Жиілік модуляциясы түсіндірілді
2024-09-03 3494

Жиілік модуляциясы (FM) - бұл радио байланысының ландшафтын түрлендірген технология - бұл теңдесі жоқ дыбыстық айқындық пен кедергілерге төзімді.Қазіргі заманғы коммуникациялық жүйелердегі басты рөліне бас тартуынан, FM компаниясы бізге қалай ақпарат беріп, алудың негізіне айналды.Бұл мақала жиілік модуляциясының, оның негізгі қағидаттарын, практикалық қолданбаларын және осы байланыс техникасын нақтылауды жалғастыратын технологиялық жетістіктерге жетелейді.Жоғары адалдықпен аудио таратуда ма, әлде сенімді төтенше жағдайда, FM мәні әр түрлі домендерде дәйекті сигналдарды жеткізе отырып, қатаң қалдықсыз қалады.

Каталог

1-сурет: Жиілік модуляциясы және FM радиосы

Жиілік модуляциясы (FM) қандай?

Жиілік модуляциясы (FM) - радио байланысындағы негізгі техника, онда тасымалдаушы толқынының жиілігі кіріс сигналының амплитудасына сәйкес түзетіледі, бұл аудио немесе деректер болуы мүмкін.Бұл процесс модуляциялық сигналдың амплитудасы мен тасымалдаушы толқынының жиілік өзгерістері арасында тікелей байланысты жасайды.Бұл өзгерістер ауытқулар деп аталады, килохерцпен өлшенеді (кГц).Мысалы, ± 3 кГц ауытқуы тасымалдаушының жиілігі 3 кГц жоғары және оның орталық нүктесінен төмен және астында осы ауысымдар ішінде ақпаратты кодтайды дегенді білдіреді.Ауытқу FM-ді тиімді пайдалану, әсіресе өте жоғары жиіліктер (VHF) таратылымында тиімді, онда жиіліктер 88,5-тен 108 МГц-ға дейін.Мұнда ± 75 кГц сияқты үлкен ауытқулар FM (WBFM) кең жолақты диапазонын жасау үшін қолданылады.Бұл әдіс жоғары адалдықпен аудио таратуға арналған, әдетте, жалпы өткізу қабілеттілігін талап ететін, әдетте, бір арна шамамен 200 кГц.Толық емес қалалық жерлерде, осы өткізу қабілеттілігін басқару арналар арасындағы кедергілерден аулақ болу үшін қажет.

Керісінше, тар жолақты FM (NBFM) FM (NBFM) ұялы радио байланысындағыдай, өткізу қабілеті шектеулі болған кезде қолданылады.NBFM кішігірім ауытқулармен, шамамен ± 3 кГц, ал кейде 10 кГц сияқты аз жүріп өту қабілеттерімен жұмыс істей алады.Бұл тәсіл басымдық жоғары дыбыстық адалдық емес, тұрақты және сенімді байланыс болған кезде өте ыңғайлы.Мысалы, құқық қорғау органдарында немесе төтенше жағдайлар қызметтерінде NBFM тұрақтылықты, тіпті қалалық параметрлерде, тіпті қалалық параметрлерде де, ғимараттар мен туннель сияқты көптеген физикалық кедергілермен де тұрақтылықты қамтамасыз етеді.Тар өткізу қабілеті де шектеулі спектрдегі біріктіруге мүмкіндік береді, сонымен қатар байланыс тақтасын мұқият басқаруды талап етеді, бұл байланыс тақтасы мен спектрді пайдалануды талап етеді.

