Девиация частоты в чем измеряется
Записки программиста
Памятка по частотной модуляции
Когда пытаешься нормально понять частотную модуляцию, возникает много вопросов. От чего зависит полоса ЧМ-сигнала? Как измерить девиацию частоты? Какие существуют схемы модуляции и демодуляции ЧМ? Давайте же во всем разберемся.
Нагляднее всего изображать ЧМ не во временной области (time domain), как это делают обычно, а в частотной (frequency domain):
Здесь в качестве приемника использован RTL-SDR v3 с программой Gqrx. Сигнал получен при помощи генератора сигналов. Частота несущей — 145.500 МГц, а модулирующего сигнала — 1 Гц. За счет низкой частоты, последний отчетливо виден на спектрограмме. В приведенном примере мгновенная частота (instantaneous frequency) изменяется на ±5 кГц от частоты несущей. Говорят, что девиация частоты равна 5 кГц.
Амплитуда ЧМ-сигнала не несет никакой информации. Помимо прочего, это позволяет использовать более эффективные УМ классов C, D и так далее. Девиация тоже не несет информации. Это просто параметр данного вида модуляции. Девиацию можно изменить, скажем, на 2 кГц, и сигнал будет звучать точно так же. Информацию несет только изменение мгновенной частоты.
Практический метод измерения девиации продемонстрирован в видео How to Measure FM Frequency Deviation Using Carrier / Bessel Null, снятом Alan Wolke, W2AEW. На микрофон рации или трансивера подается аудио-сигнал с генератора. При этом измеряется уровень несущей результирующего сигнала. Необходимо найти минимальную частоту аудио-сигнала, при котором несущая окажется практически полностью подавлена.
Здесь рация Kenwood TH-D72A подключена через аттенюатор к анализатору спектра. Аудио-сигнал идет с генератора на динамик, а с него — на микрофон рации. Рация должна находиться на близком и фиксированном расстоянии от динамика. Несущая хорошо подавлена при частоте аудио-сигнала 1910 Гц.
4600 Гц. И действительно, в любительской радиосвязи используют ЧМ с девиацией около 5 кГц. Реальное значение обычно чуть меньше, порядка 4500-4800 Гц. На Си-Би используется девиация не более 2 кГц. У LPD-раций девиация не превосходит 5 кГц, а у PMR-раций — 2.5 кГц. Конкретные устройства могут использовать и меньшую девиацию, но обычно не менее 1 кГц. Вещательные FM-радиостанции имеют девиацию 50 кГц на частотах 65.9-74.0 МГц и 75 кГц на частотах 87.5-108.0 МГц.
Полосу ЧМ-сигнала принято определять по правилу Карсона:
Здесь Fdev — это девиация, а Fm — максимальная частота модулирующего аудио-сигнала. Например, в любительском радио полоса ЧМ-сигнала типично составляет:
… около 15 кГц. В этой полосе сосредоточено не менее 98% энергии сигнала. На предыдущем скриншоте изображен интервал в 30 кГц. Можно видеть, что часть сигнала попадает за пределы расчетной полосы. Но там уровень сигнала низок, поэтому этой частью пренебрегают.
Типичным частотным модулятором является недавно рассмотренный ГУН. Подпаяйте между потенциометром 10 кОм и резистором 100 кОм конденсатор на 10 нФ. Подайте через него аудио-сигнал с размахом 3 В. При питании схемы от 9 В вы получите ЧМ с девиацией 2 кГц. Увеличьте размах до 8.3 В, и девиация составит 5 кГц. Чтобы модулятор работал должным образом, постоянная составляющая управляющего напряжения не должна превышать 8.5 В.
Для демодуляции применяют простой ЧМ-детектор (он же slope detector), дискриминатор Фостера-Сили (Foster-Seeley discriminator), детектор отношений (ratio detector), квадратурный демодулятор (quadrature demodulator), а также демодулятор на основе ФАПЧ. Данные схемы заслуживают отдельных постов.
