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| Nachrichten | Lexikon | Protokolle | Bücher | Foren | Sonntag, 27. Mai 2012 |
FrequenzmodulationDieser Artikel von Wikipedia ist u.U. veraltet. Die neue Version gibt es hier. Die Frequenzmodulation ( FM ) ist ein Modulationsverfahren bei welchem die Frequenz des Trägersignals durch das zu übertragende beeinflusst wird. Es wird zusätzlich der Phasenwinkel T beeinflusst. Die Frequenzmodulation ist eine Winkelmodulation und verwandt mit der Phasenmodulation . Die Frequenzmodulation ist unanfällig gegenüber Störungen Amplitude des modulierten Signals da die Höhe Amplitude keine Signalinformationen enthält.
ModulationDie Frequenzmodulation kann mit einem abstimmbaren Schwingkreis erzeugt werden der zum Beispiel anstelle Kondensators eine Kapazitätsdiode enthält. An die Kathode dieser Diode man die Signalspannung die Diode ändert ihre durch diese Spannung und der Schwingkreis damit Resonanzfrequenz .
DemodulationDie Demodulation der FM muss in Schritten erfolgen. Beim Flanken- bzw. Gegentaktflankendemodulator werden Flanken eines bzw. zweier Schwingkreise genutzt um der FM ein amplitudenmoduliertes Signal zu machen. Beim Koinzidenzdemodulator wird dem frequenzmodulierten Signal ein pulsdauermoduliertes Signal gemacht dann demoduliert werden kann. Eine weitere Möglichkeit der PLL-Demodulator. Durch Phasenvergleich des modulierten Signals dem unmodulierten Träger erhält man eine Regelspannung der Abweichung. Mit dieser Regelspannung stimmt man den Oszillator ab der die Trägerfrequenz im generiert andererseits entspricht diese Regelspannung der Signalspannung.
Kenngrößen der FrequenzmodulationDie Änderung der Trägerfrequenz bezeichnet man Δf T die Änderung des Phasenwinkels des Trägers Δφ T . Dabei gilt Δφ T =Δf T /f S (f S =Signalfrequenz).Für die Bandbreite gilt näherungsweise die Carson-Formel : B 10% =2·(Δf T +f S ) (bei Δφ T größer 1)
Veranschaulichung der FrequenzmodulationDas erste Diagramm zeigt ein frequenzmoduliertes sowie gestrichelt das unmodulierte Signal. Der Träger im Beispiel die 15fache Frequenz des Signals Signal ist ein einfacher Cosinus. Man erkennt dort wo der Momentanwert der Spannung des am niedrigsten ist die Frequenz des modulierten gleichfalls am niedrigsten ist. Im zweiten Diagramm die Änderung der Frequenz des Trägers in von obigem Signal dargestellt gestrichelt der unmodulierte Das dritte Diagramm zeigt den Phasenwinkel des in rad. Gestrichelt ist der unmodulierte Träger Der Phasenzeiger des Trägers dreht sich fortlaufend steigt der Graph auch bei unmoduliertem Signal. durchgezogene Linie stellt den Phasenwinkel des modulierten dar. Δφ T ist jedoch nicht proportional zum Momentanwert Signalspannung. Δφ T und Δf T sind um 90° verschoben.
Frequenzspektrum bei FrequenzmodulationBei einem frequenzmodulierten Signal entstehen Seitenschwingungen Abstand der Signalfrequenz von der Trägerfrequenz. Theoretisch unendlich viele Seitenschwingungen. Praktisch werden Seitenschwingungen kleiner der Amplitude des unmodulierten Trägers vernachlässigt daraus sich die Carson-Formel für die Bandbreite. Die der einzelnen Seitenschwingungen und damit die Leistungsverteilung Abhängigkeit von Δφ T ermittelt man anhand eines Besselfunktionsdiagramms mit Modulationsindexen.
Die Gleichung für die einzelnen Komponenten Frequenzmodulation lautet: u WM (t)=Û T · { J 0 (Δφ)·cos(ω T ·t) Trägeranteil Die Faktoren J n (Δφ) müssen dabei aus dem Besseldiagramm bei gegebenen Δφ abgelesen werden. Bei bestimmten Δφ der Träger oder Seitenschwingungspaare verschwinden. Anhand dessen ist auch zu sehen bei Δφ<1 das Leistungsverhältnis zwischen Träger und ungünstig wird. Da bei Frequenzmodulation aufgrund Δφ T =Δf T /f S bei steigender Signalfrequenz Δφ kleiner wird sich hohe Frequenzen mit Frequenzmodulation im Gegensatz Phasenmodulation schlechter übertragen da die Seitenschwingungsanteile immer werden. Häufig wendet man bei FM deshalb der Modulation eine Preemphasis auf das Signal an um die Frequenzen anzuheben was mit einer Deemphasis im Empfänger wieder rückgängig gemacht wird.
Anwendung der Frequenzmodulation
Da dieses Verfahren ein relative große Bandbreite benötigt wird es i.A. nur auf im UKW -Bereich eingesetzt. Dadurch kam es zunächst vor im englischsprachigen Bereich zur - technisch unkorrekten Gleichsetzung der Begriffe FM und UKW . Die Fernsehnorm SECAM verwendet FM zur Übertragung der Farbinformation.
Auftreten der Frequenzmodulation in der NaturFrequenzmodulation betsimmt auch den charakteristischen Klang Klangkörpern die eine ausgedehnte Fläche haben (z.B. Glocken Gongs Röhren Platten Bleche) im Unterschied eindimensionalen Schwingkörpern ( Saiten Orgelpfeifen).
Anschauliche Erklärung:Ein Metallblech hat eine gewisse Steifheit es dem Versuch es zu Verbiegen entgegensetzt. wellenförmige Formen kann man diese Steifheit quer den Wellen (aber nicht längs) vergößern (z.B. Wellblech als Dachabdeckung). Breitet sich eine Schallwelle ein solches Blech aus entstehen und verschwinden solche Wellen-Strukturen. Eine senkrecht dazu verlaufende Welle also genau in diesem Rhythmus ein steiferes weicheres Medium erleben ihre Frequenz wird sich im Rhythmus der ersten Welle ändern.
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