduleringsfrekvensen. I motsetning til amplitudemodulasjon, har frekvensmoduleringssignalet større båndbredde, overlegen effektivitet og forbedret immunitet mot støyen. Hva er forskjellige typer moduleringsteknikker i kommunikasjonssystem?