Девиация частоты
Девиа́ция частоты́ — наибольшее отклонение мгновенной частоты модулированного радиосигнала при частотной модуляции от значения его несущей частоты. Эта величина равна половине полосы качания, т. е. разности максимальной и минимальной мгновенных частот. При больших индексах модуляции полоса качания и ширина спектра ЧМ-сигнала приблизительно равны. Единицей девиации частоты является герц (Hz, Гц), а также кратные ему единицы.
Содержание
Другие величины, характеризующие ЧМ
Метрологические аспекты
Измерения
Эталоны
Литература
Ссылки
См. также
Полезное
Смотреть что такое «Девиация частоты» в других словарях:
девиация частоты — 3.15 девиация частоты: Наибольшее отклонение частоты модулированного радиосигнала при частотной модуляции от значения его несущей частоты. Источник: РД 45.298 2002: Оборудование аналоговых транкинговых систем подвижной радиосвязи. Общие… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
Девиация частоты — отклонение частоты колебаний от среднего значения. В частотной модуляции (См. Частотная модуляция) Д. ч. обычно называют максимальное отклонение частоты. От значения его существенно зависит состав и значения амплитуд составляющих спектра… … Большая советская энциклопедия
Девиация частоты — 1. Наибольшее отклонение частоты модулированного сигнала от значения несущей частоты при частотной модуляции Употребляется в документе: ОСТ 45.159 2000 Отраслевая система обеспечения единства измерений. Термины и определения … Телекоммуникационный словарь
девиация частоты (фазы) прибора СВЧ — девиация частоты (фазы) Δfдев (Δφдев) Наибольшее изменение рабочей частоты (фазы) генерируемых или усиливаемых колебаний прибора СВЧ при частотной (фазовой) модуляции. [ГОСТ 23769 79] Тематики приборы и устройства защитные СВЧ… … Справочник технического переводчика
Девиация частоты (фазы) прибора СВЧ — 170. Девиация частоты (фазы) прибора СВЧ Девиация частоты (фазы) Frequency (phase) deviation Δfдев (Δφдев) Наибольшее изменение рабочей частоты (фазы) генерируемых или усиливаемых колебаний прибора СВЧ при частотной (фазовой) модуляции Источник … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
Девиация частоты «вниз» — 31. Девиация частоты «вниз» Пиковое отклонение «вниз» закона модуляции при частотной модуляции. Примечание. Если fgв = fgн = fg как, например, при гармоническом законе модуляции, то величина fg называется девиацией частоты Источник … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
Девиация частоты «вверх» — 30. Девиация частоты «вверх» Пиковое отклонение «вверх» закона модуляции при частотной модуляции где переменная составляющая закона модуляции при частотной модуляции; f(t) закон модуляции при частотной модуляции (мгновенная частота); … … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
Девиация частоты «вверх» — 1. Пиковое отклонение «вверх» закона модуляции при частотной модуляции Употребляется в документе: ГОСТ 16465 70 Сигналы радиотехнические измерительные. Термины и определения … Телекоммуникационный словарь
Девиация частоты «вниз» — 1. Пиковое отклонение «вниз» закона модуляции при частотной модуляции Употребляется в документе: ГОСТ 16465 70 Сигналы радиотехнические измерительные. Термины и определения … Телекоммуникационный словарь
абсолютная девиация частоты — (абсолютная) девиация частоты [IEV number 314 08 07] девиация частоты Наибольшее отклонение частоты модулированного сигнала от значения несущей частоты при частотной модуляции (ОСТ 45.159 2000.1 Термины и определения (Минсвязи России)).… … Справочник технического переводчика
Девиация частоты в чем измеряется
Компьютерная техника, радиоэлектроника, электрика
Частотная модуляция
Другим распространенным типом модуляции, применяемым в радиосвязи, является частотная модуляция (ЧМ), при которой частота несущей изменяется в соответствии с модулирующим сигналом (рис. 15.1).
