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Qu'est-ce que la modulation de fréquence, FM

Qu'est-ce que la modulation de fréquence, FM


Bien que la modification de l'amplitude d'un signal radio soit la méthode la plus évidente pour le moduler, ce n'est en aucun cas la seule. Il est également possible de changer la fréquence d'un signal pour lui donner une modulation de fréquence ou FM. La modulation de fréquence est largement utilisée sur les fréquences supérieures à 30 MHz, et elle est particulièrement bien connue pour son utilisation pour la diffusion FM VHF.

Bien qu'elle ne soit pas aussi simple que la modulation d'amplitude, la modulation de fréquence, FM, offre néanmoins certains avantages distincts. Il est capable de fournir une réception presque sans interférence, et c'est pour cette raison qu'il a été adopté pour les émissions sonores VHF. Ces transmissions pourraient offrir un son haute fidélité, et pour cette raison, la modulation de fréquence est beaucoup plus populaire que les transmissions plus anciennes sur les bandes d'ondes longues, moyennes et courtes.

En plus de son utilisation répandue pour les émissions audio de haute qualité, la FM est également utilisée pour une variété de systèmes de communication radio bidirectionnelle. Que ce soit pour les systèmes de radiocommunication fixes ou mobiles, ou pour une utilisation dans des applications portables, la FM est largement utilisée en VHF et au-dessus.

Qu'est-ce que la modulation de fréquence, FM?

Pour générer un signal modulé en fréquence, la fréquence de la porteuse radio est modifiée en fonction de l'amplitude du signal audio entrant.

Lorsque le signal audio est modulé sur la porteuse radiofréquence, le nouveau signal radiofréquence monte et descend en fréquence. La quantité de mouvement ascendante et descendante du signal est importante. Il est connu sous le nom d'écart et est normalement indiqué comme le nombre d'écart en kilohertz. A titre d'exemple, le signal peut avoir un écart de plus et moins 3 kHz, c'est-à-dire ± 3 kHz. Dans ce cas, la porteuse est amenée à monter et descendre de 3 kHz.

Les stations de radiodiffusion dans la partie VHF du spectre de fréquences entre 88,5 et 108 MHz utilisent de grandes valeurs de déviation, généralement ± 75 kHz. Ceci est connu sous le nom de FM large bande (WBFM). Ces signaux sont capables de supporter des transmissions de haute qualité, mais occupent une grande quantité de bande passante. En général, 200 kHz sont autorisés pour chaque transmission FM large bande. À des fins de communication, moins de bande passante est utilisée. La FM à bande étroite (NBFM) utilise souvent des valeurs de déviation d'environ ± 3 kHz.

Il s'agit d'une bande FM à bande étroite qui est généralement utilisée pour les applications de communication radio bidirectionnelle. Ayant une bande plus étroite, il n'est pas en mesure de fournir la haute qualité des transmissions à large bande, mais cela n'est pas nécessaire pour des applications telles que la communication radio mobile.

Démodulation de fréquence

Comme pour toute forme de modulation, il est nécessaire de pouvoir réussir à la démoduler et à récupérer le signal d'origine. Le démodulateur FM peut être appelé une variété de noms, y compris un démodulateur FM, un détecteur FM ou un discriminateur FM.

Il existe différents types de démodulateurs FM, mais tous permettent de convertir les variations de fréquence du signal entrant en variations d'amplitude sur la sortie. Ceux-ci sont généralement introduits dans un amplificateur audio, ou éventuellement une interface numérique si des données sont transmises au système.


Modulateurs FM

Il existe une variété de méthodes différentes qui peuvent être utilisées pour générer des signaux modulés en fréquence.

  • Oscillateur à diode Varactor: Cette méthode nécessite simplement l'utilisation d'une diode varactor placée dans le circuit accordé d'un circuit oscillateur. Il est même possible d'utiliser une diode varactor dans un circuit oscillateur à cristal. Généralement, lorsque des oscillateurs à quartz sont utilisés, le signal doit être multiplié en fréquence et seule une bande FM étroite est réalisable.
  • Boucle à verrouillage de phase: Les boucles à verrouillage de phase constituent une excellente méthode de génération de modulation de fréquence. Il est souvent nécessaire de gérer les contraintes au sein de la boucle avec soin mais une fois fait cela fournit une excellente solution.

Avantages et inconvénients de la modulation de fréquence

Comme pour toute forme de modulation, son utilisation présente plusieurs avantages et inconvénients. Celles-ci doivent être prises en compte avant de prendre toute décision ou tout choix concernant son utilisation:

Avantages de la modulation de fréquence, FM:

  • Résilience au bruit: Un avantage particulier de la modulation de fréquence est sa résilience aux variations de niveau de signal. La modulation est portée uniquement sous forme de variations de fréquence. Cela signifie que toute variation du niveau du signal n'affectera pas la sortie audio, à condition que le signal ne tombe pas à un niveau auquel le récepteur ne peut pas faire face. En conséquence, cela rend la FM idéale pour les applications de communication radio mobile, y compris les communications radio bidirectionnelles plus générales ou les applications portables où les niveaux de signal sont susceptibles de varier considérablement. L'autre avantage de la FM est sa résilience au bruit et aux interférences. C'est pour cette raison que la FM est utilisée pour les transmissions de haute qualité.
  • Modulation facile à appliquer à un étage de faible puissance de l'émetteur: Un autre avantage de la modulation de fréquence est lié aux émetteurs. Il est possible d'appliquer la modulation à un étage de faible puissance de l'émetteur, et il n'est pas nécessaire d'utiliser une forme d'amplification linéaire pour augmenter le niveau de puissance du signal jusqu'à sa valeur finale.
  • Il est possible d'utiliser des amplificateurs RF efficaces avec des signaux modulés en fréquence: Il est possible d'utiliser des amplificateurs RF non linéaires pour amplifier les signaux FM dans un émetteur et ceux-ci sont plus efficaces que les amplificateurs linéaires requis pour les signaux avec toutes les variations d'amplitude (par exemple AM ​​et SSB). Cela signifie que pour une puissance de sortie donnée, moins d'énergie de la batterie est nécessaire et cela rend l'utilisation de la FM plus viable pour les applications radio bidirectionnelles portables.

