Modhnú Minicíochta ar Eolas (FM)

Cuspóirí
* Bheith eolach ar an ngaol idir minicíocht iompróra, minicíocht mhodhnóireachta agus innéacs modúlachta le héifeachtúlacht agus bandaleithead
* Déan comparáid idir córais FM agus córais AM maidir le héifeachtúlacht, bandaleithead agus torann.

Córas Bunúsach
Tá an córas cumarsáide bunúsach:
#Aistritheoir: An fo-chóras a thógann an comhartha faisnéise agus a phróiseálann é sula dtarchuirtear é. Modhnóidh an tarchuradóir an fhaisnéis ar chomhartha iompróra, déanann sé an comhartha a aimpliú agus a chraoladh thar an gcainéal
#Cainéal: An meán a iompraíonn an comhartha modhnaithe chuig an glacadóir. Feidhmíonn aer mar chainéal do chraoltaí cosúil le raidió. D'fhéadfadh a bheith chomh maith le córas sreangú cosúil le teilifíse cábla nó ar an Idirlíon.
# Glacadóir: An fo-chóras a thógann an comhartha tarchurtha isteach ón gcainéal agus a phróiseálann é chun an comhartha faisnéise a aisghabháil. Caithfidh an glacadóir a bheith in ann an comhartha a idirdhealú ó chomharthaí eile a fhéadfaidh an cainéal céanna (ar a dtugtar tiúnadh) a úsáid, an comhartha a mhéadú le haghaidh próiseála agus dí-ídiú (an t-iompróir a bhaint) chun an fhaisnéis a aisghabháil. freisin Próiseálann sé ansin an t-eolas lena nglacadh (mar shampla, a chraoladh ar callaire).

Modhnú
Is annamh a tharchuirtear an comhartha faisnéise mar atá, caithfear é a phróiseáil. D'fhonn úsáid a bhaint tarchur leictreamaighnéadach, ní mór é a thiontú ar dtús ó fuaime isteach i comhartha leictreach. Déanann trasducer an tiontú. Tar éis an tiontaithe úsáidtear é chun comhartha iompróra a mhodhnú.

Úsáidtear comhartha iompróra ar dhá chúis:
* Chun laghdú ar an tonnfhad do tharchur agus a ghlacadh éifeachtach (Is é an méid is fearr is féidir Antenna ½ nó ¼ de tonnfhad). Beidh tonnfhad 3000 km ag minicíocht fuaime tipiciúil 100 Hz agus bheadh ​​fad éifeachtach antenna de 25 km ag teastáil uaidh! I gcomparáid leis sin, is é 100 MHz iompróir tipiciúil do FM, le tonnfhad 3 m, agus ní fhéadfadh sé antenna a úsáid ach 80 cm ar fhad.

* Ligean úsáid comhuaineach ar an gcainéal céanna, ar a dtugtar chomhoiriúnachta. Is féidir le gach comhartha ar leith a shannadh minicíocht iompróra éagsúil (cosúil le stáisiúin raidió) agus fós a roinnt ar an cainéal céanna. Cheap an chuideachta teileafóin modhnú i ndáiríre chun gur féidir comhráite teileafóin a tharchur thar ghnáthlínte.
Ciallaíonn an próiseas modhnóireachta an comhartha faisnéise (an rud is mian leat a tharchur) a úsáid go córasach chun paraiméadar éigin den chomhartha iompróra a athrú. Is é an comhartha iompróir de ghnáth ach simplí, (athraíonn in am mar a bheadh ​​tonn Sín) aon-mhinicíochta sinusoid.

Téann an tonn sine bunúsach mar V (t) = Vo sin (2 pft + f) mar a shainmhínítear na paraiméadair thíos:

#V (t) voltas an chomhartha mar fheidhm ama.
#Vo aimplitiúid an chomhartha (is ionann é agus an luach uasta a bhaintear amach gach timthriall)
#F an minicíocht ascalaithe, an líon na dtimthriallta in aghaidh an tsoicind (ar a dtugtar Hertz = 1 timthriall sa soicind)
#f céim an chomhartha, a léiríonn pointe tosaigh an timthrialla.