Рис. 15.1. Частотная модуляция.
Обратите внимание, что амплитуда несущей остается постоянной, а частота изменяется.
Девиация частоты
Девиация частоты есть степень изменения частоты несущей при изменении уровня сигнала на 1 В. Девиация частоты измеряется в килогерцах на вольт (кГц/В). Предположим, например, что несущая с частотой 1000 кГц должна быть промодулирована сигналом в виде меандра с амплитудой 5 В (рис. 15.2). Предположим также, что девиация частоты равна 10 кГц/В. Тогда во временном интервале от А до В частота несущей увеличится на 5 · 10 = 50 кГц (произведение амплитуды сигнала на девиацию частоты) и станет равной 1000 кГц + 50 кГц = 1050 кГц. Во временном интервале от В до С частота несущей изменится на ту же величину, а именно на 5 · 10 = 50 кГц, но на этот раз в отрицательную сторону с уменьшением частоты несущей до 1000 – 50 = 950 кГц.
Рис. 15.2. Частотная модуляция несущей сигналом в виде меандра.
Максимальная девиация
Изменение частоты несущей при изменении уровня сигнала должно быть ограничено некоторой максимальной величиной, превышение которой недопустимо. Эта величина называется максимальной девиацией. Например, при ЧМ-передачах радиостанции Би-би-си используется девиация частоты 15 кГц/В и максимальная девиация 75 кГц. Максимальная величина модулирующего сигнала определяется максимальной допустимой девиацией.
Максимальная девиация ±75
Максимальный сигнал = —————————————— = —— = ±5 В
Девиация частоты 15
или, другими словами, 5 В в положительную или отрицательную область.
Боковые частоты и ширина полосы
Если несущая промодулирована по частоте гармоническим сигналом, образуется неограниченное число боковых частот. Амплитуды боковых Компонент постепенно уменьшаются по мере отдаления частоты этих компонент от частоты несущей.
Таким образом, для размещения всех боковых частот ширина полосы частот ЧМ-системы должна быть бесконечной. На практике малые по амплитуде боковые компоненты ЧМ-сигнала могут быть отброшены без внесения каких-либо заметных искажений. Например, ЧМ-передачи радиостанции Би-би-си ведутся с использованием полосы частот шириной 250 кГц.
Сравнение AM— и ЧМ-систем модуляции
1. Амплитуда несущей Изменяется вместе Остается
с сигналом постоянной
2. Боковые частоты Две для каждой Бесконечное
частоты в спектре число
3. Ширина занимаемой 9 кГц 250 кГц полосы частот
4. Диапазон частот ДВ, СВ. KB УКВ
Преимущества частотной модуляции
Радиовещание с использованием ЧМ имеет следующие преимущества по сравнению с АМ-передачей программ.
1. В системе с ЧМ обеспечивается лучшее качество звучания. Это связано с большой шириной полосы частот ЧМ-сигнала, охватывающей гораздо большее число гармоник.
2. При ЧМ-передаче достигается очень низкий уровень шума. Шум — это нежелательные сигналы, которые появляются на выходе обычно в форме изменения амплитуды несущей. В ЧМ-системе эти сигналы легко устраняются путем двустороннего ограничения амплитуды несущей. Информация, которую несет изменяющаяся частота, при этом полностью сохраняется.
В этом видео рассказывается о частотной модуляции:
FMUSER-частотная модуляция, индекс FM-модуляции и коэффициент отклонения
Индекс модуляции и коэффициент отклонения являются двумя ключевыми параметрами для любого ЧМ, сигнала частотной модуляции, используемого для радиовещания или двусторонней радиосвязи.
Двумя ключевыми параметрами любого частотно-модулированного сигнала являются индекс модуляции и коэффициент отклонения. Они широко используются при рассмотрении частотно-модулированных сигналов и их характеристик.