Жиілікті демодуляция процесі

2-сурет: Жиілік демодуляциясы

Жиілік демодулуляциясы радио байланысында жүзеге асырылады, бастапқы сигналдың жиілік модуляцияланған толқындарынан дәл алынғанын қамтамасыз ету.Бұл процесс кіріс сигналының V жиілік V ariat иондарын тиісті амплитудасы V ariat иондарына түрлендіреді, оны қосымша күшейту үшін дыбыстық сигналды немесе деректерді көрсетіңіз.Осы тапсырма үшін пайдаланылатын құрылғылар, мысалы, FM демодуляторлары, детекторлар немесе дискриминаторлар, сигналдық дақтылықты сақтау кезінде жиілік ауысымын амплитудалық өзгерістерге айналдыруға арналған.Демодуляторды таңдау дәлдікке, өткізу қабілеттілігінің тиімділігіне және нақты жұмыс ортасына байланысты.Техникалық тұрғыдан, демодулулация сигнал антеннаны қабылдаған кезде басталады және тюнердің көмегімен айналадағы шудан немесе жақын маңдағы сигналдардан оқшауланған кезде басталады.Бұл қадам қажет, өйткені кез-келген қалдық шу демодуляцияның дәлдігін төмендетуі мүмкін.Оқшауланған сигнал содан кейін демодулятордан өтеді, мұнда V жиілігі V кернеу V кернеу V кернеуіне аударылады, бұл бастапқы сигналдың амплитудасына сәйкес келеді.

Деректермен байланыста, мұнда тіпті аз қателіктер де деректердің жоғалуына немесе сыбайлас жемқорлыққа әкелуі мүмкін, олар бағандар жоғары.Бітелген сигнал әдетте микроконтроллерлер немесе компьютерлер өңделетін сандық интерфейске беріледі.Деректердің жоғары деңгейлерін, мысалы, қаржылық операциялар немесе әуе қозғалысын бақылау, мысалы, минималды бұрмалаумен жылдам жиілікті өзгертуге қабілетті демодуляторларға сүйенеді.Қателерді тексерудің жетілдірілген протоколдары және нақты уақыттағы мониторинг жүйелері кез-келген дереу анықталуы және дұрыс мәселелерді шешу, берік демодуляция технологиясын жасау үшін қолданылады, берік демодуляция технологиясын береді.

FM модуляторлары

Жиілік модуляцияланған (FM) сигналдарын құру әр түрлі әдістерді қамтиды, олардың әрқайсысы нақты пайдалану қажеттіліктеріне сәйкес келеді.Модуляциялық техниканы таңдау байланыс жүйелерінің жұмысы мен сенімділігіне әсер етеді.

Варнор диодты осциллятор:

3-сурет: Варактор диодты осциллятор FM сигналдарын жасауға арналған

FM сигналдарын өндірудің жалпы әдісі осциллятор тізбегіндегі вареро диодты пайдалану болып табылады.Варнор диодының сыйымдылығы қолданбалы вольтажмен өзгереді, бұл осциллятордың жиілігін тікелей өзгертеді.Бұл әдіс FM (NBFM) сигналдарын генерациялау үшін тиімді.Бұл кеңістік пен қуат шектеулі портативті байланыс құрылғыларына өте ыңғайлы.Алайда, бұл қарапайымдылықты, оның ішінде шектеулі жиіліктің тұрақтылығы мен дәлдігі бар.Сондықтан, бұл жоғары адалдық немесе кең жолақты FM (WBFM) талап ететін қолданбаларға аз қолайлы.

Фазалық құлыпталған ілмектер:

4-сурет: фазалық құлыпталған ілмектер жүйесі

Жиілік модуляциясын қажет ететін қосымшалар үшін фазалық құлыпталған ілмектер (PLL) жиі артықшылық беріледі.Plls нақты жиілікті бақылауды қамтамасыз етеді, оларды сигналдың тұтастығы қажет болған ортаға мінсіз етеді.PLL осциллятор жиілігін уақытты толықтырады, уақыт өте келе тұрақтылықты қамтамасыз етеді, сонымен қатар жоғары адалдықпен идеалды түрде таратылады, онда тіпті кіші жиілікті ауытқулар аудио сапаны нашарлатады.PLL негізіндегі модульдер кәсіби тарату станциялары немесе әуе қозғалысын басқару жүйелері сияқты жиілік стандарттарын қатаң сақтауды қажет ететін жүйелерде қолданылады.Алайда, PLL-ді енгізу қиындықтар туындайды.PLL циклінің параметрлерін оңтайлы орындау үшін мұқият басқаруға тиіс.Мысалы, Цикл өткізу қабілеттілігі v ariat иондарын дәл бақылау үшін жеткілікті болуы керек, бірақ шу мен қажетсіз жиіліктерді сүзгілеу үшін жеткілікті тар.Осы теңгерімге қол жеткізу көбінесе итеративті баптауды және тестілеуді қажет етеді, арнайы жабдықты қолдана отырып, арнайы жабдықты қолданатын операторлар, Цлоус параметрлерін нақты уақыт режимінде өлшеу және реттеу үшін.

Артықшылықтары мен кемшіліктері

FM артықшылықтары

Жиілік модуляциясы (FM) көптеген артықшылықтарды ұсынады, әсіресе сигналдың айқындылығы мен сенімділігі.Бір үлкен пайда - FM-дің шуылға, сигналдық күшті және сигнал күші мен v ariat иондары.Амплитудалық модуляциядан айырмашылығы (AM), мұнда шу сигнал сапасына әсер етсе, AMPLINGER-ді өзгерту арқылы сигнал сапасына әсер етеді, FM жиіліктегі өзгерістер арқылы ақпарат ақпаратты кодтайды.Бұл тәсіл FM-ді амплитудасына байланысты бұзылуларға аз сезімтал етеді, егер сигнал күші белгілі бір шекті деңгейден жоғары болса.Бұл мобильді байланыс әсіресе мобильді байланыстарда тиімді, мұнда ресивер әр түрлі ортада, мысалы, қалалық жерлерде немесе ормандармен қозғалады.FM-дің өзгеріп жатқан жағдайларға қарамастан, нақты байланыс сақтау мүмкіндігі осы параметрлерде өте ыңғайлы.Мысалы, автомобильдермен байланыс жүйелерінде FM драйверлер мен диспетчерлік орталықтар арасында үздіксіз байланысты, тіпті әртүрлі сигналдық күшті аудандар арқылы қозғалса да, үздіксіз байланысты қамтамасыз етеді.FM-дің шуылға қарсы иммунитеті сонымен бірге оны жоғары сапалы хабар таратуға, көбінесе амплитудасына әсер ететін экологиялық шуылға ие болады.

FM-нің тағы бір артықшылығы - оның сызықты емес радио жиілігі (RF) күшейткіштерімен үйлесімділігі.FM қуат сахнасында модуляцияға мүмкіндік береді, бұл сигналды негізгі бұрмаланусыз жақсартатын тиімді желілік күшейткіштерді пайдалануға мүмкіндік береді.Бұл тиімділік әсіресе портативті қосымшаларда пайдалы.Мысалы, дала қызметкерлері қолданған, электр құрамы пайдаланатын, ашық күшейткіштерді пайдаланып, қашықтағы жерлерде кеңейтілген операциялар кезінде өте жақсы жұмыс уақытын ұзартуға болады.

FM кемшіліктері

Оның артықшылықтарына қарамастан, жиілік модуляциясы (FM) шектеулеріне ие.Бір бастапқы кемшілігі - бұл фазалық модуляция (PM), мысалы, фазалық модуляция (кеш) және квадрат дама-амплитудалық модуляциямен салыстырғанда оның төменгі спектрлік тиімділігі.FM әдетте бірдей деректердің тарифтеріне жету үшін өткізу қабілеттілігін талап етеді, оны деректерді қажет ететін қосымшаларға, әсіресе, өткізу қабілеттілігі шектеулі ортада азайтуға мүмкіндік береді.

