Modulazzjoni tal-Frekwenza Jafu (FM)

Għanijiet
* Kun af ir-relazzjoni tal-frekwenza tat-trasportatur, il-frekwenza tal-modulazzjoni u l-indiċi tal-modulazzjoni mal-effiċjenza u l-wisa 'tal-banda
* Qabbel is-sistemi FM mas-sistemi AM fir-rigward tal-effiċjenza, il-bandwidth u l-istorbju.

Sistema Bażika
Is-sistema ta 'komunikazzjoni bażika għandha:
# Trasmettitur: Is-sottosistema li tieħu s-sinjal tal-informazzjoni u tipproċessaha qabel it-trażmissjoni. It-trasmettitur jimmodula l-informazzjoni fuq sinjal ta 'trasportatur, jamplifika s-sinjal u jxandarha fuq il-kanal
# Kanal: Il-mezz li jittrasporta s-sinjal modulat lir-riċevitur. L-arja taġixxi bħala l-istazzjon għal xandiriet bħal radju. Jista 'jkun ukoll sistema ta' wajers bħall-cable TV jew l-Internet.
# Riċevitur: Is-sottosistema li tieħu s-sinjal trasmess mill-kanal u tipproċessaha biex tfittex is-sinjal tal-informazzjoni. Ir-riċevitur għandu jkun jista 'jiddiskrimina s-sinjal minn sinjali oħra li jistgħu jużaw l-istess kanal (imsejjaħ irfinar), jamplifikaw is-sinjal għall-ipproċessar u jiddekodulaw (ineħħu t-trasportatur) biex jiksbu l-informazzjoni. Huwa jipproċessa wkoll l-informazzjoni għar-riċeviment (pereżempju, imxandar fuq loudspeaker).

Modulazzjoni
Is-sinjal ta 'informazzjoni rarament jista' jiġi trasmess kif inhu, għandu jkun ipproċessat. Sabiex tintuża trasmissjoni elettromanjetika, l-ewwel trid tkun konvertita minn awdjo f'sinjal elettriku. Il-konverżjoni titwettaq minn transducer. Wara l-konverżjoni huwa użat biex jimmodula sinjal ta 'trasportatur.

Sinjal tal-ġarr huwa użat għal żewġ raġunijiet:
* Biex tnaqqas it-tul ta 'mewġa għal trasmissjoni u riċeviment effiċjenti (l-aħjar daqs ta' antenna huwa ½ jew ¼ ta 'tul ta' mewġa). Frekwenza awdjo tipika ta '3000 Hz se jkollha tul ta' mewġa ta '100 km u tkun teħtieġ tul ta' antenna effettiv ta '25 km! B'paragun, trasportatur tipiku għal FM huwa 100 MHz, b'tul ta 'mewġa ta' 3 m, u jista 'juża antenna twila 80 ċm biss.

* Biex tippermetti użu simultanju tal-istess kanal, imsejjaħ multiplexing. Kull sinjal uniku jista 'jiġi assenjat frekwenza ta' trasportatur differenti (bħal stazzjonijiet tar-radju) u xorta taqsam l-istess kanal. Il-kumpanija tat-telefon fil-fatt ivvintaw modulazzjoni biex tippermetti li l-konversazzjonijiet tat-telefon jiġu trasmessi fuq linji komuni.
Il-proċess ta 'modulazzjoni jfisser li tuża b'mod sistematiku s-sinjal ta' informazzjoni (dak li trid tittrasmetti) biex tvarja xi parametru tas-sinjal tat-trasportatur. Is-sinjal tal-ġarr normalment huwa sempliċement sinusoid ta 'frekwenza waħda sempliċi (ivarja fiż-żmien bħal mewġa sine).

Il-mewġa sine bażika tmur bħal V (t) = Vo sin (2 pft + f) fejn il-parametri huma definiti hawn taħt:

#V (t) il-vultaġġ tas-sinjal bħala funzjoni tal-ħin.
#Vo l-amplitudni tas-sinjal (jirrappreżenta l-valur massimu miksub f'kull ċiklu)
#f il-frekwenza ta 'l-oxxillazzjoni, in-numru ta' ċikli kull sekonda (magħrufa wkoll bħala Hertz = ċiklu 1 kull sekonda)
#f il-fażi tas-sinjal, li tirrappreżenta l-punt tat-tluq taċ-ċiklu.

Li timmodula s-sinjal ifisser biss li tvarja sistematikament wieħed mit-tliet parametri tas-sinjal: amplitudni, frekwenza jew fażi. Għalhekk, it-tip ta 'modulazzjoni jista' jkun kategorizzat bħala wieħed jew oħra

AM: modulazzjoni tal-amplitudni

FM: modulazzjoni tal-frekwenza jew

PM: modulazzjoni tal-fażi

Nota: PM jista 'jkun terminu mhux familjari iżda huwa komunement użat. Il-karatteristiċi ta 'PM huma simili ħafna għal FM u għalhekk it-termini jintużaw ħafna drabi b'mod interkambjabbli.

