Embedded Files
Sagedusmodulatsiooni (FM, inglise keeles frequency modulation) korral muudetakse kandevlaine faasinurka Θ(t) (vt Signaalide moduleerimine valem (1)) moduleeriva signaali (sõnumi) taktis, muutes faasinurga sageduslikku komponenti ωt.
Joonisel 1 on kujutatud sagedusmodulatsiooni iseloomustavad signaalid: a) on kujutatud ühetoonilise helisageduse signaal uM, mis moduleerib saatja kandevsagedust uk (joonis 1.b)) sageduslikult, mis tähendab seda, et moduleeriva signaali positiivse poolperioodi toimel suureneb kandevlaine sagedus, negatiivse poolperioodi toimel kandevsagedus väheneb (joonis 1 c)).
Joonis 1. FM signaalid: a) moduleeriv signaal (sõnum), b) kandevlaine, c) FM raadiosignaal
Kandevsageduse fk muutust moduleeriva sageduse toimel nimetatakse sageduse deviatsiooniks Δf, mis on määratud kui maksimaalne kandevsageduse muutus:
Δf = Fk ± Fmax ,
kus Fmax – maksimaalne moduleerimissignaali sagedus.
Üldjuhul võib matemaatiliselt sagedusmoduleeritud signaali uFM esitada järgnevalt:
uFM (t ) = uFM max [cos (2πfk t ) - ( Δf / fM ) cos (2πfM t )],
kus Δf – kandevsageduse deviatsioon, fk – kandevlaine sagedus, fM – moduleeriva signaali sagedus.
Sagedusmodulatsiooni korral on modulatsiooni indeks m määratud sageduse deviatsiooni Δf ja moduleeriva fM sageduse kaudu järgnevalt:
m = Δf / fM .
Modulatsiooni sügavus protsentides määratakse erinevalt kui seda tehakse amplituudmodulatsiooni korral. FM puhul modulatsiooni protsent M (%) on tegeliku sageduse deviatsiooni ja maksimaalselt võimaliku deviatsiooni suhe:
M (%) = ( Δf / Δfmax ) · 100
Kui modulatsiooni indeks m << 1 siis FM signaali nimetatakse kitsaribaliseks signaaliks.
FM signaali sageduslik koosseis on keerulisem kui AM signaali sagedusspekter. Tavalise AM signaali korral ribalaius on kahekordne moduleeriva signaali maksimaalne sagedus. See kehtib ka kitsaribalise FM signaali korral, kuid laia sagedusspektriga moduleeriva signaali puhul see ei kehti. Kitsaribalise FM signaali ribalaius B on seega määratud:
B = 2 Δf .
Laia sagedusribaga sõnumisignaali edastamisel sagedusmoduleeritud signaali spekter sisaldab teoreetiliselt lõpmatu arv külgsagedusi ja seepärast on ka signaali ribalaius lõpmatult lai. Tegelik olukord, mis esineb praktikas, on teoreetilisest erinev, sest kõrgemate kombinatsioon-sageduslike külgribade amplituudid on väikesed ja need praktiliselt mõju ei avalda. Joonisel 2 on toodud tüüpilise sagedusmoduleeritud signaali sagedusspekter, mille keskel on kandevlaine sagedus fk ning sellest sümmeetriliselt paiknevad raadiosageduslikud külgribad, mis sisaldavad moduleerivat madalsageduslikku signaalisagedust F ja selle kõrgemaid harmoonilisi.
Joonis 2. Sagedusmoduleeritud signaali sagedusspekter
Praktikas määratakse sagedusmoduleeritud signaali ribalaius selliselt, et sinna jääks umbes 98% signaali võimsusest. Ribalaiuse B määramiseks kasutatakse Carsoni valemit:
B = 2 (Δf + Fmax ).
Valem on nime saanud ameerika inseneri ja õppejõu John Renshaw Carsoni nime järgi, kes oma töös 1922.a. selle valemi (Carsons´rule) avaldas.