Тағы бір кемшілік - бұл FM демодуляторларымен байланысты күрделілік пен шығын, бұл ariat иондарының жиілігін амплитудалық өзгерістерге дәл өзгертуі керек.Бұл процесс күрделі схемалық және дәл компоненттерді қажет етеді, FM жүйелерін AM жүйелеріне қарағанда іске асыру және сақтау үшін қымбат етеді.Қандай, FM сигналдары теориялық тұрғыдан кеңейтіп, әсіресе ірі өткізу қабілеттілігін, әсіресе FM (WBFM) қосымшаларында, шексіз кеңейтіп, шексіз таралған бүйірлік жолақтар жасайды.Бұл өткізу қабілеттілігін басқару сигналдың нашарлауының алдын алу үшін дәл сүзуді қажет етеді.Нашар жобаланған сүзгілер сигналдың сапасына қатысты, әсіресе бірнеше FM сигналдары бір-біріне жақын орналасқан ортада әкелуі мүмкін.

FM тарихы және дамуы

Жиілік модуляциясын енгізу (FM) Статикалық кедергілерді азайтуға және сигнал айқындылығын арттыруға бағытталған радио технологияларында көрнекті ауысым болды.Радионың алғашқы күндерінде статикалық үлкен проблема болды, әсіресе амплитудалық модуляциямен (AM).AM жүйелері шуылға өте сезімтал, өйткені олар AMPLUTURE-де v ariat иондары арқылы ақпаратты кодтады.Электрлік дауылдар мен электр желілері сияқты қоршаған орта факторлары бұл сигналдарды оңай бұрмалай алды.

1928 жылы американдық инженер Эдвин Армстронг FM-ны құрбандық шалусыз статистикалық азайтуға жол ретінде Дамы ашылды.AM-дан айырмашылығы, FM жиіліктегі өзгерістер арқылы ақпаратты кодтайды, оны статикалық және шуылға азайтады.Армстронгтың көзқарасы революциялық болды, бұл өткізу қабілеттілігін төмендететін нанымға күмән тудырды, бұл сигнал сапасын жақсартудың жалғыз жолы болды.Ол өткізу қабілеттілігін арттыру арқылы FM-ді көбейту арқылы FM-ді қиын ортада да аз дыбыстық сапамен қамтамасыз ете алады.Өнеркәсіп сарапшыларынан скептицизмге қарамастан, Армстронг ФМ-нің тиімділігін дәлелдеуге бел буды.1939 жылы ол технологияның артықшылықтарын көрсету үшін өзінің FM радиостанциясын іске қосты.Станция 42-50 МГц арасындағы жиілік диапазонында жұмыс істеді, FM-дің жоғары дыбыс сапасы мен статикалыққа төзімділігін көрсетеді.

Армстронг станциясының жетістігі FM-ны кеңінен қабылдауға әкелді, ал Федералды байланыс комиссиясы (FCC) ақырында FM тобын 88-108 МГц-ға дейін кеңейтіп, кеңінен қабылданды.Бұл ауысу проблемаларсыз болғандықтан, қолданыстағы FM қабылдағыштары ескірген, өйткені өндірушілерді қайта жобалауды және тұтынушыларды олардың жабдықтарын жаңартуды қажет ететін.Сайып келгенде, FM-дің дыбыстық сападағы артықшылықтары, кедергілерге төзімділік және сенімділік бастапқы қиындықтарды, оны жоғары сапалы хабар тарату және ұялы байланыс стандарт ретінде белгілейді.

Модуляция индексі және ауытқу коэффициенті

Жиілік модуляциясында (FM), модуляция индексі және ауытқу коэффициенті жүйенің тиімділігі бойынша жүйенің тиімділігіне тікелей әсер ететін, жүйенің тиімділігіне тікелей әсер етеді.

