Verschiedenes

Frequenzmodulation, FM-Modulationsindex und Abweichungsverhältnis

 Frequenzmodulation, FM-Modulationsindex und Abweichungsverhältnis


Zwei Schlüsselparameter eines frequenzmodulierten Signals sind der Modulationsindex und das Abweichungsverhältnis. Sie werden häufig verwendet, wenn frequenzmodulierte Signale und ihre Eigenschaften betrachtet werden.

Diese beiden Parameter beschreiben einige der grundlegenden Eigenschaften eines bestimmten FM-Signals - der Modulationsindex liefert ein Maß für den effektiven Modulationspegel und das Abweichungsverhältnis ein Maß für die Abweichung relativ zur Modulationsfrequenz.

Diese beiden Zahlen sind für die Planung und den Entwurf von Funkkommunikationssystemen und Rundfunksendern usw. von entscheidender Bedeutung. Sie definieren einige der grundlegenden Parameter des frequenzmodulierten Signals, die sich auf die Seitenbandpegel und die für das Signal erforderliche Bandbreite auswirken.

Es ist wichtig für alles, von großen FM-Sendern bis hin zu kleinen Funkgeräten oder Walkie-Talkies.

Frequenzmodulationsindex

Der Frequenzmodulationsindex entspricht dem Modulationsindex für AM, hängt jedoch offensichtlich mit FM zusammen. In Anbetracht der Unterschiede zwischen den beiden Modulationsformen wird der FM-Modulationsindex unterschiedlich gemessen.

Der FM-Modulationsindex ist gleich dem Verhältnis der Frequenzabweichung zur Modulationsfrequenz.

m=F.requencydevicheintichÖnM.ÖduleintichÖnfrequency

Aus der Formel und Definition des Modulationsindex ist ersichtlich, dass es keinen Begriff gibt, der die Trägerfrequenz enthält, und dies bedeutet, dass er völlig unabhängig von der Trägerfrequenz ist.

Um ein Beispiel für den FM-Modulationsindex zu geben, nehmen Sie das Beispiel, in dem ein Signal eine Abweichung von ± 5 kHz aufweist und die Modulationsfrequenz 1 kHz beträgt. Der Modulationsindex für diese spezielle Instanz beträgt 5/1 = 5.

Wenn die Abweichung ± 10 kHz und die Modulationsfrequenz s kHz beträgt, hat dies ebenfalls ein Abweichungsverhältnis von 5.

Da normales Audio eine Vielzahl unterschiedlicher Frequenzen im Audioton enthält, wird das Abweichungsverhältnis normalerweise anhand der maximalen Audiofrequenz und der maximalen Abweichung berechnet. Diese Zahl wird dann verwendet, um die Bandbreite und andere Eigenschaften des Signals zu bestimmen.

FM-Abweichungsverhältnis

Eines der Probleme mit dem Modulationsindex besteht darin, dass er gemäß den momentanen Werten der Abweichung und der Modulationsfrequenz variiert.

Bei typischen Audioübertragungen variieren sowohl die Frequenzabweichung als auch die Modulationsfrequenz. Die Frequenzabweichung hängt vom jeweiligen Audiopegel ab. Auch die Modulationsfrequenz variiert, da normales Audio aus einer Vielzahl von Frequenzen besteht, die variieren, um die Sprache oder Musik usw. zu geben.

Für viele Anwendungen ist es sinnvoller, eine Zahl für die maximal zulässigen Werte anzugeben.

Dementsprechend kann das FM-Abweichungsverhältnis definiert werden als: das Verhältnis der maximalen Trägerfrequenzabweichung zur höchsten Audiomodulationsfrequenz.

m=M.einx frequencydevicheintichÖnM.einx mÖduleintichÖnfrequency

Ein häufiges Beispiel für das FM-Abweichungsverhältnis sind die Zahlen für einen typischen FM-Sender. Für diese Stationen beträgt die maximale Frequenzabweichung ± 75 kHz und die maximale Audiofrequenz für die Modulation 15 kHz.

Unter Verwendung der obigen Formel bedeutet dies, dass das Abweichungsverhältnis 75/15 = 5 beträgt.

FM-Bandbreite & Modulationsindex.

Die Frequenzmodulation wird in einer Vielzahl von Anwendungen verwendet. In verschiedenen Anwendungen werden unterschiedliche Abweichungsgrade verwendet. Für FM-Rundfunkübertragungen ist es das Ziel, Audio in hoher Qualität übertragen zu können und diese hohen Abweichungen zu erreichen, die verwendet werden und die Bandbreite groß ist. Für Kommunikationszwecke ist Qualität nicht das Problem, aber Bandbreite ist wichtiger. Dementsprechend sind die Abweichungspegel geringer und die Bandbreite ist viel kleiner.

Die Bandbreite des FM-Signals ist besonders wichtig, da es breit genug sein muss, um die Informationen korrekt zu übertragen, und gleichzeitig nicht zu viel Spektrum belegt. Wenn die Bandbreite zu groß ist, kann sie sich außerhalb des erforderlichen Kanals ausbreiten und andere Benutzer auf anderen Kanälen stören.

