FM- frekvenční modulace

Prezentace na téma: "FM- frekvenční modulace"— Transkript prezentace:

1 FM- frekvenční modulace

2 Učební otázky: Opakování zákl. pojmů Princip FM Důvody užití FM
Praktické využití FM Nakreslete a vysvětlete FM. Jaké jsou výhody a nevýhody FM Frekvenční modulace

3 Frekvenční modulace

4 Elektromagnetická vlna ( „nosná“) a její vlnová délka
Frekvenční modulace

5 Opakování pojmů. Frekvenční modulace

6 Opakování zákl.pojmů. Frekvenční modulace

7 Parametry nosné vlny -opakování
Frekvenční modulace

8 Frekvenční modulace (FM)
U tohoto druhu modulace se frekvence nosné vlny mění úměrně se změnou okamžité hodnoty modulačního signálu. Amplituda nosné vlny zůstává konstantní. Informace je tedy přenášena změnou kmitočtu nosné vlny. Většinou kladným okamžitým hodnotám modulačního signálu odpovídá zvýšení frekvence nosné vlny, záporným hodnotám snížení frekvence nosné vlny. Možný je i způsob opačný. Frekvenční modulace

9 FM rozhlas. pásmo Frekvenční modulace se využívá v rozhlasovém přenosu jen na velmi krátkých vlnách, tj. v pásmu okolo 100 MHz (kmitočet nosné). Frekvenční modulace

10 Proč se používá frekvenční modulace FM?
Odpověď zní: pomocí FM je možné při stejném výkonu vysílače získat v přijímači lepší odstup signálu od šumu než pomocí AM. Frekvenční modulace

11 Poměr signál-šum Co to je šum? Každý zdroj signálu, např. zesilovač zvukového signálu z mikrofonu, si můžeme představit jako dva sériově spojené generátory napětí (a sériově k nim zapojený vnitřní odpor zdroje). Jeden generátor generuje užitečný signál, druhý neužitečný signál, kterému říkáme šum.  Frekvenční modulace

12 Frekvenční modulace

13 Jak se do užitečného signálu šum dostane?
Jsou v principu dvě cesty a podle toho rozdělujeme šum na vnější a vnitřní. Vnější šum je ten, který se dostane do signálu z vnějších zdrojů rušení - například indukcí z blízkého rozvodu elektrické sítě vlivem pole blízkého vysílače, z jiskření kolektorových motorů nebo od zapalování spalovacích motorů apod. Všechny tyto zdroje rušivých signálů se skládají a výsledkem je rušivý signál, šum.Vnější proto, že jej můžeme v principu odstranit tím, že odstraníme vnější zdroje rušení (nebo se přestěhujeme daleko od nich).  Frekvenční modulace

14 Systém AM s rušivým signálem
Abychom zvýšili poměr signál-šum, tedy výkon detekovaného signálu, máme 2možnosti: buď zvýšit výkon vysílače, nebo hloubku modulace. Vzhledem k tomu, že hloubka modulace a je číslo mezi 0 a 1, nemůžeme zvýšit hloubku modulace na víc než 100% (v případě přenosu s jedním postranním pásmem na víc než 50%) a tak jedinou možností je zvýšení výkonu vysílače, který je ale též limitován. Frekvenční modulace

15 Systém FM s rušivým signálem
systémech FM je možné zvýšení indexu kmitočtové modulace mf a tím zvýšení výkonu detekovaného signálu. Navíc velká většina rušivých signálů se projeví na přenášené modulované nosné jako změna její amplitudy, která v systémech FM není vůbec jako rušivý signál detekována. Je-li kmitočtové pásmo přenosu FM stejně široké jako AM, nedosáhneme prakticky žádné výhody, když použijeme frekvenční modulaci. Frekvenční modulace

16 Princip frekvenční modulace FM
Informace je přenášena změnou kmitočtu nosné vlny Frekvenční modulace

17 Srovnání AM –modulace Informace je přenášena změnou amplitudy nosné vlny Frekvenční modulace

18 FM detajlněji Frekvenční modulace

19 FREKVENČÍ  MODULACE Při kmitočtové modulaci se mění pouze frekvence nosného signálu v závislosti na amplitudě a frekvenci modulovaného signálu. Tato změna je poměrně malá, používá se kmitočtový zdvih kHz. Amplituda nosného signálu se nemění. Tím se dosáhne větší odolnosti proti atmosférickým poruchám, které se při demodulaci odstraní. Frekvenční modulace

20 Průběhy signálů při frekvenční modulaci
Čím je amplituda modulačního signálu větší, tím je větší změna frekvence nosné vlny. Obr. a) nf modulovaný signál, b) vf nosný signál, c) vf modulovaný signál Frekvenční modulace

21 Spektrum AM a FM signálu
Úplné spektrum kmitočtově modulovaného signálu při modulaci jedním tonem se skládá z jednotlivých spektrálních čar o různé amplitudě U. Všechny čáry spektra mají přitom společnou vlastnost, že jejich vzájemný odstup je roven modulačního kmitočtu fm Frekvenční modulace

