Πληροφορίες

Τι είναι η διαμόρφωση συχνότητας, FM

Τι είναι η διαμόρφωση συχνότητας, FM


Ενώ η αλλαγή του πλάτους ενός ραδιοφωνικού σήματος είναι η πιο προφανής μέθοδος για τη διαμόρφωσή του, δεν είναι καθόλου ο μόνος τρόπος. Είναι επίσης δυνατό να αλλάξετε τη συχνότητα ενός σήματος για να δώσετε διαμόρφωση συχνότητας ή FM. Η διαμόρφωση συχνότητας χρησιμοποιείται ευρέως σε συχνότητες άνω των 30 MHz, και είναι ιδιαίτερα γνωστή για τη χρήση της για μετάδοση VHF FM.

Αν και μπορεί να μην είναι τόσο απλή όσο η διαμόρφωση πλάτους, ωστόσο, η διαμόρφωση συχνότητας, το FM, προσφέρει ορισμένα ξεχωριστά πλεονεκτήματα. Είναι σε θέση να παρέχει σχεδόν χωρίς παρεμβολές λήψη και για αυτόν τον λόγο υιοθετήθηκε για τις εκπομπές ήχου VHF. Αυτές οι μεταδόσεις θα μπορούσαν να προσφέρουν ήχο υψηλής πιστότητας, και για το λόγο αυτό, η διαμόρφωση συχνότητας είναι πολύ πιο δημοφιλής από τις παλαιότερες μεταδόσεις στις ζώνες μεγάλων, μεσαίων και μικρών κυμάτων.

Εκτός από την ευρεία χρήση του για υψηλής ποιότητας εκπομπές ήχου, το FM χρησιμοποιείται επίσης για μια ποικιλία αμφίδρομων συστημάτων ραδιοεπικοινωνίας. Είτε πρόκειται για σταθερά είτε για κινητά συστήματα ραδιοεπικοινωνίας, ή για χρήση σε φορητές εφαρμογές, το FM χρησιμοποιείται ευρέως σε VHF και πάνω.

Τι είναι η διαμόρφωση συχνότητας, FM;

Για τη δημιουργία σήματος διαμορφωμένης συχνότητας, η συχνότητα του ραδιοφωνικού φορέα μεταβάλλεται σύμφωνα με το πλάτος του εισερχόμενου ακουστικού σήματος.

Όταν το ηχητικό σήμα διαμορφώνεται στον φορέα ραδιοσυχνοτήτων, το νέο σήμα ραδιοσυχνοτήτων κινείται πάνω και κάτω στη συχνότητα. Το ποσό με το οποίο το σήμα κινείται πάνω-κάτω είναι σημαντικό. Είναι γνωστή ως απόκλιση και συνήθως αναφέρεται ως ο αριθμός απόκλισης kilohertz. Για παράδειγμα, το σήμα μπορεί να έχει απόκλιση συν και μείον 3 kHz, δηλαδή ± 3 kHz. Σε αυτήν την περίπτωση, ο φορέας έχει σχεδιαστεί για να κινείται πάνω και κάτω κατά 3 kHz.

Οι σταθμοί εκπομπής στο τμήμα VHF του φάσματος συχνοτήτων μεταξύ 88,5 και 108 MHz χρησιμοποιούν μεγάλες τιμές απόκλισης, συνήθως ± 75 kHz. Αυτό είναι γνωστό ως FM ευρείας ζώνης (WBFM). Αυτά τα σήματα είναι ικανά να υποστηρίζουν μεταδόσεις υψηλής ποιότητας, αλλά καταλαμβάνουν μεγάλο εύρος ζώνης. Συνήθως επιτρέπονται 200 ​​kHz για κάθε μετάδοση FM ευρείας ζώνης. Για σκοπούς επικοινωνίας χρησιμοποιείται μικρότερο εύρος ζώνης. Η στενή ζώνη FM (NBFM) χρησιμοποιεί συχνά τιμές απόκλισης περίπου ± 3 kHz.

Είναι στενή ζώνη FM που χρησιμοποιείται συνήθως για αμφίδρομες εφαρμογές ραδιοεπικοινωνιών. Έχοντας μια στενότερη ζώνη δεν είναι σε θέση να παρέχει την υψηλή ποιότητα των μεταδόσεων ευρείας ζώνης, αλλά αυτό δεν απαιτείται για εφαρμογές όπως η κινητή ραδιοεπικοινωνία.

