مدولاسیون فرکانس

ساخت وبلاگ

آخرین مطالب

امکانات وب

مدولاسیون فرکانس

Top Banner

مدولاسیون فرکانس یا معمولاً به عنوان FM اصطلاح مشترکی است که در زندگی روزمره خود می شنویم. امروزه از مدولاسیون فرکانس به طور گسترده در ارتباطات رادیویی و پخش استفاده می شود. اما آیا ما تعجب کرده ایم که در واقع چیست یا فناوری و مکانیسم پشت FM چیست؟ما سعی خواهیم کرد تا درک کنیم که مدولاسیون فرکانس در این درس چیست و همچنین مکانیسم آن و همچنین کاربردهای آن را می آموزیم.

جدول محتویات

  • مدولاسیون فرکانس چیست؟
  • معادلات مدولاسیون فرکانس
  • بیان برای موج مدوله شده فرکانس
  • فرکانس در مدولاسیون فرکانس
  • شاخص مدولاسیون
  • بازنمایی گرافیکی موج مدوله شده فرکانس
  • تخریب فرکانس
  • مزایا و مضرات مدولاسیون فرکانس

مدولاسیون فرکانس چیست؟

مدولاسیون فرکانس یک تکنیک یا فرآیند رمزگذاری اطلاعات بر روی یک سیگنال خاص (آنالوگ یا دیجیتال) با تغییر فرکانس موج حامل مطابق با فرکانس سیگنال تعدیل کننده است. همانطور که می دانیم ، یک سیگنال تعدیل کننده چیزی نیست جز اطلاعات یا پیامی که باید پس از تبدیل شدن به یک سیگنال الکترونیکی منتقل شود.

تقریباً مانند مدولاسیون دامنه ، مدولاسیون فرکانس نیز یک رویکرد مشابه دارد که در آن سیگنال حامل توسط سیگنال ورودی تعدیل می شود. با این حال ، در مورد FM ، دامنه سیگنال مدوله شده نگه داشته می شود یا ثابت می ماند.

شاخص مدولاسیون فرکانس بیشتر بیش از 1 است و معمولاً به پهنای باند بالا در محدوده 200 کیلوهرتز نیاز دارد. FM در یک محدوده با فرکانس بسیار بالا به طور معمول بین 88 تا 108 مگاورتز فعالیت می کند. مدارهای پیچیده ای با تعداد نامحدودی از باند جانبی وجود دارد که در دریافت سیگنال های با کیفیت بالا با کیفیت صدای بالا کمک می کند.

در همین حال ، ایستگاه های پخش در قسمت VHF از طیف فرکانس بین 88. 5 و 108 مگاهرتز اغلب از مقادیر زیادی از انحراف (75 کیلو هرتز) استفاده می کنند. این به عنوان باند گسترده FM (WBFM) شناخته می شود. حتی اگر این سیگنال ها از انتقال با کیفیت بالا پشتیبانی می کنند ، آنها تعداد زیادی پهنای باند را اشغال می کنند. به طور معمول ، 200 کیلوهرتز برای هر انتقال FM با باند گسترده مجاز است. از طرف دیگر ، ارتباطات از پهنای باند بسیار کمی استفاده می کنند. از طرف دیگر ، FM باند باریک (NBFM) اغلب از چهره های انحراف در حدود 3 کیلو هرتز استفاده می کند. علاوه بر این ، FM باند باریک بیشتر برای برنامه های ارتباطی رادیویی دو طرفه استفاده می شود.

کاربردهای مدولاسیون فرکانس

اگر در مورد کاربردهای مدولاسیون فرکانس صحبت کنیم ، بیشتر در پخش رادیو استفاده می شود. این یک مزیت بزرگ در انتقال رادیو دارد زیرا نسبت سیگنال به نویز بزرگتر دارد. به این معنی ، منجر به تداخل فرکانس رادیویی کم می شود. این دلیل اصلی است که بسیاری از ایستگاه های رادیویی از FM برای پخش موسیقی از طریق رادیو استفاده می کنند.

علاوه بر این ، برخی از کاربردهای آن نیز در رادار ، تله متری ، جستجوی لرزه ای و در EEG ، سیستم های رادیویی مختلف ، سنتز موسیقی و همچنین در سازهای انتقال ویدیویی یافت می شود. در انتقال رادیو ، مدولاسیون فرکانس نسبت به سایر مدولاسیون مزیت خوبی دارد. این نسبت سیگنال به نویز بزرگتر است به این معنی که تداخل فرکانس رادیویی بسیار بهتر از سیگنال مدولاسیون دامنه قدرت برابر (AM) را رد می کند. به همین دلیل ، بیشتر موسیقی از طریق رادیو FM پخش می شود.