FM
Il-modulazzjoni tal-frekwenza tuża s-sinjal ta 'informazzjoni, Vm (t) biex tvarja l-frekwenza tat-trasportatur f'xi medda żgħira dwar il-valur oriġinali tagħha. Hawn huma t-tliet sinjali fil-forma matematika:

Informazzjoni: Vm (t)
* Trasportatur: Vc (t) = Vco sin (2 p fc t + f)
* FM: VFM (t) = Vco sin (2 p [fc + (Df / Vmo) Vm (t)] t + f)

Aħna mibdul it-terminu tal-frekwenza tat-trasportatur, bi frekwenza li tvarja biż-żmien. Daħħalna wkoll terminu ġdid: Df, l-ogħla devjazzjoni tal-frekwenza. F'din il-forma, għandek tkun kapaċi tara li t-terminu tal-frekwenza tat-trasportatur: fc + (Df / Vmo) Vm (t) issa jvarja bejn l-estrem ta 'fc - Df u fc + Df. L-interpretazzjoni ta 'Df issir ċara: hija l-iktar' il bogħod mill-frekwenza oriġinali li jista 'jkun is-sinjal FM. Xi drabi huwa msejjaħ il- "swing" fil-frekwenza.

Nistgħu wkoll niddefinixxu indiċi ta 'modulazzjoni għal FM, analogu għal AM:
* b = Df / fm, fejn fm hija l-frekwenza modulanti massima użata.
* L-interpretazzjoni l-aktar sempliċi ta 'l-indiċi ta' modulazzjoni, b, hija bħala kejl tad-devjazzjoni tal-ogħla frekwenza, Df. Fi kliem ieħor, b jirrappreżenta mod li jesprimi l-ogħla frekwenza tad-devjazzjoni bħala multiplu tal-frekwenza modulanti massima, fm, jiġifieri Df = b fm.

Eżempju: ejja ngħidu fir-radju FM li s-sinjal tal-awdjo li jrid jiġi trasmess ivarja minn 20 sa 15,000 Hz (hekk). Jekk is-sistema FM tuża indiċi massimu ta 'modulazzjoni, b, ta' 5.0, allura l-frekwenza "titbandal" b'massimu ta '5 x 15 kHz = 75 kHz' il fuq u taħt il-frekwenza tat-trasportatur.

Hawn hu sinjal FM sempliċi:

Hawnhekk, it-trasportatur huwa ta '30 Hz, u l-frekwenza li timmodula hija ta' 5 Hz. L-indiċi tal-modulazzjoni huwa ta 'madwar 3, jagħmel id-devjazzjoni tal-ogħla frekwenza ta' madwar 15 Hz. Dan ifisser li l-frekwenza tvarja x'imkien bejn 15 u 45 Hz. Il-funzjoni tal-frekwenza li timmodifika l-veloċità taċ-ċiklu.

Ispettru FM
L-ispettru jirrappreżenta l-ammonti relattivi ta 'komponenti ta' frekwenza differenti f'kull sinjal. Tagħha wirja fuq il-grafic-equalizer fl-isterjo tiegħek li wasslet biex turi l-ammonti relattivi ta 'bass, midrange u treble. Dawn jikkorrispondu direttament ma 'frekwenzi li dejjem qed jiżdiedu (għaġla huma l-komponenti ta' frekwenza għolja). Huwa fatt magħruf sew tal-matematika, li kwalunkwe funzjoni (sinjal) tista 'tiġi dekomposta f'komponenti purament sinusojdali (bi ftit eċċezzjonijiet patoloġiċi). 

F'termini tekniċi, id-sinjali u l-kosinus jiffurmaw sett sħiħ ta 'funzjonijiet, magħrufa wkoll bħala bażi fl-ispazju tal-vettur b'dimensjoni infinita ta' funzjonijiet ta 'valur reali (reflex gag). Minħabba li kwalunkwe sinjal jista 'jkun magħmul minn sinjali sinusojdali, l-ispettru mbagħad jirrappreżenta l- "karta tar-riċetta" ta' kif tagħmel is-sinjal minn sinusojdi. Bħal: 1 parti ta '50 Hz u 2 partijiet ta' 200 Hz. Sinusojdi puri għandhom l-ispettru l-aktar sempliċi ta 'kulħadd, komponent wieħed biss:

F'dan l-eżempju, it-trasportatur għandu 8 Hz u għalhekk l-ispettru għandu komponent wieħed b'valur 1.0 fi 8 Hz