Αποδιαμόρφωση συχνότητας

Όπως και με οποιαδήποτε μορφή διαμόρφωσης, είναι απαραίτητο να είναι σε θέση να την αποδιαμορφώσει με επιτυχία και να ανακτήσει το αρχικό σήμα. Ο αποδιαμορφωτής FM μπορεί να ονομάζεται ποικιλία ονομάτων, συμπεριλαμβανομένων αποδιαμορφωτή FM, ανιχνευτή FM ή διακριτικού FM.

Υπάρχουν διάφοροι τύποι αποδιαμορφωτή FM, αλλά όλοι επιτρέπουν τη μετατροπή των παραλλαγών συχνότητας του εισερχόμενου σήματος σε παραλλαγές πλάτους στην έξοδο. Αυτά τροφοδοτούνται συνήθως σε έναν ενισχυτή ήχου, ή πιθανώς σε μια ψηφιακή διεπαφή, εάν τα δεδομένα διαβιβάζονται μέσω του συστήματος.


Διαμορφωτές FM

Υπάρχει μια ποικιλία διαφορετικών μεθόδων που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη δημιουργία σημάτων διαμορφωμένης συχνότητας.

  • Ταλαντωτής δίοδος Varactor: Αυτή η μέθοδος απαιτεί απλώς τη χρήση μιας δίοδος βαρακτόρ που τοποθετείται στο συντονισμένο κύκλωμα ενός κυκλώματος ταλαντωτή. Είναι ακόμη δυνατό να χρησιμοποιηθεί μια δίοδος βαρατόρ σε ένα κύκλωμα κρυστάλλου ταλαντωτή. Συνήθως, όταν οι κρυσταλλικοί ταλαντωτές χρησιμοποιείται ξανά, το σήμα πρέπει να πολλαπλασιαστεί σε συχνότητα και μπορεί να επιτευχθεί μόνο στενή ζώνη FM.
  • Κλειδωμένος βρόχος φάσης: Οι βρόχοι κλειδώματος φάσης παρέχουν μια εξαιρετική μέθοδο δημιουργίας διαμόρφωσης συχνότητας. Συχνά είναι απαραίτητο να διαχειρίζεστε προσεκτικά τους περιορισμούς εντός του βρόχου, αλλά μόλις το κάνετε αυτό παρέχει και εξαιρετική λύση.

Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα διαμόρφωσης συχνότητας

Όπως με οποιαδήποτε μορφή διαμόρφωσης, υπάρχουν πολλά πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα στη χρήση της. Αυτά πρέπει να ληφθούν υπόψη πριν λάβετε οποιαδήποτε απόφαση ή επιλογή σχετικά με τη χρήση της:

Πλεονεκτήματα της διαμόρφωσης συχνότητας, FM:

  • Ανθεκτικότητα στον θόρυβο: Ένα ιδιαίτερο πλεονέκτημα της διαμόρφωσης συχνότητας είναι η ανθεκτικότητά του σε μεταβολές επιπέδου σήματος. Η διαμόρφωση πραγματοποιείται μόνο ως παραλλαγές στη συχνότητα. Αυτό σημαίνει ότι τυχόν παραλλαγές επιπέδου σήματος δεν θα επηρεάσουν την έξοδο ήχου, υπό την προϋπόθεση ότι το σήμα δεν πέφτει σε επίπεδο όπου ο δέκτης δεν μπορεί να αντεπεξέλθει. Ως αποτέλεσμα, αυτό καθιστά το FM ιδανικό για εφαρμογές κινητής ραδιοεπικοινωνίας, συμπεριλαμβανομένων γενικότερων αμφίδρομων ραδιοεπικοινωνιών ή φορητών εφαρμογών όπου τα επίπεδα σήματος είναι πιθανό να ποικίλλουν σημαντικά. Το άλλο πλεονέκτημα του FM είναι η ανθεκτικότητα του σε θόρυβο και παρεμβολές. Γι 'αυτό το λόγο το FM χρησιμοποιείται για μεταδόσεις εκπομπών υψηλής ποιότητας.
  • Εύκολη εφαρμογή διαμόρφωσης σε στάδιο χαμηλής ισχύος του πομπού: Ένα άλλο πλεονέκτημα της διαμόρφωσης συχνότητας σχετίζεται με τους πομπούς. Είναι δυνατή η εφαρμογή της διαμόρφωσης σε ένα στάδιο χαμηλής ισχύος του πομπού, και δεν είναι απαραίτητο να χρησιμοποιήσετε μια γραμμική μορφή ενίσχυσης για να αυξήσετε το επίπεδο ισχύος του σήματος στην τελική του τιμή.
  • Είναι δυνατή η χρήση αποτελεσματικών ενισχυτών RF με σήματα διαμορφωμένης συχνότητας: Είναι δυνατό να χρησιμοποιηθούν μη γραμμικοί ενισχυτές RF για την ενίσχυση σημάτων FM σε έναν πομπό και αυτοί είναι πιο αποτελεσματικοί από τους γραμμικούς που απαιτούνται για σήματα με τυχόν παραλλαγές πλάτους (π.χ. AM και SSB). Αυτό σημαίνει ότι για μια δεδομένη έξοδο ισχύος, απαιτείται λιγότερη ισχύς μπαταρίας και αυτό καθιστά τη χρήση του FM πιο βιώσιμη για φορητές αμφίδρομες εφαρμογές ραδιοφώνου.