Avantages de la modulation de fréquence, FM:

  • FM a une efficacité spectrale plus faible que certains autres formats de modulation: Certains formats de modulation de phase et de modulation d'amplitude en quadrature ont une efficacité spectrale plus élevée pour la transmission de données que la modulation par décalage de fréquence, une forme de modulation de fréquence. En conséquence, la plupart des systèmes de transmission de données utilisent PSK et QAM.
  • Nécessite un démodulateur plus compliqué: Un des inconvénients mineurs de la modulation de fréquence est que le démodulateur est un peu plus compliqué, et donc un peu plus cher que les détecteurs à diodes très simples utilisés pour AM. Cependant, c'est beaucoup moins un problème de nos jours car de nombreux circuits intégrés radio incorporent un démodulateur de fréquence intégré.
  • Certains autres modes ont une efficacité spectrale de données plus élevée: Certains formats de modulation de phase et de modulation d'amplitude en quadrature ont une efficacité spectrale plus élevée pour la transmission de données que la modulation par décalage de fréquence, une forme de modulation de fréquence. En conséquence, la plupart des systèmes de transmission de données utilisent PSK et QAM.
  • Les bandes latérales s'étendent à l'infini de chaque côté: Les bandes latérales pour une transmission FM s'étendent théoriquement à l'infini. Ils sont normalement importants pour les transmissions de modulation de fréquence à large bande, bien que petits pour la FM à bande étroite. Pour limiter la bande passante de la transmission, des filtres sont souvent utilisés, et ceux-ci introduisent une certaine distorsion du signal. Normalement, ce n'est pas trop un problème, bien qu'il faille prendre soin d'inclure ces filtres pour FM large bande et de s'assurer qu'ils sont correctement conçus.

Comment la FM a été introduite

Aux débuts de la radio, l'électricité statique était un problème majeur et la façon dont tout le monde essayait de réduire les effets de l'électricité statique était de réduire la bande passante - de cette manière, moins de bruit était capté par le récepteur.

Un ingénieur américain du nom d'Edwin Armstrong étudiait ce problème et examinait si la modulation de fréquence, plutôt que la modulation d'amplitude, pouvait offrir un avantage.

Vers 1928, Armstrong a commencé à développer le concept d'utilisation de la FM, et plutôt que de réduire la bande passante, il l'a augmenté.

Beaucoup n'étaient pas d'accord avec les idées d'Armstrong pour diverses raisons. Il a approché RCA, et bien qu'ils aient été impressionnés, ils se concentraient sur la télévision et ne voulaient détourner aucune ressource vers une nouvelle forme de radiodiffusion.

Après de nombreuses difficultés en cours de route, Armstrong a lancé sa propre station de radio en 1939 pour démontrer l'efficacité de la FM. Pour accommoder cela et d'autres stations suivant la FCC, une bande de fréquences entre 42 et 50 MHz a été attribuée. D'autres ont rapidement suivi, mais après la guerre, la FCC aux USA a changé la bande de fréquences allouée à celle que nous connaissons aujourd'hui entre 88 et 108 MHz. Bien qu'il y ait eu une certaine douleur au départ parce que quelques centaines de milliers de radios avaient été vendues, la bande a été acceptée dans le monde et c'est la bande FM VHF que nous connaissons aujourd'hui.

Avec la FM établie comme moyen de diffusion de haute qualité, elle s'est rapidement développée.

En plus de cela, une forme de FM à bande étroite est devenue populaire pour les communications mobiles VHF et UHF. La nature de la FM signifiait que les variations d'intensité du signal n'affectaient pas le fonctionnement autant que s'il s'agissait d'un signal AM.

Indice de modulation et taux d'écart

Lors de l'utilisation d'un signal modulé en fréquence, il est très utile d'avoir une mesure de ce qui est effectivement le niveau de la modulation.

Ceci est utile pour définir des paramètres comme si le signal est une bande étroite ou un signal modulé en fréquence à large bande. Il est également très utile pour garantir que tous les émetteurs ou récepteurs d'un système sont réglés pour s'adapter à un niveau normalisé de modulation car il affecte des paramètres tels que la largeur de bande du récepteur, l'espacement des canaux, etc.

Pour définir le niveau de modulation, des chiffres appelés indice de modulation et rapport d'écart sont utilisés.


Bande passante FM

L'un des éléments clés d'un signal FM est sa bande passante. Avec tout signal modulé en fréquence, les bandes latérales s'étendent de chaque côté. Celles-ci s'étendent en fait à l'infini, mais leur intensité diminue. Heureusement, il est possible de limiter la bande passante d'un signal FM sans affecter indûment sa qualité.

La modulation de fréquence est largement utilisée dans de nombreux domaines de la technologie radio, y compris la radiodiffusion et les domaines de la communication radio bidirectionnelle. Dans ces applications, ses avantages particuliers peuvent être utilisés à bon escient.

Alors que d'autres formes de modulation sont utilisées dans de nombreux domaines, la FM offre toujours la meilleure qualité pour la radiodiffusion et de nombreux avantages pour d'autres formes de communication également.


Voir la vidéo: Modulation, AM et FM (Décembre 2021).