Частотно - модулированный сигнал (ЧМ).

При частотной модуляции амплитуда сигнала сохраняется постоянной, а его частота изменяется вокруг среднего значения по закону полезной информации (Рис.4).

Разность ∆ƒ = │ ƒ_max – ƒ │ = │ ƒ - ƒ_min │ между частотами немодулированного и модулированного колебаний называют отклонением или девиацией частоты, которая зависит от амплитуды модулирующего сигнала.

Рис.4 Образование ЧМ-сигнала: а) колебания низкой частоты; б) колебания высокой частоты; в) частотно-модулированные колебания; г) частотный спектр ЧМ-сигнала.

- 4 -

Частотно - модулированный сигнал с гармоническим законом модуляции можно представить уравнением для мгновенного значения напряжения:

u = U_{0 m} sin(ω₀t + М sin Ωt),

где U_0m – амплитуда немодулированной несущей частоты;

ω₀ = 2πƒ₀ и Ω = 2πF –угловые частоты модуляции;

2∆F – ширина спектра ЧМ-сигнала, F – частота модулирующего напряжения.

М = Δƒ_max ⁄ F – называется индексом модуляции и характеризуется отношением наибольшего отклонения (девиации) частоты к частоте модулирующего сигнала.

Индекс модуляции, по аналогии с коэффициентом модуляции при АМ-сигнале, характеризует степень модуляции сигнала по частоте. Спектр сигнала при частотной модуляции гораздо шире, чем при амплитудной, при одинаковых параметрах модуляции. При гармоническом законе модуляции с частотой Ω составляющие спектра сигнала имеют частоты: ω_0n = ω₀ ± n Ω

где n –ряд чисел 0, 1, 2, 3, и т. д. до бесконечности.

Интенсивность составляющих спектра убывает по мере удаления от средней частоты и тем быстрее, чем меньше индекс модуляции (Рис.4г).

По существующему национальному стандарту, максимальная девиация частоты для радиовещания принята Δƒ_max = 50 кГц.

Так как амплитуда боковых частот уменьшается с увеличением их номера, то при определении полосы частот учитывается только та часть спектра, в пределах которой каждая боковая составляющая спектра имеет амплитуду не менее 1% от амплитуды немодулированной несущей (Рис.4г).

Опытом установлено, что все значимые боковые составляющие спектра проходят, если полоса высокочастотного тракта приёмника на уровне 0,7 будет равна:

П_ВЧ ≈ 2 (Δƒ_max / F_В + 2) F_В (3)

При частотной модуляции для радиовещания максимальная частота модуляции принята F_В =15 кГц, тогда:

П_ВЧ = 2·(50·10³ ⁄ 15·10³ + 2) 15·10³ = 160 кГц.

Практически для одной станции отводится канал с шириной до 250 кГц. Широкая полоса частот, занимаемая сигналом, при частотной модуляции не позволяет использовать этот способ модуляции для радиовещания в КСДВ диапазонах, где может поместиться несколько радиостанций. Для этих целей выбран более высокочастотный УКВ диапазон (FM).

Высокая помехоустойчивость ЧМ - сигнала объясняется тем, что все помехи и шумы вносят паразитную амплитудную модуляцию, от которой можно избавиться путём двухстороннего амплитудного ограничения полезного сигнала.