Πλεονεκτήματα της διαμόρφωσης συχνότητας, FM:

  • Το FM έχει χαμηλότερη φασματική απόδοση από κάποιες άλλες μορφές διαμόρφωσης: Ορισμένες μορφές διαμόρφωσης φάσης και διαμόρφωσης πλάτους τετραγώνου έχουν υψηλότερη φασματική απόδοση για μετάδοση δεδομένων από ό, τι η μετατόπιση συχνότητας, μια μορφή διαμόρφωσης συχνότητας. Ως αποτέλεσμα, τα περισσότερα συστήματα μετάδοσης δεδομένων χρησιμοποιούν PSK και QAM.
  • Απαιτεί πιο περίπλοκο αποδιαμορφωτή: Ένα από τα δευτερεύοντα μειονεκτήματα της διαμόρφωσης συχνότητας είναι ότι ο αποδιαμορφωτής είναι λίγο πιο περίπλοκος και ως εκ τούτου ελαφρώς πιο ακριβός από τους πολύ απλούς ανιχνευτές διόδων που χρησιμοποιούνται για ΑΜ. Ωστόσο, αυτό είναι πολύ λιγότερο θέμα στις μέρες μας επειδή πολλά ολοκληρωμένα κυκλώματα ραδιοφώνου ενσωματώνουν έναν ενσωματωμένο αποδιαμορφωτή συχνότητας.
  • Ορισμένες άλλες λειτουργίες έχουν υψηλότερη απόδοση φασματικών δεδομένων: Ορισμένες μορφές διαμόρφωσης φάσης και διαμόρφωσης πλάτους τετραγώνου έχουν υψηλότερη φασματική απόδοση για μετάδοση δεδομένων που μετατοπίζει συχνότητα, μια μορφή διαμόρφωσης συχνότητας. Ως αποτέλεσμα, τα περισσότερα συστήματα μετάδοσης δεδομένων χρησιμοποιούν PSK και QAM.
  • Οι πλευρικές ζώνες εκτείνονται στο άπειρο και στις δύο πλευρές: Οι πλευρικές ζώνες για μετάδοση FM εκτείνονται θεωρητικά στο άπειρο. Συνήθως είναι σημαντικές για μεταδόσεις διαμόρφωσης συχνότητας ευρείας ζώνης, αν και μικρές για FM στενής ζώνης. Για τον περιορισμό του εύρους ζώνης της μετάδοσης, χρησιμοποιούνται συχνά φίλτρα και αυτά εισάγουν κάποια παραμόρφωση του σήματος. Κανονικά, αυτό δεν αποτελεί πρόβλημα, αν και πρέπει να ληφθεί μέριμνα ώστε να συμπεριληφθούν αυτά τα φίλτρα για το ευρυζωνικό FM και να διασφαλιστεί ότι έχουν σχεδιαστεί σωστά.

Πώς εισήχθη το FM

Στις πρώτες μέρες του ραδιοφώνου, το στατικό ήταν ένα σημαντικό ζήτημα και ο τρόπος με τον οποίο όλοι προσπαθούσαν να μειώσουν τα εφέ του στατικού ήταν να μειώσει το εύρος ζώνης - με αυτόν τον τρόπο ο δέκτης δέχτηκε λιγότερο θόρυβο.

Ένας Αμερικανός μηχανικός με την ονομασία Edwin Armstrong ερευνά αυτό το ζήτημα και εάν η διαμόρφωση συχνότητας, παρά η διαμόρφωση πλάτους, μπορεί να προσφέρει πλεονέκτημα.

Γύρω στο 1928, ο Άρμστρονγκ άρχισε να αναπτύσσει την έννοια της χρήσης FM, και αντί να μειώσει το εύρος ζώνης, το αύξησε.

