ЧАСТОТНАЯ МОДУЛЯЦИЯ
Frequency modulation NFM WFM FM ЧМ


Частотная модуляция


Частотная модуляция (ЧМ, FM (англ. Frequency modulation)) — вид аналоговой модуляции, при котором информационный сигнал управляет частотой несущего колебания. По сравнению с амплитудной модуляцией здесь амплитуда остаётся постоянной.

Первым предложил использовать широкополосную частотную модуляцию в радиосвязи американский электрик и радиоинженер Эдвин Армстронг. В 1914 году он запатентовал регенеративный радиоприемник, в 1918 году — супергетеродинный и в 1922 году — сверхрегенеративный. Частотная модуляция была запатентована им 26 декабря 1933 года. 6 ноября 1935 года в Институте радиоинженеров (предшественник IEEE) в Нью-Йорке Армстронг выступил с докладом на тему «Способ уменьшения нарушений радиосвязи системой частотной модуляции». Доклад был опубликован в 1936 году.

Имеются сведения, что 5 октября 1924 года профессор Михаил Александрович Бонч-Бруевич на научно-технической беседе в Нижегородской радиолаборатории сообщил об изобретённом им новом способе телефонирования, основанном на изменении периода колебаний. Демонстрация частотной модуляции производилась на лабораторной модели.

Частотная модуляция применяется для высококачественной передачи звукового (низкочастотного) сигнала в радиовещании (в диапазоне УКВ), для звукового сопровождения телевизионных программ, передачи сигналов цветности в телевизионном стандарте SECAM, видеозаписи на магнитную ленту, музыкальных синтезаторах.

Высокое качество кодирования аудиосигнала обусловлено тем, что в радиовещании при ЧМ применяется большая (по сравнению с шириной спектра сигнала АМ) девиация несущего сигнала, а в приёмной аппаратуре используют ограничитель амплитуды радиосигнала для устранения импульсных помех. Такая модуляция называется широкополосной ЧМ. В радиосвязи применяется узкополосная ЧМ с небольшой девиацией частоты несущей.

Собственно суть частотной модуляции проста: частота несущей в такт напряжению на выходе микрофона немного меняется. Когда напряжение на микрофоне увеличивается, увеличивается и частота, когда уменьшается напряжение на выходе микрофона, то уменьшается и частота несущей.

Уменьшение и увеличение частоты несущей происходит в небольших пределах, например для Си-Би радиостанций это плюс/минус 3000Гц при частоте несущей порядка 27000000Гц, для радиовещательных станций FM диапазона, это плюс/минус 100000Гц.

Параметр ЧМ модуляции - индекс модуляции. Соотношение звука максимальной частоты которую пропустит микрофонный усилитель передатчика к максимальному изменению частоты несущей при самом громком звуке. Не трудно заметить, что для радиолюбительских станций это 1 (или 3000/3000), а для вещательных станций FM это примерно 6 ... 7 (100000/15000).

При ЧМ модуляции несущая по уровню (мощность сигнала передатчика) всегда постоянна, она не меняется от громкости звуков перед микрофоном.

Frequency modulation (FM)

When the frequency of carrier wave is changed in accordance with the intensity of the signal, the process is called frequency modulation. In frequency modulation, the amplitude and phase of the carrier wave remains constant. Only, the frequency of the carrier wave is changed in accordance with the signal.

The frequency variation of the carrier wave depends upon the instantaneous amplitude of the signal as shown. When the signal voltage is zero at A,C,E and G, the carrier frequency is unchanged. When the signal approaches its positive peaks at B and F, the carrier frequency is increased to maximum as shown by closely spaced cycles as shown. But during the negative peak of signal as at D, the carrier frequency is reduced to minimum as shown by widely spaced cycles. The louder signal causes greater frequency change in modulated carrier as indicated by increased bunching and spreading of the waves as compared with relatively weaker signal.

The frequency of an FM transmitter without signal input is called the resting frequency or centre frequency (fo ) and this is the allotted frequency of the transmitter.

When the signal is applied, the carrier frequency deviates up and down from its resting value fo. The change or shift either above or below the resting frequency is called frequency deviation (df). The total variation in frequency from the lowest to the highest is called carrier swing (CS). Hence, Carrier swing = 2 x frequency deviation = 2 x df

For the purposes of FM broadcasts, it has been internationally agreed to restrict maximum deviation to 75 kHz on each side of the centre frequency for sounds of maximum loudness.



Литература
Самохин В. П., Киндяков Б. М. Памяти Эдвина Армстронга (18.12.1890—31.01.1954) // Наука и образование. — 2014.
Ф. Лбов. Новая система радиофона // «Радиолюбитель». — 1924. — № 6. — С. 86.
В.А.Котельников, А.М.Николаев, "ОСНОВЫ РАДИОТЕХНИКИ", Часть I; Глава 7
Н.М.Изюмов, Д.П.Линде, "ОСНОВЫ РАДИОТЕХНИКИ"; Глава 11
Г.Б.Белоцерковский, "ОСНОВЫ РАДИОТЕХНИКИ И АНТЕННЫ", Часть I; Глава X
Сайт ЧАСТОТНАЯ МОДУЛЯЦИЯ http://radio-1895.ru/fm.html
UR5NBC Update