Laiaribalist sagedusmodulatsiooni kasutatakse ringhäälingu programmide edastamisel, kitsaribaline FM leiab kasutust sideotstarbelistes raadiotelefonides. Kitsaribaline signaal nõuab täpsemat vastuvõtja häälestust, kuid ta on paremini mürade eest kaitstud.
Sagedusmodulaator
Sagedusmodulaator
FM modulaator kujutab endast generaatorit (ostsillaatorit), mille väljundsignaali sagedust määravas võnkeringis on kondensaator, mille mahtuvust muudetakse moduleeriva signaali pingega. Modulaatori võnkeringis kasutatakse muudetava mahtuvusena mahtuvusdioodi, mida nimetatakseakse varikapiks või varaktoriks. See on väikeste kadudega pooljuhtdiood, mille mahtuvust saab muuta reguleeritava vastupingega.
Joonisel 3 on toodud sellise modulaatori lihtsustatud skeem. Skeemi kuulub kandevlaine ostsillaator (Osts), mille sagedus on määratud pooli L1 induktiivsuse ja kondensaatori C2 ning varikapi D1 mahtuvusega. Varikapile D1 antakse läbi takistitest R1 ja R2 koosneva pingejaguri ning madalsagedusliku paispooli (drosseli) L2 alalispinge Ud, millega reguleeritakse ostsillaatori kandevsagedus nõutavale väärtusele. Läbi eralduskondensaatori C1 ja paispooli juhitakse mahtuvusdioodile moduleeriv helisageduslik signaal (audiosignaal), mille taktis mahtuvusdioodi mahtuvus muutub ja põhjustab ostsillaatori sageduse deviatsiooni. Suure induktiivsusega paispooli kasutatakse selleks, et lasta läbi alalisvool ja helisageduslik signaal, kuid tõkestada raadiosagedusliku signaali sattumine modulaatori sisendisse. Moduleeritud raadiosignaal juhitakse läbi eralduskondensaatori C3 modulaatori väljundisse.
Joonis 3. Mahtuvusdioodiga sagedusmodulaator
Sagedusdetektor
Sagedusdetektor
Sagedusdetektori ehitus on keerulisem kui AM signaali detektor. FM signaali detekteeerimiseks võib kasutada erinevaid meetodeid. Üheks lihtsamaks detekteerimise meetodiks on meetod, kus lahkuhäälestatud võnkeringi (vt joonis 4) L1C1 toimel muundatakse detektori sisendisse antav FM-signaal Us esialgu AM-signaaliks ning seejärel see detekteeritakse AM diooddetektoriga D1. Sagedusdetektori sisendisse antakse signaal üle signaali amplituudi piiraja, mis koosneb dioodidest D2 ja D3 ning takistist R1. Piiraja on vajalik, et sisendsignaali amplituud ei muutuks, mis väldib parasiitse amplituudmodulatsiooni teket. Takisti R1 takistus määrab ära signaali pinge, millest alates hakatakse piirama amplituudi. Detektori väljundis tekib informatsiooni sisaldav signaal Ed.
Joonis 4. FM-AM muundamisega sagedusdetektor
Kuidas toimub sagedusmoduleeritud signaali muundamine amplituudmoduleeritud signaaliks võnkeringis L1C1, seda selgitab joonis 5. Joonisel on toodud võnkeringi amplituud- sageduskarakteristika, kus vertikaalteljele on kantud võnkeringile antav pinge UVR, horisontaalteljele sagedus f, võnkeringi resonantssagedus on f0.
Kui anda sellele võnkeringile FM signaal, mille kandevsagedus on fk, mis erineb võnkeringi resonantssagedusest, siis selle signaali amplituud hakkab muutuma sõltuvalt võnkeringi sageduskarakteristiku selle osa kaldest, mille sageduse piires toimub FM signaali sageduse muutus ± Δfmax. Nagu jooniselt näha, see karakteristika osa on suhteliselt lineaarne, mis tagab moonutusteta amplituudmodulatsiooni.
Joonis 5. FM-signaali muundamine AM-signaaliks võnkeringis
Page updated
Report abuse