Frekvensmodulering och dess tillämpningar

FM eller Frekvensmodulering har funnits ungefär sedan AM ( Amplitudmodulering ) även om det bara har några problem. FM själv hade inga problem förutom att vi inte kunde känna igen FM-sändarens potential. I den tidigare tiden av trådlös kommunikation , mättes att den erforderliga bandbredden för detta var smalare och nödvändig för att minska brus såväl som störningar. Under en sådan åtgärd drabbades frekvensmoduleringen medan AM ökade. Efter det, en amerikansk ingenjör- “ Edwin Armstrong ”Avslutade det medvetna försöket att upptäcka intensiteten hos FM-sändare. Edwin initierade designen av att använda FM avsedd för sändning, vilket inte gynnade trenden just nu.

Vad är en frekvensmodulering?

De frekvensmodulering kan definieras som att bärvågssignalens frekvens varieras proportionellt mot (i enlighet med) ingångsmoduleringssignalens amplitud. Ingången är en enkelton sinusvåg. Bäraren och FM-vågformerna visas också i följande bild.

Frekvensmodulationsgenerering

Frekvensen hos en bärvåg (fc) ökar när amplituden hos den modulerande (ingångssignalen) ökar. Bärfrekvensen är maximal (fc max) när insignalen är på sin topp. Transportören avviker maximalt från sitt normala värde . Frekvensen hos en bärare minskar när amplituden hos den modulerande (ingångssignalen) minskar. Bärfrekvensen är minsta (fc min) när insignalen är som lägst. Transportören avviker minimum från sitt normala värde. Bärarens frekvens kommer att vara vid sitt normala värde (frikörande) fc när ingångssignalvärdet är 0V. Det finns ingen avvikelse i transportören. Figuren visar FM-vågens frekvens när ingången är max, 0V och vid min.

Frekvensavvikelse

• Mängden förändring i bärvågsfrekvensen som produceras av amplituden hos den ingångsmodulerande signalen kallas frekvensavvikelse .
• Bärfrekvensen svänger mellan fmax och fmin när ingången varierar i dess amplitud.
• Skillnaden mellan fmax och fc kallas frekvensavvikelse. fd = fmax - fc
• På samma sätt är skillnaden mellan fc och fmin också känd som frekvensavvikelse. fd = fc –fmin
• Det betecknas med Δf. Därför är Δf = fmax - fc = fc - fmin
• Därför är fd = fmax - fc = fc - fmin

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

Frekvensmodulering Ekvation

De FM-ekvation inkluderar följande

v = A sin [wct + (Δf / fm) sin wmt]

= En synd [wct + mf sin wmt]

A = FM-signalens amplitud. Δf = Frekvensavvikelse

mf = Modulationsindex för FM

mf = ∆f / fm

mf kallas moduleringsindex för frekvensmodulering.

wm = 2π fm wc = 2π fc

Vad är moduleringsindex för frekvensmodulering?

De moduleringsindex för FM definieras som förhållandet mellan bärvågens frekvensavvikelse och moduleringssignalens frekvens

mf = Modulationsindex för FM = ∆ f / fm

Bandbredden för frekvensmodulationssignalen

Minns att bandbredden för en komplex signal som FM är skillnaden mellan dess högsta och lägsta frekvens komponenter och uttrycks i Hertz (Hz). Bandbredd handlar bara om frekvenser. AM har bara två sidoband (USB och LSB) och bandbredden visade sig vara 2 fm.

I FM är det inte så enkelt. FM-signalspektrumet är ganska komplext och kommer att ha ett oändligt antal sidoband som visas i figuren . Denna siffra ger en uppfattning om hur spektrumet expanderar när moduleringsindex ökar. Sidoband är separerade från bäraren med fc ± fm, fc ± 2fm, fc ± 3fm och så vidare.

FM-signalens bandbredd

Endast de första sidobanden innehåller den största andelen kraften (98% av den totala effekten) och därför anses endast dessa få band vara betydande sidoband.

Som en tumregel, som ofta kallas Carson's Rule, finns 98% av signaleffekten i FM inom en bandbredd som är lika med avvikelsefrekvensen plus moduleringsfrekvensen fördubblats.

Carson's rule : Bandbredd för FM BWFM = 2 [Af + fm] .

= 2 fm [mf + 1]

FM är känt som konstant bandbreddssystem. Varför?

Frekvensmoduleringen är känd som en konstant bandbreddssystem och ett exempel på detta system ges nedan.

• 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
• Även om moduleringsfrekvensen ökade 20 gånger (50 Hz till 5000 Hz) ökade avvikelsen endast marginellt (151 KHz till 170 KHz). Därför är FM känt som konstant bandbreddssystem.
• Kommersiell FM (Carson's Rule.)
• Max frekvensavvikelse = 75 KHz
• Max modulerande frekv = 15 KHz
• BWFM = 2 [75 + 15] = 180,0 KHz

Skillnad mellan AM och FM

Den huvudsakliga skillnaden mellan AM och FM inkluderar följande.

• Ekvation för FM: V = A sin [wct + Δf / fm sin wmt] = A sin [wct + mf sin wmt]
• Ekvation för AM = Vc (1 + m sin ωmt) sin ωct där m ges av m = Vm / Vc
• I FM, moduleringen Index kan ha vilket värde som helst som är större än 1 eller mindre än ett
• I AM kommer moduleringsindexet att vara mellan 0 och 1
• I FM är bäraramplituden konstant.
• Därför är den överförda effekten konstant.
• Överförd effekt beror inte på moduleringsindex
• Överförd effekt beror på moduleringsindex
• PTotal = Pc [1+ (m2 / 2)]
• Antalet betydande sidoband i FM är stort.
• Endast två sidoband i AM
• TILL bandbredd för FM beror på FM: s moduleringsindex
• Bandbredd beror inte på AM-moduleringsindexet. Alltid två sidoband. BW of AM är 2 fm
• FM har bättre ljudimmunitet. FM är robust / robust mot buller. Kvaliteten på FM kommer att vara bra även när det finns buller.
• I AM påverkas kvaliteten allvarligt av buller
• Den bandbredd som krävs av FM är ganska hög. FM-bandbredd = 2 [Δf + fm].
• Bandbredden som krävs av AM är mindre (2 fm)
• Kretsar för FM-sändare och mottagare är mycket komplexa och mycket dyra.
• Kretsar för AM-sändare och mottagare är enkla och billigare

Således handlar det här om frekvensmodulering . De tillämpningar av frekvensmodulering inkludera i FM-radiosändningar , radar, seismisk prospektering, telemetri och att observera spädbarn för anfall genom EEG, musiksyntes, tvåvägsradiosystem, inspelningssystem för magnetband, videosändningssystem etc. Från ovanstående information kan vi slutligen dra slutsatsen att, i frekvens modulering, både effektivitet och bandbredd beror på det maximala moduleringsindexet och moduleringsfrekvensen. I motsats till amplitudmodulation har frekvensmodulationssignalen en större bandbredd, överlägsen effektivitet och förbättrad immunitet mot bruset. Vad är olika typer av moduleringstekniker i kommunikationssystem?