L-ispettru FM huwa konsiderevolment aktar ikkumplikat. L-ispettru ta 'sinjal FM sempliċi jidher bħal:





It-trasportatur issa huwa 65 Hz, is-sinjal li jimmodula huwa ton pur ta '5 Hz, u l-indiċi tal-modulazzjoni huwa 2. Dak li naraw huma faxex tal-ġenb multipli (spikes oħra minbarra l-frekwenza tat-trasportatur) separati bil-frekwenza li timmodula, 5 Hz. Hemm madwar 3 faxex tal-ġnub fuq kull naħa tat-trasportatur. Il-forma tal-ispettru tista 'tiġi spjegata bl-użu ta' argument eterodin sempliċi: meta tħallat it-tliet frekwenzi (fc, fm u Df) flimkien ikollok is-somma u d-differenza tal-frekwenzi. L-akbar kombinazzjoni hija fc + fm + Df, u l-iżgħar hija fc - fm - Df. Peress Df = b fm, il-frekwenza tvarja (b + 1) fm 'il fuq u taħt it-trasportatur.


Eżempju aktar realistiku huwa li tuża spettru tal-awdjo biex tipprovdi l-modulazzjoni:





F'dan l-eżempju, is-sinjal ta 'informazzjoni jvarja bejn 1 u 11 Hz. It-trasportatur huwa ta '65 Hz u l-indiċi tal-modulazzjoni huwa 2. Il-ponot tal-istrixxa tal-ġenb individwali jinbidlu bi spettru kontinwu aktar jew anqas. Madankollu, il-firxa tal-faxex tal-ġnub hija limitata (bejn wieħed u ieħor) għal (b + 1) fm fuq u taħt. Hawnhekk, dak ikun 33 Hz 'il fuq u' l isfel, jagħmel il-bandwidth madwar 66 Hz. Naraw il-faxex tal-ġenb jestendu minn 35 sa 90 Hz, u għalhekk il-wisa 'tal-banda osservata hija ta' 65 Hz.

Jista 'jkollok staqsiet għaliex aħna injorat il-umps bla xkiel fit-truf estremi ta' l-ispettru. Il-verità hi li fil-fatt huma prodott sekondarju tal-modulazzjoni tal-frekwenza (m'hemm l-ebda ħoss każwali f'dan l-eżempju). Madankollu, jistgħu jiġu injorati b'mod sikur minħabba li huma għandhom frazzjoni ta 'minuta biss tal-qawwa totali. Fil-prattika, l-istorbju bl-addoċċ joskurahom xorta waħda.

Eżempju: Radju FM
Ir-radju FM juża modulazzjoni tal-frekwenza, dażgur. Il-faxxa tal-frekwenzi għar-radju FM hija madwar 88 sa 108 MHz. Is-sinjal ta 'informazzjoni huwa mużika u vuċi li taqa' fl-ispettru tal-awdjo. L-ispettru awdjo sħiħ jifforma 20 sa 20,000 Hz, iżda r-radju FM jillimita l-frekwenza ta 'modulazzjoni ta' fuq għal 15 kHz (ara r-radju AM li jillimita l-frekwenza ta 'fuq għal 5 kHz). Għalkemm, ftit mis-sinjal jista 'jintilef' il fuq minn 15 kHz, ħafna nies ma jistgħux jisimgħuh xorta waħda, u għalhekk hemm ftit telf ta 'fedeltà. Ir-radju FM forsi jirreferi sewwa bħala "fedeltà għolja."

Jekk it-trasmettituri FM jużaw indiċi massimu ta 'modulazzjoni ta' madwar 5.0, allura l-wisa 'tal-banda li tirriżulta hija 180 kHz (bejn wieħed u ieħor 0.2 MHz). L-FCC tassenja stazzjonijiet) ta '0.2 MHz bogħod minn xulxin biex tevita t-trikkib ta' sinjali (koinċidenza? Naħseb li le!). Jekk ġejt biex timla l-istrixxa FM bi stazzjonijiet, tista 'tikseb 108 - 88 / .2 = 100 stazzjonijiet, madwar l-istess numru bħad-radju AM (107). Din tinstema konvinċenti, imma fil-fatt hija iktar ikkumplikata (agh!).

Ir-radju FM jixxandar b'mod stereo, u jfisser żewġ stazzjonijiet ta 'informazzjoni. Fil-prattika, huma jiġġeneraw tliet sinjali qabel l-applikazzjoni tal-modulazzjoni:

* is-sinjal L + R (xellug + lemin) fil-medda ta '50 sa 15,000 Hz.
* trasportatur ta 'pilota ta' 19 kHz.

