Modulacja częstotliwości - Polski Serwis Naukowy

Przebieg oraz jego modulacja amplitudy i częstotliwości

Modulacja częstotliwości

FM (ang. Frequency Modulation) – modulacja częstotliwości, czyli kodowanie informacji w fali nośnej przez zmiany jej chwilowej częstotliwości, w zależności od sygnału wejściowego.

Częstotliwość sygnału nośnego o częstotliwości $f_n$ zmienia się w zakresie od $f_n - \Delta_f$ do $f_n + \Delta_f$ .

Częstotliwość określa liczbę cykli zjawiska okresowego występujących w jednostce czasu. W układzie SI jednostką częstotliwości jest herc (Hz). Częstotliwość 1 herca odpowiada występowaniu jednego zdarzenia (cyklu) w ciągu 1 sekundy. Najczęściej rozważa się częstotliwość w ruchu obrotowym, częstotliwość drgań, napięcia, fali.

Informacja (łac. informatio – przedstawienie, wizerunek; informare – kształtować, przedstawiać) - termin interdyscyplinarny, definiowany różnie w różnych dziedzinach nauki; najogólniej - właściwość pewnych obiektów, relacja między elementami zbiorów pewnych obiektów, której istotą jest zmniejszanie niepewności (nieokreśloności).

$\Delta_f$ jest nazywane dewiacją częstotliwości, natomiast stosunek $m_f = \frac{\Delta_f}{f_m}$ wskaźnikiem dewiacji częstotliwości lub współczynnikiem modulacji częstotliwości.

FM jest systemem transmisji sygnału analogowego stosowanym do przesyłania sygnału radiowego radia publicznego w zakresie fal ultrakrótkich, stąd zakres ten w mowie potocznej często jest zwany FM. Modulacja częstotliwości stosowana jest też w transmisji sygnału w telewizji satelitarnej, dźwiękowego w wielu systemach telewizji naziemnej oraz informacji o kolorze (chrominancji) w systemie telewizji kolorowej SECAM.

Dioda pojemnościowa - dioda półprzewodnikowa, w której wykorzystuje się zjawisko zmiany pojemności złącza p-n pod wpływem zmiany napięcia przyłożonego w kierunku zaporowym. Konstrukcja złączy stosowanych w diodach pojemnościowych jest specjalnie przystosowana do wykorzystania tej właściwości; półprzewodnik, diody pojemnościowe są wykonywane zazwyczaj z krzemu lub arsenku galu. Diody pojemnościowe są zoptymalizowane pod względem możliwości wykorzystania pojemności barierowej złącza.

Generator drgań (także: oscylator) – układ elektryczny, którego celem jest wytworzenie drgań elektrycznych. Składa się z dwóch podstawowych elementów: wzmacniacza i obwodu dodatniego sprzężenia zwrotnego podającego sygnał z wyjścia wzmacniacza z powrotem na jego wejście. O częstotliwości drgań decyduje obwód sprzężenia zwrotnego, o ich amplitudzie – parametry wzmacniacza.

System umożliwia odfiltrowanie po stronie odbiornika znacznie więcej zakłóceń niż w systemie AM. Sygnał po odebraniu i wzmocnieniu może być ograniczony do takiej samej amplitudy, w ten sposób redukuje się większość zakłóceń.

Realizacja modulatora FM

Jako modulator FM najczęściej stosuje się diodę pojemnościową w obwodzie rezonansowym generatora, która zmieniając swoją pojemność w takt zmian napięcia sygnału modulującego zmienia częstotliwość generowanej fali nośnej.

FM cyfrowe

Oznaczenie FM stosuje się też do oznaczania niektórych technik kodowania informacji cyfrowej. Najbardziej znany jako system zapisu informacji na nośnikach magnetycznych.

Amplituda w ruchu drgającym i w ruchu falowym jest to największe wychylenie z położenia równowagi. Jednostka amplitudy zależy od rodzaju ruchu drgającego: dla drgań mechanicznych jednostką może być metr, jednostka gęstości lub ciśnienia (np. dla fali podłużnej); dla fali elektromagnetycznej tą jednostką będzie V/m.

Fala nośna (inaczej nośna) to fala elektromagnetyczna o stałej częstotliwości, wytwarzana przez nadajnik fal elektromagnetycznych. Fala nośna podlega modulacji w celu przesłania sygnału informacyjnego, natomiast sama nie zawiera informacji.

Przy odczycie sygnału z nośnika (magnetycznego) dość trudny jest odczyt namagnesowania, znacznie łatwiejszy jest odczyt zmian namagnesowania (pola magnetycznego), gdyż wywołuje ono powstanie prądu indukcyjnego w głowicy magnetycznej.

Przy zapisie FM kierunek pola magnetycznego zmieniany jest na początku komórki bitowej oraz w jej środku, ale tylko wtedy, gdy kodowana jest jedynka (binarna).

Algorytm kodowania 1 bitu:

Modulacja amplitudy (AM z ang. Amplitude Modulation) – jeden z trzech podstawowych rodzajów modulacji, polegający na kodowaniu sygnału informacyjnego (szerokopasmowego o małej częstotliwości) w chwilowych zmianach amplitudy sygnału nośnego (inaczej nazywanej falą nośną). Uzyskany w wyniku sygnał zmodulowany jest sygnałem wąskopasmowym, który nadaje się np. do transmisji drogą radiową. Rysunek po prawej stronie pokazuje wygląd sygnału zmodulowanego AM tonem sinusoidalnym.

Algorytm – w matematyce oraz informatyce skończony, uporządkowany ciąg jasno zdefiniowanych czynności, koniecznych do wykonania pewnego rodzaju zadań. Słowo "algorytm" pochodzi od starego angielskiego słowa algorism, oznaczającego wykonywanie działań przy pomocy liczb arabskich (w odróżnieniu od abacism - przy pomocy abakusa), które z kolei wzięło się od nazwiska, które nosił Muhammad ibn Musa al-Chuwarizmi (أبو عبد الله محمد بن موسى الخوارزمي), matematyk perski z IX wieku.

Zmień kierunek prądu

Czekaj czas

Jeśli 1, to zmień kierunek prądu

Czekaj czas

Zapis liczby binarnej 010011 wywoła przepływ prądu

0 1 0 0 1 1
++-+--++-+-+
--_-__--_-_-

Nadawaniu ciągu jedynek odpowiada sygnał o częstotliwości dwa razy większej niż nadawaniu ciągu zer, dlatego ten sposób zapisu nazwano FM. Sposób został wyparty przez system MFM, a następnie przez RLL.

Zobacz też

Zmodyfikowana modulacja częstotliwości – MFM

Wavetable

FM (typ okrętu)