تعدیل کننده های FM

چندین روش وجود دارد که می تواند برای تولید سیگنال های فرکانس مستقیم یا غیرمستقیم استفاده شود.

  • نوسان ساز با ولتاژ یا نوسان ساز دیود Varactor: از نوسان ساز کنترل شده با ولتاژ می توان برای ایجاد مدولاسیون مستقیم FM با تغذیه مستقیم پیام به ورودی نوسان ساز استفاده کرد. در مورد دیود Varactor ، این دستگاه را در مدار تنظیم شده یک مدار نوسان ساز قرار می دهیم.
  • مدار اسیلاتور کریستال: دیود Varactor همچنین می تواند در یک مدار اسیلاتور کریستالی استفاده شود که در آن سیگنال نیاز به ضرب در فرکانس دارد و فقط FM باند باریک حاصل می شود.
  • حلقه قفل فاز: این یک روش عالی برای تولید سیگنال های مدولاسیون فرکانس است. با این حال ، محدودیت های موجود در حلقه باید با دقت بررسی شود و پس از پایدار بودن همه چیز ، یک راه حل عالی ارائه می دهد.

معادلات مدولاسیون فرکانس

معادلات مدولاسیون فرکانس عمدتا از یک عبارت سینوسی با انتگرال سیگنال باند پایه تشکیل شده است که می تواند یک عملکرد سینوسی یا کازین باشد.

این می تواند از نظر ریاضی به عنوان ؛

m (t) → سیگنال تعدیل کننده

Am→ دامنه سیگنال تعدیل کننده.

ωmfellow فرکانس زاویه ای سیگنال تعدیل کننده.

ɵ → مرحله سیگنال تعدیل کننده است.

مانند مدولاسیون دامنه ، وقتی سعی می کنیم سیگنال ورودی (اطلاعات) را تعدیل کنیم ، به یک موج حامل نیاز داریم ، تجربه خواهیم کرد

مدولاسیون زاویه ای ، که به معنی ω استc(یا) ɵ از موج حامل با توجه به سیگنال تعدیل کننده مانند مدولاسیون دامنه ، به صورت خطی مختلف شروع می شود.

مورد I: هر لحظه

سیگنال تعدیل در هر لحظه از زمان.

Modulating signal at any instant of time

برای هر لحظه خاص (ωct + ɵ) با توجه به زمان متفاوت نیست.0= ثابت ، پس

ωc= همچنین ثابت

اگر در هر لحظه از زمان یک سیگنال داده شده برای سیگنال داده شده بکشیم ، شیب مماس Ω را می دهدcو مماس وقتی که محور ɵ را کاهش می دهد0ارزش.

مورد دوم: برای یک بازه کوچک زمان

حال اجازه دهید فاصله کمی از زمان ΔT = t را در نظر بگیریم2 t1

فاصله زمانی ، t1 2، ما این را به دو لحظه خاص از t خواهیم نگاه خواهیم کرد1و t2

Modulating signal at small interval of time

بگذارید یک لحظه را در (t) در نظر بگیریم1) ، اگر ما یک مماس را به یک سیگنال معین در (t) بکشید1) ، شیب منحنی فرکانس فوری (wi) در آن لحظه خاص

به طور مشابه ، رهگیری مماس با ɵ - محور فاز فوری را می دهد (i). به همین ترتیب ، ما می توانیم W را بدست آوریمiبرای هر لحظه از منحنی داده شده. از این یک چیز واضح است.