Модуляция индексі сигналдың жиілікке қатысты жиілікті өлшейді, сигналдың тар жолағы (NBFM) немесе FM (WBFM) немесе кең жолақты FM (WBFM) екенін анықтайды.WBFM стандарты, инженерлер кәсіби хабар таратуда, модуляция индексін мұқият есептеуі керек, бұл сигналдың белгіленген өткізу қабілеттілігінде тұрғанына көз жеткізу үшін модуляция индексін мұқият есептеулері керек.Бұл процесс үнемі бақылауды және реттеуді қамтиды, көбінесе нақты уақыттағы спектрлік анализаторларды қолдану, көбінесе дыбыстық адалдық пен өткізу қабілеттілігі лимиттері арасындағы дұрыс балансты сақтау үшін.

Ауытқу коэффициенті, ол ең жоғары жиілікті ауытқудың ең жоғары модуляциялық сигнал жиілігіне қатынасы болып табылады, сонымен қатар үлкен рөл атқарады.WBFM жүйелерінде жоғары ауытқу коэффициенті жоғары дыбыстық сапа үшін жоғары ауытқу қажет, бірақ бұрмаланудың алдын алу үшін кеңейтілген қабылдағышты және кеңейтілген сүзгілеуді талап етеді.Керісінше, NBFM қосымшаларында төменгі ауытқу коэффициенті каналдың қатаң араласуына мүмкіндік береді, бұл шұғыл байланыс жүйелеріндегі байланыс жүйелеріндегі спектрді тиімді пайдалануды қамтамасыз етеді.Дұрыс модуляция индексін орнату және сақтау және ауытқу коэффициенті - бұл нәзік міндет.Әуе қозғалысын басқару сияқты жоғары деңгейлі ортада техниктер бұл параметрлердің кедергілерді болдырмау және нақты байланысын қамтамасыз ету үшін өте жақсы реттеледі.

Жиілік модуляциясы өткізу қабілеті

5-сурет: FM өткізу қабілеті

FM өткізу қабілеттілігі - бұл байланыс жүйелерінің сапасы мен тиімділігіне әсер ететін негізгі фактор.Бұл ең алдымен жиілікті ауытқу және модуляциялық сигналдың жиілігі, тасымалдаушының екі жағындағы бүйірлік жолақтармен анықталады.Бұл бүйірлік жолақтар шексіз теорияға қосыладыЖоғары адалдықпен аудио хабар таратуда FM кең өткізу қабілеттілігі музыка мен сөйлеудің ерекшелігін түсіріп, дыбыс сапасын қолдайды.Кеңейту инженерлері дыбыс сапасын спектрлі бөлумен теңдестіруі керек, әр арна іргелес жиіліктермен араласпай жұмыс істейді.

Керісінше, тар жолақты FM (NBFM) өткізу қабілеттілігін сақтау үшін екі жақты радио байланысында қолданылады.Мақсат - бұл бірнеше арналар бойынша шектеулі спектрде нақты байланыс.NBFM-дің қысқартылған өткізу қабілеттілігі төтенше жағдайлар қызметтеріне арналған арналар аралыққа арналуға мүмкіндік береді.Тиімді FM өткізу қабілеттілігін басқару идеалды, әсіресе көптеген радиостанциялары бар тығыз қоныстанған жерлерде өте ыңғайлы.Инженерлер сигналдың қабаттаспау және нақты берілістерді болдырмау үшін өткізу қабілеттілігін мұқият бақылап отыруы керек, сондықтан оларды көбінесе сүзгілеу және динамикалық спектрді басқаруды қолданады.

Жиілік модуляциясын қолдану

Жиілік модуляциясы (FM) шуыл иммунитеті мен сигналдың айқындылығына байланысты әр түрлі өрістерде кеңінен қолданылады.Мұнда бірнеше ірі қосымшалар бар:

• Радио хабарларын тарату: FM - бұл музыкалық және сөйлеудің стандарты, минималды кедергілермен жоғары дәлдік дыбысын ұсынады.Кең таратылатын инженерлер FM таратқыштарын аудио сапаны және өткізу қабілеттілігінің тиімділігін, әсіресе, әсіресе, әсіресе, әсіресе ауыр спектрді қолдануға арналған қалалық жерлерде теңгерімдеуі керек.

