Frequentiemodulatie
Frequentiemodulatie (frequency modulation, FM) is een van de vormen van modulatie die men kan toepassen om informatie over te brengen via bijvoorbeeld een radioverbinding door op de frequentie van een draaggolf relatief kleine modulaties aan te brengen die evenredig zijn met het bronsignaal, dat bijvoorbeeld een spraaksignaal kan zijn (audio).
De radiopionier Edwin Armstrong is de uitvinder van deze vorm van modulatie, die een betere ontvangst levert dan de klassieke amplitudemodulatie (AM). Daar staat wel tegenover dat een FM-signaal bij een gegeven bronsignaal in het algemeen, afhankelijk van de modulatie-index, veel meer bandbreedte nodig heeft dan een AM-signaal.
Alle analoge videorecorders maken gebruik van smalbandige FM-modulatie om het videosignaal op de band vast te leggen.
Bij FM zorgt een bronsignaal (bijvoorbeeld audio) ervoor dat de frequentie van de draaggolf f0 wordt gevarieerd als functie van de momentane waarde van het bronsignaal yt. Als het bronsignaal een positieve waarde heeft, wordt de frequentie iets verhoogd en bij een negatieve waarde wordt de frequentie van de draaggolf iets verlaagd. Een frequentiegemoduleerd signaal ziet er dan als volgt uit:
- t = tijd (s)
- ut = frequentiegemoduleerde signaal
- yt = te verzenden signaal
- mf = modulatie-index
- A0 = amplitude van de draaggolf
- f0 = frequentie van de draaggolf
Bij deze modulatievorm wordt de frequentie van het signaal beïnvloed.
Modulatie index
De verhouding tussen de frequentiezwaai van het fm-signaal en de hoeksnelheid van het modulerende signaal noemt men de modulatieindex.
Voor FM omroep wordt een zwaai van 75 kHz gebruikt bij een grootste (oorspronkelijke mono) frequentie van 15 kHz. De modulatie index wordt dus 5.
Bij mobilofoon gebruikt men een zwaai van 3 kHz en een hoogste frequentie van 3 kHz. De modulatie index is dan 1.
FM zijbanden
In de boven getoonde grafiek (besselfunctie) is J0 de draaggolf. Vanaf J1 zijn zijbanden.
Freqeuntie spectrum van een FM signaal, blauw ongemoduleerd en rood gemoduleerd.
FM vermogen
Het blijkt in de praktijk dat voor normale waarden van m' het vermogen van de draaggolf niet verandert door de frequentie te moduleren. Dit is aannemelijk omdat voor elke momentane frequentie de uitdrukking voor het vermogen hetzelfde blijft. Het vermogen wordt wel verspreid over een bepaalde bandbreedte, waardoor in sommige situaties het gemeten vermogen wel verandert.