Was ist frequenzmodulation?

Frequenzmodulation (FM)

Die Frequenzmodulation (FM) ist eine Art der Winkelmodulation, bei der die Frequenz eines Trägersignals proportional zur momentanen Amplitude des zu übertragenden Nachrichtensignals (Modulationssignal) variiert wird. Im Gegensatz zur Amplitudenmodulation, bei der die Amplitude des Trägersignals moduliert wird, bleibt die Amplitude des Trägersignals bei FM konstant.

Prinzip:

• Nachrichtensignal (Modulationssignal): Das Signal, das übertragen werden soll (z.B. Sprache, Musik).
• Trägersignal: Eine sinusförmige Welle mit einer konstanten Frequenz (die Trägerfrequenz).
• Modulation: Die Frequenz des Trägersignals ändert sich entsprechend der Amplitude des Nachrichtensignals. Eine höhere Amplitude des Nachrichtensignals führt zu einer größeren Frequenzabweichung des Trägersignals von seiner Trägerfrequenz.

Vorteile der Frequenzmodulation:

• Bessere Störfestigkeit: FM ist weniger anfällig für Rauschen und Störungen als AM. Amplitudenänderungen durch Rauschen haben nur geringen Einfluss, da der Empfänger nur die Frequenzänderungen auswertet.
• Konstante Amplitude: Die konstante Amplitude des FM-Signals ermöglicht den Einsatz von nichtlinearen Verstärkern, was die Effizienz steigert.
• Höhere Übertragungsqualität: FM bietet im Allgemeinen eine höhere Audioqualität als AM, insbesondere bei der Übertragung von Musik.

Nachteile der Frequenzmodulation:

• Größere Bandbreite: FM benötigt eine größere Bandbreite als AM, was die Anzahl der verfügbaren Kanäle begrenzt.
• Komplexere Schaltungen: FM-Sender und -Empfänger sind in der Regel komplexer und teurer als AM-Geräte.

Anwendungen der Frequenzmodulation:

• Rundfunk (FM-Radio): Die bekannteste Anwendung.
• Mobilfunk: Wird in einigen Mobilfunkstandards verwendet.
• Funknavigation: Wird in einigen Funknavigationssystemen verwendet.
• Telemetrie: Zur Übertragung von Messdaten.
• Zwei-Wege-Funkgeräte: Polizeifunk etc.

Wichtige Begriffe:

• Trägerfrequenz: Die Frequenz des Trägersignals ohne Modulation.
• Frequenzhub (Frequenzabweichung): Die maximale Abweichung der Frequenz des Trägersignals von der Trägerfrequenz.
• Modulationsindex: Ein Maß für die Stärke der Modulation. Er gibt das Verhältnis von Frequenzhub zur Frequenz des Modulationssignals an. Siehe Modulationsindex.
• Bandbreite: Der Frequenzbereich, den das FM-Signal belegt. Sie ist größer als die Bandbreite des Modulationssignals. Die Bandbreite kann mit der Carson-Regel geschätzt werden: BW = 2(Δf + fm), wobei Δf der Frequenzhub und fm die höchste Frequenz des Modulationssignals ist.