• Радар жүйелері: FM радардағы сигналдың айқындылығын арттырады, дәл анықтауға және бақылауға өте ыңғайлы.Операторлар радиолокациялық ажыратымдылықты және ауқымын оңтайландыру үшін жиілікті ауытқу параметрлерін дәл баптап, әуе қозғалысын басқару және әскери бақылау сияқты қосымшаларда өте ыңғайлы.

• Сейсмикалық іздеу: FM мұнай мен газ сияқты салалар үшін егжей-тегжейлі мәліметтерді ұсынатын жерасты геологиялық түзілімдерін зерттеу үшін қолданылады.Субтеррандық құрылымдарды дәл салыстыру үшін FM модуляцияланған сигналдарының айқындылығы қажет, бұрғылау қателерінің пайда болу қаупін азайтады.

• Электроэнцефалография (EEG): Медициналық диагностикада FM ми белсенділігінің сигналдарын EEG сынақтарында дәл беруді қамтамасыз етеді.Техниктер бұрмалануды болдырмау үшін FM параметрлерін мұқият басқаруы керек, бұл эпилепсия және ми жарақаттары сияқты жағдайлардың нақты көрсеткіштерін қамтамасыз етуі керек.

FM мен AM арасындағы айырмашылық

Аспект	Жиілік модуляциясы (FM)	Амплитудалық модуляция (AM)
Дыбыс сапасы	Аз дыбыс сапасы аз шуылға бейімділік.	Жалпы дыбыс сапасы шу мен араласудың сезімталдығы.
Жүйе құны	Күрделілігіне байланысты қымбат модуляция және демодуляция процесі.	Әдетте жүзеге асыру үшін қымбат қарапайым модуляция және демодуляция тізбектеріне байланысты.
Тарату ауқымы	Физикалық кедергілермен бұғатталуы мүмкін, тиімді диапазонды шектеу.	Ұзақ қашықтықта берілуі мүмкін, Бұл ұзақ қашықтықтағы байланыс үшін өте ыңғайлы.
Қуат тиімділігі	Қуатты тиімді, портативті үшін өте ыңғайлы және батареямен басқарылатын құрылғылар.	Көбірек қуат үнемдейді, көбірек қажет Сигналды тиімді тарату үшін энергия, әсіресе алыс қашықтықта.
Тарату диапазоны	Ұзақ тиімді таратылым ауқымы Жоғары адвидтік аудио, әсіресе көзбен көру жағдайында ұстау.	Жоғары сапалы таратылатын ауқым аудио;Көбінесе қайталанбайды немесе кеңейтілген қамту үшін релиздер қажет.
Модуляция әдісі	Тасымалдаушының жиілігін модуляциялайды Шу иммунитетін жақсарту үшін сигнал.	Тасымалдаушының амплитудасын модуляциялайды сигнал, оны амплитудасына байланысты шуылға сезімтал етеді және кедергі.
Демодуляция күрделілігі	Күрделі, күрделі қажет Нақты сигналды көбейту технологиясы.	Салыстырмалы түрде қарапайым, қарапайым сигнал демодулуласы үшін жеткілікті схема.

Қорытынды

Бірыңғай дамып келе жатқан коммуникациялық технологияларда жиілік модуляциясы әр түрлі платформаларда айқындық пен сенімділікті қамтамасыз етуді қамтамасыз етеді.FM демодуляциясында қажет дәлдіктен бастап, модуляция әдістерін таңдаумен айналысатын стратегиялық таңдаудан бастап, жоғары сапалы аудио, қауіпсіз деректер беру және радиожиілік спектрін тиімді пайдалану кезінде FM рөлі қажет.Біз FM-ге барлық жағдайда Жедел қызметтерге сүйенуді жалғастыра берсек, төтенше жағдайлар қызметіне сүйене отырып, оның күрделілігін түсіну біздің осы технологияны түсіну ғана емес, сонымен бірге оны көбейген әлемде қолдануға оңтайландыруға мүмкіндік береді.