Πολλοί δεν συμφώνησαν με τις ιδέες του Άρμστρονγκ για διάφορους λόγους. Πλησίασε το RCA, και παρόλο που εντυπωσιάστηκαν, επικεντρώνονταν στην τηλεόραση και δεν ήθελαν να εκτρέψουν πόρους σε μια νέα μορφή μετάδοσης.

Μετά από πολλές δυσκολίες, ο Άρμστρονγκ ξεκίνησε το δικό του ραδιοφωνικό σταθμό το 1939 για να δείξει την αποτελεσματικότητα του FM. Για να φιλοξενήσει αυτό και άλλους σταθμούς που ακολουθούν στο FCC εκχωρήθηκε μια ζώνη συχνοτήτων μεταξύ 42 και 50 MHz. Άλλοι σύντομα ακολούθησαν, αλλά μετά τον πόλεμο, η FCC στις ΗΠΑ, άλλαξε την εκχωρημένη ζώνη συχνοτήτων σε αυτήν που γνωρίζουμε σήμερα μεταξύ 88 και 108 MHz. Παρόλο που υπήρχε κάποιος αρχικός πόνος επειδή είχαν πουληθεί μερικές εκατοντάδες χιλιάδες ραδιόφωνα, το συγκρότημα έγινε αποδεκτό παγκοσμίως και είναι το συγκρότημα VHF FM που γνωρίζουμε σήμερα.

Με το FM καθιερωμένο ως μέσο για υψηλής ποιότητας εκπομπές, αναπτύχθηκε γρήγορα.

Εκτός από αυτό, μια μορφή στενής ζώνης FM έγινε δημοφιλής για κινητές επικοινωνίες VHF και UHF. Η φύση του FM σήμαινε ότι οι παραλλαγές της ισχύος του σήματος δεν επηρέασαν τη λειτουργία σχεδόν όσο ήταν ένα σήμα AM.

Δείκτης διαμόρφωσης και λόγος απόκλισης

Όταν χρησιμοποιείτε ένα σήμα διαμορφωμένης συχνότητας, είναι πολύ χρήσιμο να έχετε ένα μέτρο του ποιο είναι το επίπεδο της διαμόρφωσης.

Αυτό είναι χρήσιμο για τον καθορισμό παραμέτρων όπως εάν το σήμα είναι μια στενή ζώνη ή ένα σήμα διαμορφωμένης συχνότητας ευρείας ζώνης. Είναι επίσης πολύ χρήσιμο για να διασφαλιστεί ότι όλοι οι πομποί ή οι δέκτες σε ένα σύστημα έχουν ρυθμιστεί ώστε να ικανοποιούν ένα τυποποιημένο επίπεδο διαμόρφωσης, καθώς επηρεάζει παραμέτρους όπως το εύρος ζώνης του δέκτη, το διάστημα καναλιών και τα παρόμοια.

Για τον καθορισμό του επιπέδου διαμόρφωσης, χρησιμοποιούνται αριθμοί γνωστοί ως δείκτης διαμόρφωσης και λόγος απόκλισης.


Εύρος ζώνης FM

Ένα από τα βασικά στοιχεία ενός σήματος FM είναι το εύρος ζώνης του. Με οποιοδήποτε διαμορφωμένο σήμα συχνότητας, οι πλευρικές ζώνες εκτείνονται σε κάθε πλευρά. Αυτά εκτείνονται μέχρι το άπειρο, αλλά η ένταση τους πέφτει. Ευτυχώς είναι δυνατόν να περιοριστεί το εύρος ζώνης ενός σήματος FM χωρίς να επηρεάζεται αδικαιολόγητα η ποιότητά του.

Η διαμόρφωση συχνότητας χρησιμοποιείται ευρέως σε πολλούς τομείς της ραδιοφωνικής τεχνολογίας, συμπεριλαμβανομένων των ραδιοτηλεοπτικών εκπομπών και των περιοχών αμφίδρομης ραδιοεπικοινωνίας. Σε αυτές τις εφαρμογές τα ιδιαίτερα πλεονεκτήματά του μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να έχουν καλό αποτέλεσμα.

Ενώ άλλες μορφές διαμόρφωσης χρησιμοποιούνται σε πολλές περιοχές, το FM προσφέρει ακόμα την υψηλότερη ποιότητα για μετάδοση και πολλά πλεονεκτήματα και για άλλες μορφές επικοινωνίας.


Δες το βίντεο: Breakfast στα FM με τον Μιχάλη 13072017 (Οκτώβριος 2021).