* is-sinjal LR ċċentrat fuq trasportatur ta '38 kHz (li huwa mrażżan) li jvarja minn 23 sa 53 kHz.

Allura, is-sinjal ta 'informazzjoni fil-fatt għandu frekwenza ta' modulazzjoni massima ta '53 kHz, li teħtieġ tnaqqis fl-indiċi ta' modulazzjoni għal madwar 1.0 biex iżżomm il-wisa 'totali tas-sinjal ta' madwar 200 kHz.

Prestazzjoni FM
Bandwidth
Kif diġà ntwera, il-wisa 'tal-banda ta' sinjal FM jista 'jkun imbassar billi tuża:

* BW = 2 (b + 1) fm

fejn b huwa l-indiċi tal-modulazzjoni u fm hija l-frekwenza modulanti massima użata.

Ir-radju FM għandu wisa 'tal-frekwenza ferm akbar minn dak tar-radju AM, iżda l-istrixxa tar-radju FM hija wkoll ikbar. Il-kombinazzjoni żżomm in-numru ta 'kanali disponibbli madwar l-istess.

Il-wisa 'tal-frekwenza ta' sinjal FM għandu dipendenza aktar ikkumplikata milli fil-każ AM (ftakar, il-wisa 'tal-banda tas-sinjali AM jiddependu biss fuq il-frekwenza massima ta' modulazzjoni). F'FM, kemm l-indiċi tal-modulazzjoni kif ukoll il-frekwenza ta 'modulazzjoni jaffettwaw il-wisa' tal-frekwenza. Hekk kif l-informazzjoni ssir iktar b'saħħitha, il-wisa 'tal-frekwenza tikber ukoll.

Effiċjenza
L-effiċjenza ta 'sinjal hija l-qawwa fil-faxex bħala frazzjoni tat-total. Fis-sinjali FM, minħabba l-meded tal-ġenb konsiderevoli prodotti, l-effiċjenza hija ġeneralment għolja. Ifakkar li l-AM konvenzjonali hija limitata għal madwar 33% effiċjenza biex tevita t-tgħawwiġ fir-riċevitur meta l-indiċi tal-modulazzjoni kien ikbar minn 1. FM m'għandha l-ebda problema analoga.

L-istruttura tal-istrixxa tal-ġenb hija pjuttost ikkumplikata, iżda huwa sikur li ngħidu li l-effiċjenza hija ġeneralment imtejba billi tagħmel l-indiċi tal-modulazzjoni akbar (kif għandu jkun). Imma jekk tagħmel l-indiċi tal-modulazzjoni akbar, agħmel il-wisa 'tal-frekwenza akbar (b'differenza minn AM) li għandha l-iżvantaġġi tagħha. Kif inhu tipiku fl-inġinerija, jintlaħaq kompromess bejn l-effiċjenza u l-prestazzjoni. L-indiċi tal-modulazzjoni huwa normalment limitat għal valur bejn 1 u 5, skont l-applikazzjoni.

storbju
Is-sistemi FM huma ferm aħjar li jirrifjutaw l-istorbju minn sistemi AM. L-istorbju ġeneralment jinfirex b'mod uniformi fl-ispettru kollu (l-hekk imsejjaħ ħoss abjad, li jfisser spettru wiesa '). L-amplitudni tal-istorbju tvarja b'mod każwali f'dawn il-frekwenzi. Il-bidla fl-amplitudni tista 'effettivament timmodula s-sinjal u terġa' tinġabar fis-sistema AM. Bħala riżultat, sistemi AM huma sensittivi ħafna għall-istorbju bl-addoċċ. Eżempju jista 'jkun ħoss tas-sistema ta' tqabbid fil-karozza tiegħek. Filtri speċjali għandhom jiġu installati biex iżommu l-interferenza barra r-radju tal-karozza tiegħek.

Is-sistemi FM huma intrinsikament immuni għal ħoss każwali. Sabiex il-ħoss jinterferixxi, huwa għandu jimmodula l-frekwenza b'xi mod. Iżda l-ħoss huwa mqassam b'mod uniformi fil-frekwenza u jvarja l-aktar fl-amplitudni. Bħala riżultat, kważi m'hemm l-ebda interferenza fir-riċevitur FM. FM xi kultant jissejjaħ "statiku ħielsa," li tirreferi għall-immunità superjuri tagħha għall-istorbju bl-addoċċ.

sommarju
Fis-sinjali FM, l-effiċjenza u l-wisa 'tal-banda jiddependu kemm fuq il-frekwenza modulanti massima kif ukoll fuq l-indiċi tal-modulazzjoni.
Meta mqabbel ma 'AM, is-sinjal FM għandu effiċjenza ogħla, bandwidth akbar u immunità aħjar għall-istorbju.

Ħalli messaġġ 

Lista messaġġ