Chun an comhartha a mhodhnú níl i gceist leis ach ceann amháin de thrí pharaiméadar an chomhartha a athrú go córasach: aimplitiúid, minicíocht nó céim. Dá bhrí sin, féadfar an cineál modhnóireachta a chatagóiriú mar cheachtar

AM: modhnú aimplitiúid

FM: modhnú minicíocht nó

PM: modhnú céime

Tabhair faoi deara: D'fhéadfadh PM ina théarma cur amach ach a úsáidtear go coitianta. Tá tréithe PM an-chosúil le FM agus mar sin is minic a úsáidtear na téarmaí go hidirmhalartaithe.

FM
Úsáideann Minicíocht modhnú an comhartha eolais, Vm (t) a athrú ar an minicíocht iompróra laistigh éigin raon beag mar gheall ar a luach bunaidh. Seo na trí chomhartha i bhfoirm mhatamaiticiúil:

Eolas: Vm (t)
* Iompróir: Vc (t) = Vco sin (2 p fc t + f)
* FM: LAA (t) = VCO sin (2 p [moc + (DF / Vmo) Vm (t)] t + f)

Táimid tar éis ionad an téarma minicíocht iompróra, le minicíocht ama-athrú. Tá téarma nua tugtha isteach againn freisin: Df, an diall buaic-minicíochta. San fhoirm seo, ba cheart go mbeifeá in ann a fheiceáil go n-athraíonn an téarma minicíochta iompróra: fc + (Df / Vmo) Vm (t) anois idir na foircinní fc - Df agus fc + Df. Is léir léirmhíniú Df: is é an ceann is faide ar shiúl ón minicíocht bhunaidh is féidir leis an gcomhartha FM a bheith. Uaireanta tugtar an “swing” air sa mhinicíocht.

Is féidir linn innéacs modhnóireachta a shainiú freisin do FM, ar aon dul le AM:
* b = Df / fm, áit arb é fm an mhinicíocht mhodhnóireachta uasta a úsáidtear.
* Is é an léirmhíniú is simplí ar an innéacs modhnóireachta, b, mar thomhas ar an diall buaic-minicíochta, Df. Is é sin le rá, léiríonn b bealach chun an bhuaic-mhinicíocht diall a chur in iúl mar iolraí den mhinicíocht mhodhnúcháin uasta, fm, ie Df = b fm.

Sampla: Is dócha i raidió FM go bhfuil an comhartha fuaime a bheidh le raonta tharchur ó 20 go 15,000 Hz (a dhéanann sé). Dá n-úsáidfeadh an córas FM innéacs modúlach uasta, b, de 5.0, ansin dhéanfadh an mhinicíocht “luascadh” ar a mhéad 5 x 15 kHz = 75 kHz os cionn agus faoi bhun mhinicíocht an iompróra.

Seo comhartha simplí FM:

Anseo, tá an t-iompróir ag 30 Hz, agus is é 5 Hz an minicíocht mhodhnúcháin. Is é an t-innéacs modhnú thart 3, a dhéanamh ar an diall minicíocht buaic thart ar 15 Hz. Ciallaíonn Beidh an minicíocht éagsúil áit éigin idir 15 agus 45 Hz. Is feidhm den mhinicíocht mhodhnúcháin é cé chomh tapa agus a chuirtear an timthriall i gcrích.

Speictrim FM
Léiríonn speictream méideanna coibhneasta comhpháirteanna minicíochta éagsúla in aon chomhartha. Tá sé cosúil leis an taispeáint ar an gcothromóir grafach i do steirió ar a bhfuil giotaí a thaispeánann na méideanna coibhneasta bass, midrange agus treble. Tá na fhreagraíonn go díreach le minicíochtaí a mhéadú (trí oiread a bheith na comhpháirteanna minicíocht ard). Is fíric dea-eolas na matamaitice, is féidir aon fheidhm (chomhartha) a hiomalartuithe i comhpháirteanna amháin sinusoidal (le roinnt eisceachtaí paiteolaíocha). 

I dtéarmaí teicniúla, cruthaíonn na siní agus na cosines tacar iomlán feidhmeanna, ar a dtugtar bunús freisin i spás veicteora gan teorainn tríthoiseach feidhmeanna fíorluacha (gobán athfhillteach). Ós rud é gur féidir a chreidiúint go bhfuil aon chomhartha comhdhéanta de chomharthaí sinusóideacha, is ionann an speictream agus an “cárta oideas” maidir le conas an comhartha a dhéanamh as sinusóidigh. Cosúil: 1 chuid de 50 Hz agus 2 chuid de 200 Hz. Tá an speictream is simplí ar fad ag sinusoids íon, ach comhpháirt amháin:

Sa sampla seo, tá 8 Hz ag an iompróir agus mar sin tá comhpháirt amháin ag an speictream le luach 1.0 ag 8 Hz

Tá an speictream FM i bhfad níos casta. Is cosúil le speictream comhartha simplí FM:





Is é an t-iompróir anois 65 Hz, is é an comhartha mhodhnaithe a íon ton 5 Hz, agus is é an t-innéacs modhnú 2. Cad a fheiceann muid go bhfuil il taobh-bandaí (spikes ag seachas an minicíocht iompróir) scartha ag an minicíocht mhodhnaithe, 5 Hz. Tá thart ar 3 bhanda taobh ar gach taobh den iompróir. Is féidir cruth an speictrim a mhíniú trí argóint shimplí heterodyne a úsáid: nuair a mheascann tú na trí mhinicíocht (fc, fm agus Df) le chéile faigheann tú na minicíochtaí suime agus difríochta. Is é an meascán is mó moc + fm + DF, agus is é an ceann is lú fc - fm - DF. Ó Df = b fm, athraíonn an mhinicíocht (b + 1) fm os cionn agus faoi bhun an iompróra.


Is sampla níos réadúla a úsáid speictream fuaime chun an modhnú a chur ar fáil:





Sa sampla seo, athraíonn an comhartha faisnéise idir 1 agus 11 Hz. Tá an t-iompróir ag 65 Hz agus is é an t-innéacs modhnóireachta ná 2. Cuirtear speictream leanúnach níos mó nó níos lú in ionad na spící banda taobh aonair. Mar sin féin, tá méid na mbannaí taobh teoranta (thart ar) go (b + 1) fm os cionn agus faoi bhun. Anseo, bheadh ​​sé sin 33 Hz os cionn agus faoi bhun, rud a fhágfadh go mbeadh an bandaleithead thart ar 66 Hz. Feicimid go leathnaíonn na bandaí taobh ó 35 go ​​90 Hz, mar sin is é 65 Hz an bandaleithead breathnaithe.

B’fhéidir gur cheap tú cén fáth go ndearna muid neamhaird ar na cnapáin réidh ag foircinn an speictrim. Is í an fhírinne gur fotháirge modhnóireachta minicíochta iad i ndáiríre (níl aon torann randamach sa sampla seo). Mar sin féin, féadtar neamhaird a thabhairt orthu go sábháilte toisc nach bhfuil acu ach codán nóiméad den chumhacht iomlán. Go praiticiúil, chuirfeadh an torann randamach doiléir iad ar aon nós.

Sampla: FM Radio
Úsáideann raidió FM modhnú minicíochta, ar ndóigh. Tá an banda minicíochta do raidió FM thart ar 88 go 108 MHz. Is é an comhartha faisnéise ná ceol agus guth a thiteann sa speictream fuaime. Is iad na raonta speictrim fuaime iomlána 20 go 20,000 Hz, ach cuireann raidió FM teorainn leis an minicíocht mhodhnú uachtarach go 15 kHz (cf. AM AM a chuireann teorainn leis an minicíocht uachtarach go 5 kHz). Cé go bhféadfadh cuid den chomhartha a bheith caillte os cionn 15 kHz, ní féidir le formhór na ndaoine é a chloisteáil ar aon nós, mar sin is beag an chailliúint dílseachta. B’fhéidir go ngairtear "ard-dhílseacht" ar raidió FM.

Má úsáideann tarchuradóirí FM innéacs modúlachta uasta de thart ar 5.0, mar sin is é an bandaleithead mar thoradh air sin 180 kHz (thart ar 0.2 MHz). Sannann an FCC stáisiúin) 0.2 MHz óna chéile chun comharthaí forluiteacha a chosc (comhtharlú? Ní dóigh liom!). Dá líonfá an banda FM le stáisiúin, d’fhéadfá 108 - 88 / .2 = 100 stáisiún a fháil, thart ar an líon céanna le raidió AM (107). Fuaimeann sé seo áititheach, ach tá sé níos casta i ndáiríre (agh!).

Craoltar raidió FM i steirió, rud a chiallaíonn dhá bhealach faisnéise. Go praiticiúil, gineann siad trí chomhartha sula gcuirtear an modhnú i bhfeidhm:

* an comhartha L + R (ar chlé + ar dheis) sa raon 50 go 15,000 Hz.
* iompróir píolótach 19 kHz.

* tá an comhartha CD dírithe ar iompróir píolótach 38 kHz (atá faoi chois) a théann ó 23 go 53 kHz.

Mar sin, tá minicíocht mhodhnúcháin uasta 53 kHz ag an gcomhartha faisnéise, rud a éilíonn go laghdófar an t-innéacs modúlachta go dtí thart ar 1.0 chun an bandaleithead comhartha iomlán a choinneáil thart ar 200 kHz.

Feidhmíocht FM
Bandaleithid
Mar a léirigh muid cheana, féadfar bandaleithead comhartha FM a thuar trí úsáid a bhaint as:

* BW = 2 (b + 1) fm

i gcás gurb é b an t-innéacs modhnóireachta agus is é fm an mhinicíocht mhodhnóireachta uasta a úsáidtear.

Tá bandaleithead i bhfad níos mó ag raidió FM ná raidió AM, ach tá an banda raidió FM níos mó freisin. Coinníonn an teaglaim líon na gcainéal atá ar fáil thart ar an gcéanna.

Tá spleáchas níos casta ag bandaleithead comhartha FM ná mar atá i gcás AM (athghairm, braitheann bandaleithead comharthaí AM ar an minicíocht mhodhnú uasta amháin). I FM, bíonn tionchar ag an innéacs modhnóireachta agus ag an minicíocht mhodhnúcháin ar an mbandaleithead. De réir mar a dhéantar an fhaisnéis a neartú, fásann an bandaleithead freisin.

Éifeachtacht
Is í éifeachtúlacht comhartha an chumhacht sna bandaí taobh mar chodán den iomlán. I gcomharthaí FM, mar gheall ar na bandaí taobh suntasacha a tháirgtear, tá an éifeachtúlacht ard go ginearálta. Thabhairt chun cuimhne go bhfuil gnáth-AM teoranta do éifeachtúlacht thart ar 33% chun saobhadh sa ghlacadóir a chosc nuair a bhí an t-innéacs modúlachta níos mó ná 1. Níl aon fhadhb chosúil ag FM.

Tá struchtúr an bhanda taobh casta go leor, ach is féidir a rá go bhfeabhsaítear an éifeachtúlacht go ginearálta tríd an innéacs modúlachta a dhéanamh níos mó (mar ba chóir dó a bheith). Ach má dhéanann tú an t-innéacs modhnóireachta níos mó, mar sin déan an bandaleithead níos mó (murab ionann agus AM) a bhfuil na míbhuntáistí aige. Mar is gnách san innealtóireacht, déantar comhréiteach idir éifeachtúlacht agus feidhmíocht. De ghnáth bíonn an t-innéacs modúlachta teoranta do luach idir 1 agus 5, ag brath ar an bhfeidhmchlár.

Torann
Is fearr i bhfad córais FM a dhiúltú ná torann ná córais AM. De ghnáth scaiptear torann go haonfhoirmeach ar fud an speictrim (an torann bán mar a thugtar air, rud a chiallaíonn speictream leathan). Athraíonn aimplitiúid an torainn go randamach ag na minicíochtaí seo. Féadann an t-athrú ar aimplitiúid an comhartha a mhodhnú agus a phiocadh suas sa chóras AM. Mar thoradh air sin, tá córais AM an-íogair maidir le torann randamach. Sampla de seo is ea torann an chórais adhainte i do charr. Is gá scagairí speisialta a shuiteáil chun an cur isteach a choinneáil amach ó raidió do charr.

Tá córais FM imdhíonachta ó thorann randamach go bunúsach. Ionas go gcuirfeadh an torann isteach, chaithfeadh sé an mhinicíocht a mhodhnú ar bhealach éigin. Ach déantar an torann a dháileadh go haonfhoirmeach ar mhinicíocht agus athraíonn sé den chuid is mó san aimplitiúid. Mar thoradh air sin, ní dhéantar beagnach aon chur isteach sa ghlacadóir FM. Uaireanta tugtar "saor ó statach" ar FM, ag tagairt dá dhíolúine níos fearr do thorann randamach.

Achoimre
I gcomharthaí FM, braitheann an éifeachtúlacht agus an bandaleithead ar an minicíocht mhodhnúcháin uasta agus ar an innéacs modúlachta.
I gcomparáid le AM, tá éifeachtúlacht níos airde ag an gcomhartha FM, bandaleithead níos mó agus díolúine níos fearr ó thorann.

Fág nóta 

Liosta Teachtaireachtaí