Frequenzmodulation (FM) II

Bei der Amplitudenmodulation (AM) sowie bei SSB wird die zu übertragende Information durch eine Änderung der Amplitude des Hochfrequenzträgers übertragen. In der Klase N haben wir bereits gelernt, dass bei der Frequenzmodulation (FM) die Amplitude des Trägers hingegen konstant bleibt – die Information wird hier durch eine Änderung der momentanen Frequenz des Trägers übertragen.

Abbildung EA-9.5.1 zeigt den zeitlichen Verlauf eines FM-Signals mit konstanter Amplitude. Ein FM-Signal ist daher daran zu erkennen, dass die Amplitude des Trägers (idealisiert) konstant bleibt, während sich seine momentane Frequenz in Abhängigkeit vom Modulationssignal fortlaufend ändert.

1) Kurzbeschreibung: Diagramm mit einer horizontalen Achse „t“ und einer vertikalen Achse „Amplitude“; sinusförmige Kurve entlang der Nulllinie mit konstanter Amplitude und variierender Periodendauer.

2) Ausführliche Beschreibung: Ein Koordinatensystem hat eine horizontale Achse mit der Beschriftung „t“ und eine vertikale Achse mit der Beschriftung „Amplitude“. Eine sinusförmige Kurve läuft über die gesamte Bildbreite entlang der Nulllinie. Sie weist eine konstante Amplitude, aber eine variierende Periodendauer auf. Weitere Beschriftungen oder Maße sind nicht vorhanden. — Abbildung EA-9.5.1: Zeitlicher Verlauf eines FM-Signals

EE301: Welches Modulationsverfahren zeigt das Bild?

1) Kurzbeschreibung: Diagramm mit einer horizontalen Achse „t“ und einer vertikalen Achse „U_HF“. Sinusförmige Kurve entlang der Nulllinie mit konstanter Amplitude und variierender Periodendauer.

2) Ausführliche Beschreibung: Ein Koordinatensystem hat eine horizontale Achse mit der Beschriftung „t“ und eine vertikale Achse mit der Beschriftung „U_HF“. Eine sinusförmige Kurve läuft über die gesamte Bildbreite entlang der Nulllinie. Sie weist eine konstante Amplitude, aber eine variierende Periodendauer auf. Beschriftungen oder Maße sind nicht vorhanden.

Abbildung EA-9.5.2 zeigt beispielhaft ein NF-Sinussignal, das eine entsprechende Frequenzabweichung (Frequenzhub) eines Hochfrequenzträgers im Spektrum verursacht. Das heißt bei einem FM-Signal wird die Lautstärkeinformation durch die Trägerfrequenzauslenkung (Frequenzhub) übertragen. Eine lauteres NF-Signal würde zu einer größeren Trägerfrequenzauslenkung und somit einer höheren Bandbreite des FM-Signals führen .

Der folgende Alt-Text wurde noch nicht geprüft: 1) Kurzbeschreibung: Ein zweiteiliges Diagramm: oben ein Koordinatensystem U_HF über f mit einem hellblau gefüllten Rechteck um f_T und beidseitigen Δf-Markierungen, unten ein Koordinatensystem U_NF über t mit einer hellblauen, S‑förmigen Kurve.

2) Detaillierte Beschreibung: Im oberen Koordinatensystem zeigt die vertikale Achse nach oben und ist mit „U_HF“ beschriftet; die horizontale Achse zeigt nach rechts und ist mit „f“ beschriftet. Auf der f‑Achse gibt es links einen kurzen gestrichelten Abschnitt. Ein hellblaues, undurchsichtig gefülltes Rechteck steht auf der f‑Achse; durch die Mitte des Rechtecks verläuft eine schwarze, senkrechte Linie. Unter dieser senkrechten Linie steht „f_T“. Über dem Rechteck sind zwei doppelpfeilige Maßpfeile eingezeichnet, links und rechts der Mittellinie, jeweils mit „Δf“ beschriftet. Im unteren Bereich setzt sich die zentrale senkrechte Linie nach unten fort und endet mit einer Pfeilspitze; die zugehörige Achsenbeschriftung lautet „t“. Eine horizontale Achse zeigt nach rechts und ist mit „U_NF“ beschriftet. Vom Schnittpunkt der unteren Achsen aus verläuft eine glatte, hellblaue, S‑förmige Kurve: Sie beginnt am Achsenschnitt, schwingt zunächst nach links aus, senkt sich ab und schwingt dann nach rechts, wobei sie weiter nach unten verläuft. — Abbildung EA-9.5.2: Trägerauslenkung bei Frequenzmodulation

Die belegte Bandbreite einer FM-Aussendung wird durch den Hub und die maximale Modulationsfrequenz bestimmt. In erster Näherung kann für kleinen Hub und niedrige Modulationsfrequenz die Carson-Formel angewendet werden. Sie gibt an in welcher Bandberite sich 90% der Sendeleistung befinden.

$$B\approx2 \cdot \left(\Delta f_{\textrm{T}} + f_{\textrm{mod max}} \right)$$

Dieses Thema wird genauer in der Klasse A besprochen.

EE306: Wodurch wird bei Frequenzmodulation die Lautstärke-Information übertragen?

EE304: Größerer Frequenzhub führt bei einem FM-Sender zu ...

Um die gesetzlichen Vorgaben hinsichtlich der belegten Bandbreite eines FM-Signals einzuhalten, wird in FM-Sendern das Mikrofonsignal zunächst in der Amplitude begrenzt (durch einen Begrenzerverstärker) und anschließend auf den Träger mittels FM aufmoduliert. Hierbei ist der Frequenzhub des Modulators bei maximaler Lautstärkeaussteuerung entweder festgelegt oder mittels eines Hub-Reglers einstellbar.

EE305: Durch welche Maßnahme kann eine zu große Bandbreite einer FM-Aussendung verringert werden? Durch die Verringerung der ...

FM-Signale sind dadurch, dass die aufmodulierte Information nicht in der Amplitude, sondern lediglich in der Frequenz enthalten ist, gegenüber Amplitudenstörungen (z. B. durch Blitze, Zündanlagen, Motoren) relativ unempfindlich im Vergleich zu AM oder SSB. Hierdurch ergeben sich insbesondere beim Betrieb in KFZ und in gestörten Umgebungen Vorteile hinsichtlich der Störanfälligkeit.

EE302: FM hat gegenüber SSB den Vorteil der ...

EE303: Welches der nachfolgenden Modulationsverfahren wird am wenigsten durch Amplitudenstörungen in Kraftfahrzeugen beeinträchtigt?

Weiter zum nächsten Abschnitt: Frequenzmodulation (FM) III