22 Proč je přenos pomocí FM uskutečňován v pásmu VKV??
V současné době se používá pro FM stereo frekvenční zdvih ∆f = ± 75 kHz. Pro tyto hodnoty je potřebná šířka přenášeného pásma až 250 kHz. Proto je tedy přenos pomocí FM uskutečňován v pásmu VKV Šířka pásma potřebná pro přenos informace při FM je vždy stejná nebo větší, než šířka pásma potřebná pro přenos informace při AM. Frekvenční modulace

23 Spektrum FM stereo signálu
Frekvenční modulace

24 Metody frekvenční modulace Obvod s varikapem
Použijeme-li v rezonančním obvodu místo kondenzátoru s pevnou hodnotou kapacity varikap (kapacitní diodu) ¤, můžeme pomocí vnějšího napětí měnit kapacitu varikapu a tím i frekvenci, kterou generátor generuje. Závislost frekvence generátoru na tomto vnějším (modulačním) napětí sice není lineární, ale pokud jsou změny frekvence takto vyvolané malé ve srovnání s rezonančním kmitočtem oscilačního obvodu (to je většinou splněno, neboť nosný kmitočet je v řádu desítek MHz a maximální frekvenční zdvih je 100 kHz), můžeme závislost kmitočtu rezonančního obvodu na modulačním napětí aproximovat s dostatečnou přesností lineární závislostí. Frekvenční modulace

25 VCO -princip ladění (varactor tuner ..napět.ˇ závislá C-dioda)
Řídící napětí Frekvenční modulace

26 VCO napětím řízené oscilátory
Řídící U Frekvenční modulace

27 Metody frekvenční modulace Napětím řízený generátor
Další možností, jak provést frekvenční modulaci, je využít generátoru, který je přímo konstruován tak, aby se mu generovaná frekvence dala měnit pomocí napětí přivedeného zvnějšku. To je napětím řízený generátor(VCO, voltage controlled oscillator).  Frekvenční modulace

28 VCO napět. říz. oscilátor
Frekvenční modulace

29 Frekvenční modulace

30 VCO -napěťově řízený oscilátor
Frekvenční modulace

31 Demodulace FM signálu   Při demodulaci FM signálu je v současné době nejvýhodnější používat smyčky automatického fázového závěsu (PLL).                   Frekvenční modulace

32 Čím je amplituda modulačního signálu větší, tím je větší změna frekvence nosné vlny
. Rozdíl frekvence modulovaného nosného signálu a frekvence f0, nemodulovaného nosného signálu se nazývá frekvenční zdvih (∆f). Poměr frekvenčního zdvihu (∆f) a frekvence modulačního signálu (fn) se nazývá modulační index, označuje se mf a platí pro něj vztah: mf = ∆f / fm a bývá 5- 7. V současné době se používá frekvenční zdvih ∆f = ± 75 kHz. Pro tyto hodnoty je potřebná šířka přenášeného pásma až 250 kHz. Proto je tedy přenos pomocí FM uskutečňován v pásmu VKV Frekvenční modulace

33 FM ROZHLASOVÝ VYSÍLAČ 2kW
                                                                                                                                                              Frekvenční modulace

34 Frekvenční zdvih FM ..je rozdíl mezi maximálním a minimálním kmitočtem nosné vlny, (polovinou této hodnoty je frekvenční odchylka. ) Maximální frekvenční zdvih je tedy veličina, kterou je třeba administrativně předepsat, abychom mohli každému vysílači na frekvenční modulaci přidělit konstantní kmitočtový interval (kanál). pro rozhlasové vysílání na FM je předepsaná maximální frekvenční odchylka ± 75kHz, tedy frekvenční zdvih 150 kHz Frekvenční modulace

35 Občanské FM radiostanice. (tzv. úzkopásmová FM).
velká frekvenční odchylka je zbytečná (pracujeme pouze se signálem řeči, který lze bez újmy na srozumitelnosti frekvenčně omezit shora kmitočtem 3kHz) a je tedy stanovena na ± 5kHz (tzv. úzkopásmová FM). Frekvenční modulace

36 Ruční a stacionární FM (AM)- SSB radiostanice.
Frekvenční modulace

37 Výhody frekvenční modulace FM
umožňuje využít celé frekvenční pásmo bez ohledu na modulační frekvenci. malá poruchovost potřeba menšího vysílacího výkonu vzhledem k větší účinnosti než u amplitudové modulace. Frekvenční modulace

38 Nevýhody frekvenční modulace
potřeba velkého postranního pásma vysílač tak přijímač jsou složitější oproti AM. Frekvenční modulace

39 Frekvenční zdvih (∆f). mf = ∆f / fm a bývá 5- 7.
Rozdíl frekvence modulovaného nosného signálu a frekvence f0, nemodulovaného nosného signálu se nazývá frekvenční zdvih (∆f). Poměr frekvenčního zdvihu (∆f) a frekvence modulačního signálu (fn) se nazývá modulační index, označuje se mf a platí pro něj vztah: mf = ∆f / fm a bývá 5- 7. V současné době se používá frekvenční zdvih ∆f = ± 75 kHz. Pro tyto hodnoty je potřebná šířka přenášeného pásma až 250 kHz. Proto je tedy přenos pomocí FM uskutečňován v pásmu VKV Frekvenční modulace

40 FM Kmitočtový zdvih: 2,5 kHz
Rozdíl frekvence modulovaného nosného signálu a frekvence f0, nemodulovaného nosného signálu 2,5 kHz zde pro přenos řeči postačuje. Frekvenční modulace