Это важно для всего, от больших FM-передатчиков до небольших двухсторонних радиостанций или раций.
Индекс частотной модуляции
Индекс частотной модуляции является эквивалентом индекса модуляции для AM, но, очевидно, связан с FM. Ввиду различий между двумя формами модуляции индекс FM-модуляции измеряется по-разному.
Индекс ЧМ модуляции равен отношению девиации частоты к частоте модуляции.
Из формулы и определения индекса модуляции видно, что нет термина, который включает в себя несущую частоту, и это означает, что он полностью независим от несущей частоты.
Чтобы привести пример индекса FM-модуляции, возьмем пример, где сигнал имеет отклонение ± 5 кГц, а частота модуляции равна 1 кГц, тогда индекс модуляции для этого конкретного случая равен 5/1 = 5.
Аналогично, если отклонение составляет ± 10 кГц, а частота модуляции равна s кГц, то это также имеет коэффициент отклонения 5.
Поскольку нормальный звук имеет множество различных частот, содержащихся в звуковом звуке, коэффициент отклонения обычно рассчитывается с использованием максимальной частоты звука и максимального отклонения. Эта цифра будет затем использоваться для определения полосы пропускания и других характеристик сигнала.
Коэффициент отклонения FM
Одна из проблем, связанных с индексом модуляции, заключается в том, что он будет варьироваться в зависимости от мгновенных значений отклонения и частоты модуляции.
На типичных аудиопередачах отклонение частоты и модулирующая частота будут различаться. Отклонение частоты будет зависеть от уровня звука в данный момент. Также частота модуляции будет варьироваться, так как нормальный звук состоит из множества частот, которые варьируются в зависимости от речи или музыки и т. Д.
Для многих приложений более полезно иметь цифру для максимально допустимых значений.
Соответственно, коэффициент отклонения ЧМ может быть определен как: отношение максимального отклонения несущей частоты к наивысшей частоте модуляции звука.
Один общий пример отношения FM-отклонений можно увидеть, взяв цифры для типичной FM-радиостанции. Для этих станций максимальное отклонение частоты составляет ± 75 кГц, а максимальная частота звука для модуляции составляет 15 кГц.
Используя формулу выше, это означает, что коэффициент отклонения составляет 75/15 = 5.
Полоса пропускания FM и индекс модуляции.
Частотная модуляция используется в различных приложениях. Различные уровни отклонения используются в разных приложениях. Для широковещательных FM-передач цель состоит в том, чтобы иметь возможность передавать высококачественный звук, и для достижения этого используются высокие уровни отклонения и широкая полоса пропускания. Для целей связи качество не является проблемой, но пропускная способность важнее. Соответственно уровни отклонения меньше, а ширина полосы намного меньше.
Ширина полосы ЧМ-сигнала особенно важна, потому что она должна быть достаточно широкой, чтобы правильно передавать информацию, но при этом не занимать много спектра. Если ширина полосы слишком велика, она может распространяться за пределы необходимого канала и создавать помехи другим пользователям на других каналах.
По мере увеличения использования спектра по мере увеличения количества беспроводных и обычных приложений радиосвязи (от беспроводной связи на короткие расстояния до традиционной голосовой двусторонней радиосвязи, каналов передачи данных и многого другого), необходимо управлять частотным спектром и обеспечивать передачу в пределах выделенных им полос пропускания. становится более важным.
Существуют две основные классификации частотно-модулированных сигналов, которые могут быть связаны с индексом модуляции и коэффициентом отклонения.
* Широкополосный FM:
Широкополосный FM типично используется для сигналов, где индекс FM-модуляции выше примерно 0.5. Для этих сигналов боковые полосы за пределами первых двух членов не являются незначительными. Радиовещательные FM-станции используют широкополосный FM-канал, который позволяет им передавать высококачественный звук, а также другие средства, такие как стерео, и другие средства, такие как RDS и т. Д.