Mit zunehmender Frequenznutzung mit zunehmender Anzahl drahtloser und allgemeiner Funkanwendungen (von drahtloser Kurzstreckenkommunikation bis hin zu herkömmlicher Zweiwege-Funkkommunikation, Datenverbindungen und vielem mehr) muss das Frequenzspektrum verwaltet und sichergestellt werden, dass die Übertragungen innerhalb der zugewiesenen Bandbreiten liegen wird wichtiger.

Es gibt zwei Hauptklassifikationen für frequenzmodulierte Signale, die sich auf den Modulationsindex und das Abweichungsverhältnis beziehen können.

  • Breitband-FM: Breitband-FM wird typischerweise für Signale verwendet, bei denen der FM-Modulationsindex über etwa 0,5 liegt. Für diese Signale sind die Seitenbänder jenseits der ersten beiden Terme nicht unbedeutend. Broadcast-FM-Sender verwenden Breitband-FM, mit dem sie Audio in hoher Qualität sowie andere Einrichtungen wie Stereo und andere Einrichtungen wie RDS usw. übertragen können.

    Die große Bandbreite von Breitband-FM ermöglicht die Übertragung hochwertiger Rundfunkübertragungen, wobei ein breiter Frequenzgang mit niedrigen Rauschpegeln kombiniert wird. Sobald das Signal ausreichend stark ist, ist das Verhältnis von Audiosignal zu Rauschen sehr gut.

    Manchmal verwenden FM-Tuner mit hoher Wiedergabetreue einen Breitbandfilter für starke Signale, um die optimale Wiedergabetreue und Leistung sicherzustellen. Hier ermöglicht der beruhigende Effekt des starken Signals einen Breitbandempfang und die volle Audiobandbreite. Für Signale mit geringerer Stärke können sie zu einem schmaleren Filter wechseln, um den Rauschpegel zu verringern, obwohl dies dazu führt, dass die Audiobandbreite verringert wird. Alles in allem ergibt die schmalere Bandbreite jedoch einen angenehmeren Klang, wenn das empfangene Signal niedrig ist.

  • Schmalband FM: Das Schmalband FM, NBFM, wird für Signale verwendet, bei denen die Abweichung klein genug ist, dass die Terme in der Bessel-Funktion klein sind und die Hauptseitenbänder diejenigen sind, die bei ± Modulationsfrequenz erscheinen. Die weiter außen liegenden Seitenbänder sind vernachlässigbar.

    Für NBFM muss der FM-Modulationsindex kleiner als 0,5 sein, obwohl häufig ein Wert von 0,2 verwendet wird. Für NBFM ist die Audio- oder Datenbandbreite gering, dies ist jedoch für diese Art der Kommunikation akzeptabel.

    Schmalband-FM wird häufig für die bidirektionale Funkkommunikation verwendet. Obwohl digitale Technologien die Oberhand gewinnen, ist NBFM immer noch weit verbreitet und sehr effektiv. Viele Funkgeräte oder Walkie-Talkies verwenden NBFM, insbesondere solche, die den lizenzfreien Standards wie PMR446 und FRS-Funkkommunikationssystemen entsprechen.

    NBFM ist ideal für kostengünstige Funkkommunikationssysteme, insbesondere für solche, die kleine Walkie-Talkies verwenden, da es mit einem Minimum an Schaltkreisen implementiert werden kann, von denen die meisten kostengünstig sind. Obwohl die digitale Technologie immer billiger wird, ist Schmalband-FM immer noch sehr kostengünstig.

    Diese kleinen Walkie-Talkies oder andere Senderempfänger, die Funkkommunikation bereitstellen, haben normalerweise eine begrenzte Audiobandbreite. Dies ist normal für Funkkommunikationssysteme, da keine hohe Wiedergabetreue erforderlich ist - maximale Verständlichkeit bei begrenzter HF-Bandbreite erforderlich. Die begrenzte Audiobandbreite trägt dazu bei, den Modulationsindex und damit die von der Übertragung belegte Bandbreite zu verringern.

Oft ist die Unterscheidung zwischen Schmalband-FM und Breitband-FM hinsichtlich des Modulationsindex etwas willkürlich. Die meisten FM-Signale sind jedoch entweder Breitband für High-Fidelity oder Schmalband für Funkkommunikation, wenn Bandbreitenbeschränkungen wichtig sind. Dazwischen liegt normalerweise wenig.

Der Modulationsindex und das Abweichungsverhältnis spielen beide eine wichtige Rolle beim Entwurf von Rundfunk- und Funkkommunikationssystemen. Die Figuren definieren den Modulationspegel und damit viele der Eigenschaften des frequenzmodulierten Signals. Dementsprechend sind sie bei der Verwendung von FM wichtig.

Schau das Video: GATE 2008 ECE Modulation index of FM signal (Oktober 2020).