Frekvensmodulation og dens applikationer

Frekvensmodulation og dens applikationer

FM eller Frekvensmodulation har været tilgængelig omtrent siden AM ( Amplitudemodulation ) selvom det kun har nogle problemer. FM selv havde ikke et problem bortset fra at vi ikke kunne genkende FM-senderens potentiale. I den tidligere tid af trådløs kommunikation blev det målt, at den krævede båndbredde af dette var smallere og nødvendigt for at mindske støj såvel som interferens. Under en sådan foranstaltning blev frekvensmodulation lidt, mens AM steg. Derefter en amerikansk ingeniør- “ Edwin Armstrong ”Afsluttede det bevidste forsøg på at opdage intensiteten af ​​FM-sendere. Edwin indledte designet til at bruge FM beregnet til transmission, hvilket ikke var til fordel for tendensen på det tidspunkt.



Hvad er en frekvensmodulation?

Det frekvensmodulation kan defineres som frekvensen af ​​bæresignalet varieres proportionalt med (i overensstemmelse med) amplituden af ​​det inputmodulerende signal. Indgangen er en enkelt tone sinusbølge. Transportøren og FM-bølgeformene er også vist i den følgende figur.


Generering af frekvensmodulation

Generering af frekvensmodulation





Frekvensen af ​​en bærer (fc) vil stige, når amplituden af ​​det modulerende (input) signal stiger. Bærefrekvensen vil være maksimal (fc max), når indgangssignalet er på sit højeste. Luftfartsselskabet afviger maksimalt fra sin normale værdi . Frekvensen af ​​en bærebølge vil falde, når amplituden af ​​det modulerende (input) signal falder. Bærefrekvensen vil være minimum (fc min), når indgangssignalet er lavest. Luftfartsselskabet afviger minimum fra sin normale værdi. Frekvens af bæreren vil være på sin normale værdi (frit kørende) fc, når indgangssignalværdien er 0V. Der er ingen afvigelse i transportøren. Figuren viser frekvensen af ​​FM-bølgen, når indgangen er maks. 0V og min.

Frekvensafvigelse

  • Mængden af ​​ændring i bærefrekvensen, der produceres, ved amplituden af ​​det inputmodulerende signal kaldes frekvensafvigelse .
  • Bærefrekvensen svinger mellem fmax og fmin, da input varierer i amplitude.
  • Forskellen mellem fmax og fc er kendt som frekvensafvigelse. fd = fmax - fc
  • Ligeledes er forskellen mellem fc og fmin også kendt som frekvensafvigelse. fd = fc –fmin
  • Det er betegnet med Δf. Derfor er Δf = fmax - fc = fc - fmin
  • Derfor er fd = fmax - fc = fc - fmin

Modulerende signal Amplitude



Hyppighed af luftfartsselskab

Afvigelse

0V

100 MHzNul (Centerfrekvens)

+2 V.

105 MHz

+ 5 MHz

─ 2 V95 MHz

- 5 MHz

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

Frekvensmodulation Ligning

Det FM-ligning inkluderer følgende

v = A sin [wct + (Δf / fm) sin wmt]


= En synd [wct + mf sin wmt]

A = FM-signalets amplitude. Δf = Frekvensafvigelse

mf = Modulationsindeks for FM

mf = ∆f / fm

mf kaldes moduleringsindekset for frekvensmodulation.

wm = 2π fm wc = 2π fc

Hvad er moduleringsindeks for frekvensmodulation?

Det moduleringsindeks for FM er defineret som forholdet mellem frekvensafvigelsen mellem bæreren og frekvensen af ​​det modulerende signal

mf = Modulationsindeks for FM = f / fm

Båndbredden for frekvensmodulationssignal

Husk, båndbredden for et komplekst signal som FM er forskellen mellem dens højeste og laveste frekvens komponenter og udtrykkes i Hertz (Hz). Båndbredde behandler kun frekvenser. AM har kun to sidebånd (USB og LSB), og båndbredden viste sig at være 2 fm.

I FM er det ikke så simpelt. FM-signalspektrum er ret komplekst og vil have et uendeligt antal sidebånd som vist i figuren . Denne figur giver en idé om, hvordan spektret udvides, når moduleringsindekset stiger. Sidebånd er adskilt fra bæreren med fc ± fm, fc ± 2fm, fc ± 3fm og så videre.

FM-signalets båndbredde

FM-signalets båndbredde

Kun de første par sidebånd vil indeholde den største andel af magten (98% af den samlede effekt) og derfor betragtes kun disse få bånd som væsentlige sidebånd.

Som en tommelfingerregel, ofte betegnet som Carson's Rule, er 98% af signaleffekten i FM indeholdt i en båndbredde svarende til afvigelsesfrekvensen plus modulationsfrekvensen fordoblet.

Carson's regel : Båndbredde af FM BWFM = 2 [Δf + fm] .

= 2 fm [mf + 1]

FM er kendt som konstant båndbreddesystem. Hvorfor?

Frekvensmodulationen er kendt som en konstant båndbreddesystem og et eksempel på dette system er givet 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
  • Selvom moduleringsfrekvensen steg 20 gange (50 Hz til 5000 Hz), steg afvigelsen kun marginalt (151 KHz til 170 KHz). Derfor er FM kendt som konstant båndbreddesystem.
  • Kommerciel FM (Carson's Rule.)
  • Maks. Frekvafvigelse = 75 KHz
  • Max modulerende freq = 15 KHz
  • BWFM = 2 [75 + 15] = 180,0 KHz

Forskel mellem AM og FM

Det vigtigste forskellen mellem AM og FM inkluderer 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 givet ved m = Vm / Vc
  • I FM, moduleringen Indeks kan have en værdi, der er større end 1 eller mindre end en
  • I AM vil moduleringsindekset være mellem 0 og 1
  • I FM er bæreramplitude konstant.
  • Derfor er den transmitterede effekt konstant.
  • Overført effekt afhænger ikke af moduleringsindekset
  • Overført effekt afhænger af moduleringsindekset
  • PTotal = Pc [1+ (m2 / 2)]
  • Antallet af betydelige sidebånd i FM er stort.
  • Kun to sidebånd i AM
  • TIL båndbredde af FM afhænger af FM's moduleringsindeks
  • Båndbredde afhænger ikke af AM's moduleringsindeks. Altid 2 sidebånd. BW af AM er 2 fm
  • FM har bedre støjimmunitet. FM er robust / robust mod støj. Kvaliteten af ​​FM vil være god, selv når der er støj.
  • I AM påvirkes kvaliteten alvorligt af støj
  • Den båndbredde, der kræves af FM, er ret høj.FM-båndbredde = 2 [Δf + fm].
  • Den båndbredde, der kræves af AM, er mindre (2 fm)
  • Kredsløb til FM-sender og modtager er meget komplekse og meget dyre.
  • Kredsløb til AM-sender og modtager er enkle og billigere

Således handler det hele om frekvensmodulation . Det anvendelser af frekvensmodulation inkludere i FM-radioudsendelse , radar, seismisk prospektering, telemetri og observation af spædbørn til beslaglæggelse gennem EEG, musiksyntese, tovejs radiosystemer, magnetbåndoptagelsessystemer, videoudsendelsessystemer osv. Fra ovenstående information kan vi endelig konkludere, at vi i frekvens modulering, både effektivitet såvel som båndbredde afhænger af det maksimale moduleringsindeks og moduleringsfrekvens. I modsætning til amplitudemodulation har frekvensmodulationssignalet en større båndbredde, overlegen effektivitet og forbedret immunitet over for støj. Hvad er forskellige typer moduleringsteknikker i kommunikationssystem?