Широкая полоса пропускания широкополосного ЧМ позволяет осуществлять высококачественную трансляцию, сочетая широкую частотную характеристику с низким уровнем шума. Как только сигнал достаточно сильный, отношение звукового сигнала к шуму очень хорошее.
Иногда высокоточные FM-тюнеры могут использовать широкополосный фильтр для сильных сигналов, чтобы обеспечить оптимальную точность и производительность. Здесь эффект подавления сильного сигнала обеспечит широкополосный прием и полную полосу пропускания звука. Для более слабых сигналов они могут переключиться на более узкий фильтр, чтобы уменьшить уровень шума, хотя это приведет к уменьшению полосы пропускания звука. Однако в целом более узкая полоса пропускания даст более приятный звук при низком уровне принимаемого сигнала.
* Узкополосный FM:
Для NBFM индекс модуляции ЧМ должен быть меньше 0.5, хотя часто используется цифра 0.2. Для NBFM ширина полосы аудио или данных мала, но это приемлемо для этого типа связи.
Узкополосный FM широко используется для двусторонней радиосвязи. Хотя цифровые технологии завоевывают популярность, NBFM все еще широко используется и очень эффективен. Многие двусторонние радиостанции или портативные рации используют NBFM, особенно те, которые соответствуют безлицензионным стандартам, таким как системы радиосвязи PMR446 и FRS.
Многие радиостанции с двусторонней радиосвязью, такие как радиостанции PMR446, используют узкополосный FM
NBFM идеально подходит для недорогих систем радиосвязи, особенно для тех, которые используют небольшие портативные радиостанции, поскольку он может быть реализован с минимальным количеством схем, большая часть которых является недорогой. Хотя цифровая технология становится намного дешевле, узкополосный FM по-прежнему очень рентабелен.
Ограниченная ширина звуковой полосы помогает уменьшить индекс модуляции и, следовательно, ширину полосы, занимаемую передачей.
Часто различие между узкополосным ЧМ и широкополосным ЧМ по показателю модуляции несколько произвольно. Однако большинство FM-сигналов являются либо широкополосными для высокой точности, либо узкополосными для радиосвязи, где важны ограничения полосы пропускания. Обычно между ними мало что.
Индекс модуляции и коэффициент отклонения имеют важное место в дизайне систем вещания и радиосвязи. Фигуры определяют уровень модуляции и, следовательно, многие свойства частотно-модулированного сигнала. Соответственно они важны при использовании FM.
Вам также может понравиться
Частотная модуляция (Frequency Modulation)
В современном мире электронная техника развивается семимильными шагами. Каждый день появляется что-то новое, и это не только небольшие улучшения уже существующих моделей, но и результаты применения инновационных технологий, позволяющих в разы улучшить характеристики.
Не отстает от электронной техники и приборостроительная отрасль – ведь чтобы разработать и выпустить на рынок новые устройства, их необходимо тщательно протестировать, как на этапе проектирования и разработки, так и на этапе производства. Появляются новая измерительная техника и новые методы измерения, а, следовательно – новые термины и понятия.
Для тех, кто часто сталкивается с непонятными сокращениями, аббревиатурами и терминами и хотел бы глубже понимать их значения, и предназначена эта рубрика.
При частотной модуляции несущий сигнал является более высокочастотным по отношению к информационному сигналу и амплитуда частотно-модулированного сигнала является неизменной. Частотно модулированный сигнал отличается высокой помехозащищенностью и используется для высококачественной передачи информации: в радиовещании, телевидении, радиотелефонии и др.
Основными характеристиками частотной модуляции являются девиация (отклонение) и индекс модуляции.
Девиация частоты (frequency deviation) – наибольшее отклонение значения модулированного сигнала от значения его несущей частоты. Единицей девиации частоты является герц (Hz), а также кратные ему единицы.
Индекс модуляции (modulation index) – отношение девиации частоты к частоте модулирующего сигнала.
На следующей анимации приведен пример частотной модуляции по линейному закону: