Điều chế tần số – Wikipedia tiếng Việt

0 Shares

Điều chế tần số (hay biến điệu tần số, tiếng Anh: Frequency modulation viết tắt là “FM“) được áp dụng trong kỹ thuật vô tuyến điện và kỹ thuật xử lý tín hiệu. Người ta truyền thông tin trên một sóng mang cao tần chỉ bằng hai cách. Thay đổi tần số sóng mang theo tín hiệu cần truyền, trong khi biên độ của sóng mang cao tần chưa thay đổi, đó là kỹ thuật điều chế tần số. Và điều chế biên độ của sóng mang theo tín hiệu cần truyền mà tần số sóng mang vẫn giữ nguyên. Ngoài ra còn nhiều phương pháp điều chế khác, như điều chế pha, điều chế mạch xung, điều chế biên mã, điều chế đơn biên…

Về khoanh vùng phạm vi băng sóng điều tần có những tiêu chuẩn khác nhau : Tiêu chuẩn OIRT ( tổ chức triển khai quốc tế về truyền thanh , truyền hình ) có dải sóng từ 65,8 MHz đến 73 MHz. Tiêu chuẩn CCIR ( hội đồng tư vấn quốc tế về vô tuyến điện ) có giải tần 87,5 MHz đến 104 MHz. Mỹ , và Nhật lại dùng dải rộng hơn là từ 87,5 MHz đến 108 MHzNgười ta đã biết biện pháp điều tần từ lâu, nhưng ít quan tâm, vì cho rằng chưa có ưu điểm gì điển hình nổi bật so với điều biên. Khoảng năm 1940 thì mới dùng thoáng rộng kỹ thuật điều tần, vì phát hiện thấy ưu điểm chống can nhiễu của nó. Hiện nay kỹ thuật này đã được sử dụng thoáng đãng trong phát thanh, mạng lưới hệ thống vô tuyến hai chiều ( hữu tuyến ), mạng lưới hệ thống ghi băng đến từ , và mạng lưới hệ thống truyền dẫn video. Trong mạng lưới hệ thống vô tuyến, điều tần với băng thông đủ phân phối một lợi thế trong việc triệt tạp âm tự nhiên. Ma-níp dịch tần ( FM số ) được sử dụng thoáng rộng trong những modem tài liệu và fax .

Một tín hiệu có thể được mang ở trên sóng vô tuyến AM hoặc FM AM (đỏ) Điều biên, FM (xanh) Điều tần

Điều chế tần số – Wikipedia tiếng Việt

Bạn đang đọc: Điều chế tần số – Wikipedia tiếng Việt

Giả sử tín hiệu dữ liệu băng gốc (bản tin) cần đã được truyền là

( t )

\displaystyle x_m(t)

$\displaystyle x_m(t)$ , và sóng mang cao tần hình sin

( t ) =

cos ⁡ ( 2 π

t )

\displaystyle x_c(t)=A_c\cos(2\pi f_ct)\,

$\displaystyle x_c(t)=A_c\cos(2\pi f_ct)\,$ , ở đây fc chính là tần số sóng mang cao tần , và Ac là biên độ sóng mang cao tần. Bộ điều chế kết hợp sóng mang với tín hiệu băng gốc để có được tín hiệu truyền là:

y ( t ) = A c cos ⁡ ( 2 π ∫ 0 t f ( τ ) d τ ) \ displaystyle y ( t ) = A_ c \ cos \ left ( 2 \ pi \ int _ 0 ^ t f ( \ tau ) d \ tau \ right ) $\displaystyle y(t)=A_c\cos \left(2\pi \int _0^tf(\tau )d\tau \right)$ = A c cos ⁡ ( 2 π ∫ 0 t [ f c + f Δ x m ( τ ) ] d τ ) \ displaystyle = A_ c \ cos \ left ( 2 \ pi \ int _ 0 ^ t \ left [ f_ c + f_ \ Delta x_ m ( \ tau ) \ right ] d \ tau \ right ) $\displaystyle =A_c\cos \left(2\pi \int _0^t\left[f_c+f_\Delta x_m(\tau )\right]d\tau \right)$ = A c cos ⁡ ( 2 π f c t + 2 π f Δ ∫ 0 t x m ( τ ) d τ ) \ displaystyle = A_ c \ cos \ left ( 2 \ pi f_ c t + 2 \ pi f_ \ Delta \ int _ 0 ^ t x_ m ( \ tau ) d \ tau \ right ) $\displaystyle =A_c\cos \left(2\pi f_ct+2\pi f_\Delta \int _0^tx_m(\tau )d\tau \right)$

Trong phương trình này,

f ( τ )

\displaystyle f(\tau )\,

$\displaystyle f(\tau )\,$ chính là tần số tức thời của bộ tạo dao động và

\displaystyle f_\Delta \,

$\displaystyle f_\Delta \,$ là độ lệch tần số đặc trưng cho độ lệch cực đại so với fc ở trên một hướng, giả sử xm(t) có giới hạn trong khoảng (-1, +1).

Mặc dù có vẻ như điều này giới hạn tần số sử dụng trong khoảng fc ± fΔ, nó bỏ qua sự khác biệt giữa tần số tức thời , và phổ tần số. Phổ tần số của một tín hiệu FM thực tế có phần mở rộng ra đến vô cùng, chúng trở nên rất nhiều nhỏ khi vượt qua một điểm.

Tín hiệu băng gốc hình sin

Một tín hiệu điều chế băng gốc có thể xấp xỉ chỉ bằng một tín hiệu hình sin liên tục với tần số fm. Tích phân của tín hiệu này là

∫ 0 t x m ( t ) d t = A m cos ⁡ ( 2 π f m t ) 2 π f m \ displaystyle \ int _ 0 ^ t x_ m ( t ) dt = \ frac A_ m \ cos ( 2 \ pi f_ m t ) 2 \ pi f_ m \, $\displaystyle \int _0^tx_m(t)dt=\frac A_m\cos(2\pi f_mt)2\pi f_m\,$

Vì vậy, trong trường hợp đơn cử này, phương trình ( 1 ) trên hoàn toàn có thể đơn giản hóa thành :

y ( t ) = A c cos ⁡ ( 2 π f c t + f Δ f m cos ⁡ ( 2 π f m t ) ) \ displaystyle y ( t ) = A_ c \ cos \ left ( 2 \ pi f_ c t + \ frac f_ \ Delta f_ m \ cos \ left ( 2 \ pi f_ m t \ right ) \ right ) \, $\displaystyle y(t)=A_c\cos \left(2\pi f_ct+\frac f_\Delta f_m\cos \left(2\pi f_mt\right)\right)\,$

ở đây biên độ

\displaystyle A_m\,

$\displaystyle A_m\,$ của tín hiệu hình sin điều chế đã được biểu diễn chỉ bằng độ lệch đỉnh

\displaystyle f_\Delta \,

(xem độ lệch tần số).

Sự phân bổ hài hòa của sóng mang hình sin đã được điều chế bởi một tín hiệu dạng sin hoàn toàn có thể đã được màn biểu diễn chỉ bằng những hàm Bessel – hàm này cung cấp một cơ sở hiểu biết toán học của điều chế tần số trong miền tần số .

Chỉ số điều chế

Như với những chỉ số điều chế, số lượng này phát hiện ra biến điều chế đổi khác như thế nào xung quanh mức chưa điều chế của nó. Nó tương quan tới những biến tần số của tín hiệu sóng mang :

h = Δ f f m = f Δ | x m ( t ) | f m \ displaystyle h = \ frac \ Delta f f_ m = \ frac x_ m ( t ) f_ m \ $\displaystyle h=\frac \Delta ff_m=\frac f_m\$

ở đây

\displaystyle f_m\,

$\displaystyle f_m\,$ là thành phần tần số cao nhất có mặt trong tín hiệu điều chế xm(t),

\displaystyle \Delta f\,

$\displaystyle \Delta f\,$ chính là độ lệch tần số đỉnh, tức chính là độ lệch tối đa của tần số tức thời so với tần số sóng mang. Nếu

h ≪ 1

\displaystyle h\ll 1

$\displaystyle h\ll 1$ , điều chế tần số được gọi là FM băng hẹp, băng thông của nó xấp xỉ

\displaystyle 2f_m\,

$\displaystyle 2f_m\,$ .

Nếu

h ≫ 1

\displaystyle h\gg 1

$\displaystyle h\gg 1$ , thì điều chế tần số được gọi là FM băng rộng và băng thông của nó xấp xỉ

\displaystyle 2f_\Delta \,

$\displaystyle 2f_\Delta \,$ . Do FM băng rộng sử dụng thêm băng thông, nó có thể cải thiện tỉ số tín trên tạp một cách đáng kể. Ví dụ, tăng gấp đôi giá trị của

\displaystyle \Delta f\,

trong khi vẫn giữ nguyên giá trị

\displaystyle f_m

$\displaystyle f_m$ , kết quả là tỉ số tín trên tạp được cải thiện gấp 8 lần. So sánh với trải phổ chirp sử dụng độ lệch tần số rất lớn để đạt đã được độ lợi xử lý tương đương với các chế độ trải phổ truyền thống hơn đã biết.

Với một sóng FM điều chế âm tần, nếu tần số điều chế được giữ cố định , và chỉ số điều chế tăng lên, băng thông (không đáng kể) của tín hiệu FM sẽ tăng lên, nhưng khoảng cách giữa các thành phần phổ vẫn như cũ; một số thành phần phổ giảm trong khi thành phần khác tăng. Nếu độ lệch tần số được giữ không đổi và tần số điều chế tăng, thì khoảng cách giữa các thành phần phổ sẽ tăng.

Zalo OA – official account là gì? Phương Pháp tạo một Zalo OA

Điều chế tần số hoàn toàn có thể đã được phân loại như băng hẹp nếu sự biến hóa trong tần số sóng mang giống như tần số tín hiệu, hoặc phân các loại như băng rộng nếu sự đổi khác trong tần số sóng mang cao hơn nhiều ( chỉ số điều chế > 1 ) so với tần số tín hiệu. Ví dụ, FM băng hẹp đã được sử dụng cho những mạng lưới hệ thống vô tuyến hai chiều như Dịch Vụ Thương Mại vô tuyến mái ấm gia đình, ở đây sóng mang được cho phép độ lệch chỉ là 2,5 kHz ở trên , dưới tần số TT, mang những tín hiệu thoại không lớn hơn băng thông 3,5 kHz. FM băng rộng được sử dụng cho phát thanh FM, trong mô hình phát thanh này, tín hiệu âm nhạc và thoại đã được truyền với độ lệch tần số lên tới 75 kHz so với tần số TT, mang âm thanh trên băng thông lên tới 20 kHz .

Quy tắc Carson

Một quy tắc ngón cái, quy tắc Carson phát biểu rằng gần như tất cả (~98%) công suất của một tín hiệu điều tần nằm trong một băng thông

\displaystyle B_T\,

$\displaystyle B_T\,$ :

B T = 2 ( Δ f + f m ) \ displaystyle \ B_ T = 2 ( \ Delta f + f_ m ) \, $\displaystyle \ B_T=2(\Delta f+f_m)\,$

ở đây

Δ f

\displaystyle \Delta f\,

$\displaystyle \Delta f\,$ như đã định nghĩa ở trên, là độ lệch đỉnh của tần số tức thời

f ( t )

\displaystyle f(t)\,

$\displaystyle f(t)\,$ so với tần số sóng mang trung tâm

\displaystyle f_c\,

$\displaystyle f_c\,$ .

Giảm tạp âm

Công suất tạp âm sẽ giảm khi hiệu suất tín hiệu tăng, do đó SNR đã được cải tổ một cách đáng kể . Biên độ sóng mang và biên độ dải biên đã được minh họa cho những chỉ số điều biên khác nhau của những tín hiệu FM. Dựa ở trên hàm Bessel

Chỉ số điều chế

Dải biên

Sóng mang

0,00

1,00

0,25

0,98

0,12

0,5

0,94

0,24

0,03

1,0

0,77

0,44

0,11

0,02

1,5

0,51

0,56

0,23

0,06

0,01

2,0

0,22

0,58

0,35

0,13

0,03

2,41

0,52

0,43

0,20

0,06

0,02

2,5

−0,05

0,50

0,45

0,22

0,07

0,02

0,01

3,0

−0,26

0,34

0,49

0,31

0,13

0,04

0,01

4,0

−0,40

−0,07

0,36

0,43

0,28

0,13

0,05

0,02

5,0

−0,18

−0,33

0,05

0,36

0,39

0,26

0,13

0,05

0,02

5,53

−0,34

−0,13

0,25

0,40

0,32

0,19

0,09

0,03

0,01

6,0

0,15

−0,28

−0,24

0,11

0,36

0,25

0,13

0,06

0,02

7,0

0,30

0,00

−0,30

−0,17

0,16

0,35

0,34

0,23

0,13

0,06

0,02

8,0

0,17

0,23

−0,11

−0,29

−0,10

0,19

0,34

0,32

0,22

0,13

0,06

0,03

8,65

0,27

0,06

−0,24

−0,23

0,03

0,26

0,34

0,28

0,18

0,10

0,05

0,02

9,0

−0,09

0,25

0,14

−0,18

−0,27

−0,06

0,20

0,33

0,31

0,21

0,12

0,06

0,03

0,01

10,0

−0,25

0,04

0,25

0,06

−0,22

−0,23

−0,01

0,22

0,32

0,29

0,21

0,12

0,06

0,03

0,01

12,0

0,05

−0,22

−0,08

0,20

0,18

−0,07

−0,24

−0,17

0,05

0,23

0,30

0,27

0,20

0,12

0,07

0,03

0,01

Điều chế , và giải điều chế

Một tín hiệu đổi tần của một sóng mang trong FM . Những tín hiệu FM hoàn toàn có thể được tao ra bằng cách sử dụng điều chế tần số trực tiếp hoặc gián tiếp .