(شروع<<omega>_>= frac پایان)

ɵ - مرحله در لحظه است

ما این را به عنوان تابعی از زمان (t) می نویسیم ، فرکانس آنی است

(شروع omega (t) = frac ………… .. 3 پایان) (شروع int محدودیت_<infty>^<omega (t)dt= heta ,……………….,4>پایان)

معادله 3 و 4 درک اساسی از فاز و فرکانس را نشان می دهد. اگر سعی می کنیم این سیگنال را تعدیل کنیم ، بگذارید ببینیم که در هر لحظه از زمان فاز سیگنال چه اتفاقی می افتد

(شروع تتا (t) =<<omega>_>t int محدودیت_<infty>^ پایان) [این به عنوان مدولاسیون فاز شناخته می شود]

ωc→ فرکانس موج حامل

m (t) → سیگنال تعدیل کننده

سیگنال درج در این مرحله می شود ،

a cos ɵ (t) = accos [ωct + k m (t)]

اگر به فرکانس موج احتیاج داریم ،

(شروع omega (t) = frac = end) ωc+ کیلومتر (t) ……… . 6 [این مدولاسیون فرکانس شناخته شده است] (شروع بیش از حد<mathop> ، (t) = fracm (t) end)

همانطور که می دانیم ، ایده مدولاسیون فرکانس ، فرکانس موج حامل باید با توجه به سیگنال خاص به صورت خطی متفاوت باشد زیرا می توانیم آن را معادله شماره 5 ببینیم.

اگر مدولاسیون فاز انجام دهیم ، چیزی جز مدولاسیون فرکانس نیست. هنگامی که ما مدولاسیون فرکانس را انجام می دهیم ، ما سیگنال تعدیل کننده خاص را متمایز می کنیم که به طور خودکار آن را به عنوان مدولاسیون فاز نشان می دهد.

بیان برای موج مدوله شده فرکانس

همانطور که از مدولاسیون دامنه می دانیم ، برای مدولاسیون به دو امواج سین (یا) نیاز داریم.

سپس موج مدوله شده فرکانس خواهد بود.

fm (t) = موج مدوله شده فرکانس است

fc→ فرکانس موج حامل

m (t) → سیگنال تعدیل کننده

k → تناسب ثابت.

فرکانس در مدولاسیون فرکانس

در FM ، انحراف (OR) در فرکانس حداکثر انحراف ΔFحداکثر

حداکثر انحراف در فرکانس k a استm

به طور کلی ، انحراف فرکانس به عنوان اندازه گیری تغییر در یک فرکانس حامل تولید شده توسط دامنه سیگنال تعدیل کننده ورودی تعریف می شود.

شاخص مدولاسیون (μ)

نسبت حداکثر انحراف در فرکانس سیگنال تعدیل کننده است.

(شروع mu = frac_<max>>>_>>= frac_<<_>>>>_>>پایان)

بازنمایی گرافیکی موج مدوله شده فرکانس

Graphical Representation of Frequency Modulated Wave

اگر نمودار را رعایت کنیم ، متوجه می شویم که با افزایش دامنه سیگنال ورودی ، فرکانس یک حامل افزایش می یابد. در اینجا ، فرکانس حامل حداکثر است که سیگنال ورودی در بالاترین حد خود باشد. در ضمن ، اگر دامنه سیگنال تعدیل کننده پایین بیاید ، فرکانس یک حامل کاهش می یابد. معنی این است که وقتی سیگنال ورودی در پایین ترین حالت قرار دارد ، فرکانس حامل حداقل است.

تخریب فرکانس

هنگامی که مدولاسیون وجود دارد ، معمولاً باید با موفقیت از آن استفاده کنیم و در عین حال سیگنال اصلی را بازیابی کنیم. در چنین مواردی ، Demodulator FM همچنین به عنوان FM Disciginator یا FM Detector شناخته می شود. در حالی که T در اینجا چندین نوع تغییر دهنده FM وجود دارد ، عملکرد اصلی این دستگاه ها تبدیل تغییرات فرکانس سیگنال ورودی به تغییرات دامنه سیگنال خروجی است. Demodulators به همراه یک تقویت کننده صوتی یا احتمالاً یک رابط دیجیتال استفاده می شود.

مزایا و مضرات مدولاسیون فرکانس

مزایای معایب
تداخل کمتر و سر و صدا. هزینه تجهیزات بیشتر است. پهنای باند بزرگی دارد.
مصرف برق نسبت به AM کمتر است. گیرنده و فرستنده پیچیده تر
کانال های FM مجاور توسط گروههای نگهبان از هم جدا می شوند. آنتن های سیستم های FM برای برقراری ارتباط بهتر باید نزدیک باشند.

مدولاسیون دامنه در مقابل مدولاسیون فرکانس

در حالی که FM و AM به روشی مشابه عملکرد اصلی در نحوه تعدیل امواج حامل آنها وجود دارد. در مورد AM ، قدرت سیگنال به منظور ترکیب اطلاعات صوتی متفاوت است در حالی که برای FM ، فرکانس تغییر جهت فعلی در ثانیه برای سیگنال حامل متفاوت است. ما به برخی از تفاوت های بین FM و AM در زیر خواهیم پرداخت.

 

مدولاسیون دامنه (AM) مدولاسیون فرکانس (FM)
فرکانس و فاز یکسان هستند دامنه و فاز یکسان هستند
می توان از مسافت طولانی منتقل شد اما از کیفیت صدای ضعیف برخوردار است. کیفیت صدای بهتر با پهنای باند بالاتر.
دامنه فرکانس بین 535 تا 1705 کیلوهرتز متفاوت است برای FM از 88 تا 108 مگاهرتز به طور عمده در طیف بالاتر است
اعوجاج سیگنال می تواند در AM رخ دهد موارد کمتری از اعوجاج سیگنال
از دو باند جانبی تشکیل شده است تعداد نامتناهی از باند جانبی
طراحی مدار ساده و ارزان تر است طراحی مدار پیچیده و گران تر است
به راحتی مستعد نویز است کمتر مستعد ابتلا به سر و صدا است

 

سوالات متداول در مورد مدولاسیون فرکانس

مدولاسیون فرکانس چگونه کار می کند؟

رمزگذاری اطلاعات در یک موج حامل با اصلاح فرکانس فوری موج به عنوان مدولاسیون فرکانس (FM) شناخته می شود. در زمینه های محاسبات ، ارتباطات از راه دور و پردازش سیگنال ، از فناوری FM استفاده می شود.

مزیت مدولاسیون فرکانس نسبت به مدولاسیون دامنه چیست؟

FM برای اولین بار برای کاهش نویز و افزایش کیفیت پذیرش رادیو معرفی شد زیرا فرکانس یک موج رادیویی نسبت به دامنه کمتر مستعد ابتلا به نویز است. پخش رادیو FM چندین بار پهنای باند سیگنال های AM را برای دستیابی به این هدف دارد.

روند مدولاسیون فرکانس چگونه انجام می شود؟

فرکانس حامل رادیویی مطابق با دامنه جریان صوتی ورودی برای تشکیل یک سیگنال مدوله شده فرکانس اصلاح شده است.

انواع مختلف سیستم های مدولاسیون آنالوگ چیست؟

مدولاسیون فرکانس ، مدولاسیون دامنه ، مدولاسیون فاز انواع مختلفی از سیستم های مدولاسیون آنالوگ مداوم موج مداوم است در حالی که PAM ، PWM و PPM سیستم های مدولاسیون آنالوگ پالس هستند.

مدولاسیون فرکانس چیست؟

مدولاسیون فرکانس ، روش تغییر فرکانس آنی سیگنال حامل مطابق با دامنه آنی سیگنال پیام است.

استفاده از مدولاسیون را لیست کنید.

مدولاسیون موارد زیر را دارد. ارتفاع آنتن را کاهش می دهد. از مخلوط سیگنال جلوگیری می کند. دامنه ارتباطی را افزایش می دهد. Multiplexing امکان پذیر است. کیفیت پذیرش را بهبود می بخشد.

انحراف فرکانس چیست؟

فرکانس فوری سیگنال FM با زمان در اطراف فرکانس حامل ωc تغییر می کند. این نشان می دهد که فرکانس فوری سیگنال FM بسته به سیگنال تعدیل کننده متفاوت است. انحراف فرکانس حداکثر تغییر در فرکانس آنی از میانگین فرکانس ωc است.

اشکالاتی از مدولاسیون فرکانس نسبت به مدولاسیون دامنه چیست؟

در پخش FM ، یک کانال به طور قابل توجهی گسترده تر ، تقریباً 200 کیلوهرتز ، در مقایسه با تنها 10 کیلوهرتز در پخش AM مورد نیاز است. این یک محدودیت قابل توجه FM است. تجهیزات انتقال و دریافت FM ، به ویژه که از آن برای مدولاسیون و تخریب استفاده می شود ، پیچیده تر و در نتیجه گران تر است.

خبرهای فارکس...
ما را در سایت خبرهای فارکس دنبال می کنید

برچسب : نویسنده : شهره لرستانی بازدید : 38 تاريخ : سه شنبه 24 مرداد 1402 ساعت: 13:14

آرشیو مطالب

پيوندهای روزانه

لینک دوستان

خبرنامه