Điều chế FM trực tiếp có thể thực hiện bằng cách đưa trực tiếp bản tin vào một VCO.Điều chế FM gián tiếp, tín hiệu bản tin đã được kết hợp để gây ra một tín hiệu điều chế pha. Nó được sử dụng để đưa vào một bộ dao động thạch anh , và ở đầu ra của bộ tạo dao động đi qua bộ nhân tần cũng sẽ tạo ra đã được một tín hiệu FM.

Giải điều chế

Hiện này có nhiều mạch tách sóng FM. Một chiêu thức thông dụng để Phục hồi tín hiệu bản tin là dùng một bộ tách sóng Foster-Seeley. Một vòng khóa pha hoàn toàn có thể được sử dụng như một bộ giải điều chế FM .

Tách sóng dốc giải điều chế một tín hiệu FM chỉ bằng cách sử dụng một mạch cộng hưởng, mạch này có tần số cộng hưởng của nó bù đắp một phần nhỏ với tần số sóng mang. Vì tần số tăng và giảm, mạch cộng hưởng tạo một biên độ thay đổi của phản ứng, chuyển đổi FM thành AM. Máy thu AM có thể tách một số tín hiệu FM bằng cách này, dù nó chưa phải chính là một phương pháp hiệu quả nhất số 1 cho giải điều chế phát thanh FM.

FM cũng được sử dụng ở trung tần trong những mạng lưới hệ thống VCR tựa như, gồm có cả VHS, để ghi lại cả độ chói ( đen , trắng ) của tín hiệu video. Thông thường, những thành phần chrome đã được ghi lại như một tín hiệu AM thường thì, chỉ bằng cách sử dụng tín hiệu FM tần số cao hơn như thiên áp. FM chính là giải pháp chỉ khả thi cho việc ghi lại thành phần độ chói ( đen , và trắng ) của video vào băng đến từ , và truy xuất video từ băng đến từ mà không bị méo cực, như những tín hiệu video có những thành phần dải tần rất lớn – đến từ vài Hz tới vài MHz, quá rộng cho những bộ cân đối thao tác do tạp âm dưới − 60 dB. FM cũng giữ băng ở mức bão hòa, , và do đó đóng vai trò như một hình thức giảm tạp âm, , và một bộ số lượng giới hạn đơn thuần hoàn toàn có thể ẩn những biến trong phát lại đầu ra, và công dụng của bắt FM vô hiệu sự sao chuyển và pre-echo. Một tone hoa tiêu liên tục nếu thêm vào tín hiệu – như được thực thi ở trên V2000 , rất nhiều định dạng băng cao khác – hoàn toàn có thể điều khiển , tinh chỉnh được jitter cơ khí , tương hỗ hiệu chỉnh gốc thời hạn. Những mạng lưới hệ thống FM khá đặc biệt quan trọng do chúng có tỉ số tần số sóng mang ở trên tần số điều chế cực lớn nhỏ hơn 2 ; ngược lại với điều này, phát thanh audio FM có tỉ số khoảng chừng 10.000. Hãy xem xét ví dụ một sóng mang 6 MHz điều chế với 3,5 MHz ; chỉ bằng cách nghiên cứu , phân tích Bessel thì những dải biên tiên phong chính là 9,5 , và 2,5 MHz, trong khi dải biên thứ hai là 13 MHz , − 1 MHz. Kết quả chính là một dải biên có pha đảo ngược + 1 MHz ; với giải điều chế, hiệu quả nhất này trong đầu ra chưa mong ước chính là 6 − 1 = 5 MHz. Hệ thống phải được phong cách thiết kế để hoàn toàn có thể đồng ý được mức này. FM cũng được sử dụng trong những tần số âm thanh để tổng hợp âm thanh. Kỹ thuật này còn gọi là tổng hợp FM, được thông dụng thoáng đãng bởi những bộ tổng hợp số đời đầu , và trở thành một đặc tính tiêu chuẩn cho nhiều thế hệ card âm thanh của máy tính cá thể . Edwin Howard Armstrong ( 1890 – 1954 ) chính là kỹ sư điện Mỹ đã ý tưởng ra vô tuyến điều chế tần số băng rộng. Ông đã được cấp văn chỉ bằng bản quyền trí tuệ mạch vào năm 1914, máy thu đổi tầng ý tưởng năm 1918 và máy tái sinh tín hiệu ý tưởng năm 1922. Ông trình diễn bài báo của mình : ” Một chiêu thức Giảm Nhiễu trong Tín hiệu Vô tuyến bằng một Hệ thống Điều chế Tần số “, đây chính là bài báo tiên phong trình diễn vô tuyến FM, trước phân viện Thành Phố New York của Viện kỹ sư vô tuyến vào ngày 6/11/1935. Bài báo được xuất bản năm 1936. [ 7 ]Như tên gọi của nó, FM băng rộng ( WFM ) cần một băng thông tín hiệu rộng hơn so với điều biên cùng một tín hiệu điều chế tương tự, nhưng điều này cũng thực hiện cho tín hiệu kháng tạp âm và nhiễu tốt hơn. Điều tần cũng chống lại hiện tượng kỳ lạ fading biên độ tín hiệu đơn thuần. Do đóm FM được chọn chính là tiêu chuẩn điều chế cho tần số cao, truyền dẫn vô tuyến trung thực cao : do đó thuật ngữ ” Vô tuyến FM ” ( trong nhiều năm qua Đài truyền hình BBC lại gọi nó là ” Vô tuyến VHF “, vì tiếp thị FM thương mại sử dụng một phần của băng VHF – băng tần tiếp thị FM )

Máy thu FM sử dụng một bộ tách sóng đặc biệt cho các tín hiệu FM , đưa ra một hiện tượng gọi là hiệu ứng bắt, bộ cộng hưởng có thể thu tốt hai đài đang đã được phát song trên cùng một tần số. Tuy nhiên, trôi tần hay thiếu độ chọn lọc có thể thực hiện một đài hoặc tín hiệu bị vượt quá bởi đài hoặc tín hiệu khác ở trên một kênh lân cận. Trôi tần thường xảy ra trên các máy bay rất nhiều cũ , và không đắt tiền, trong khi độ chọn lọc chưa thích hợp có thể làm ảnh hưởng tới bất kỳ bộ cộng hưởng nào.

Một tín hiệu FM cũng hoàn toàn có thể được sử dụng để mang một tín hiệu stereo : xem stereo FM. Tuy nhiên, điều này đã được triển khai chỉ bằng cách ghép , và tách kênh trước , sau quá trình FM. Phần còn lại của bài viết này bỏ lỡ quá trình ghép , và tách kênh stereo đã được sử dụng trong ” stereo FM “, và tập trung chuyên sâu vào những quy trình điều chế , và giải điều chế FM, chúng giống hệt nhau trong những quy trình stereo và mono .

Một bộ khuếch đại chuyển mạch tần số vô tuyến hiệu suất cao cũng có thể đã được sử dụng để phát các tín hiệu FM (và các tín hiệu biên độ chưa đổi khác). Đối với cường độ tín hiệu nhất định (đo tại anten máy thu), các bộ khuếch đại chuyển mạch sử dụng nguồn công suất thấp , có giá thành thấp hơn so với bộ khuếch đại tuyến tính. Điều này mang lại cho FM một lợi thế khác so với các biểu đồ điều chế khác sử dụng các bộ khuếch đại tuyến tính như AM , QAM.

FM thường đã được sử dụng ở những tần số vô tuyến VHF cho phát thanh tiếp thị chất lượng cao ( xem tiếp thị FM ). m thanh TV thường cũng được phát sóng bằng FM. Một băng tần hẹp đã được sử dụng cho thông tin thoại trong thương mại , và vô tuyến nghiệp dư. Trong những dịch vụ tiếp thị, âm thanh trung thực chính là quan trọng, FM băng rộng thường được sử dụng trong những dịch vụ này. Trong vô tuyến hai chiều, FM băng hẹp ( NBFM ) được sử dụng để tiết kiệm ngân sách , và chi phí băng thông cho những trạm vô tuyến di động mặt đất, di động hàng hải , nhiều dịch vụ vô tuyến khác .

Ma-níp dịch tần chính là điều chế tần số sử dụng chỉ một số tần số rời rạc. Truyền dẫn mã Morse được làm bằng cách này, như hầu hết các modem đường dây điện thoại đời đầu. Radioteletype cũng sử dụng FSK. Điều chế FM cũng đã được sử dụng trong các ứng dụng đo xa, radar, khảo sát địa chấn và mô hình động kinh EEG của trẻ sơ sinh.