Що таке частотна модуляція

На перший може здатися, що термін «частотна модуляція» використовують тільки ті люди, чия робота пов`язана з ремонтом або обслуговуванням електронної радіопередавачів. Насправді це поширена помилка. Частотна модуляція знайома більшості, просто через використання англомовної назви багато хто навіть не підозрюють, що у повсякденному житті часто її згадують. Зараз назви радіостанцій у всіх на вустах. Це різні «радіо ФМ». А чи замислювалися ви, що означає приставка «ФМ»? Це і є частотна модуляція, тільки в зросійщеної абревіатурі - Frequency Modulation, тобто FM.

Для модуляції будь-якого аналогового сигналу, несучого корисну інформацію, застосовують кілька різновидів його формування. Найбільшого поширення набули такі види модуляції: частотна і амплітудна. Розглянемо кожну з них більш докладно.

Термін «аналоговий» означає безперервний в часі, на відміну від дискретного цифрового, що передається чергуванням імпульсів. Згадаймо основи фізики і синусоїду змінного струму. Декартові координати на площині: горизонтальна і вертикальна лінії. По горизонталі відкладається час, а вертикаль відображає інтенсивність (значення струму). Синусоїда - це безперервні хвилі, наче нанизані на вісь часу. Для того щоб за допомогою синусоїди передати інформацію, необхідно певним чином виконати кодування, тобто умовним способом перетворити хвилю.

Уявімо, що ми можемо взяти синусоїду за дві сторони (дві довільних точки на відстані один від одного) і стиснути її, немов гармошку. В результаті хвилі стануть більш гострими, площа кожної з них зменшиться, але їх кількість, що проходить за одиницю часу, стане більше. Фактично, синусоїда ущільниться. Тобто була змінена частота. Однак така синусоїда не є корисним сигналом: якщо її прийняти на радіоприймач, то можна почути лише рівномірний фон (писк, гул).

Щоб ця несуча частота містила корисну складову, потрібно виконати кодування або модуляцію, що одне і те ж. Уявімо тепер, що ми в одному місці стиснули хвилі сильніше, ніж в іншому, а десь взагалі розтягнули синусоїду, тобто сформували певний порядок. В результаті фон став модульованим, що змінює тональність (при відтворенні динаміком). Якщо тепер часто міняти тон, то можна передати корисну інформацію (звук). Це і є частотна модуляція. Звичайно, руками синусоїду ніхто не розтягує - це завдання спеціальних перетворювачів.

Схожий принцип використовує амплітудна модуляція сигналу (АМ, Amplitude Modulation), з тією лише різницею, що зміни піддається не частота хвиль, а їх висота. Подумки уявімо синусоїду: захоплюємо руками відразу кілька хвиль, розташованих вище і нижче горизонтальної осі часу. Тепер щодо осі їх розтягуємо або стискаємо. В результаті змінюється висота. Наступну групу хвиль також змінюємо подібним чином, але вже з меншою (або більшої) інтенсивністю. Якщо надіслати таку «пом`яту» синусоїду на динамік, то можна почути зміна тону: де хвилі вище, там інтенсивність сигналу більше, а де нижче - там менше. Далі все просто: потрібним чином стискаємо (розтягуємо) хвилі, тим самим кодуючи інформацію. Як і у випадку з частотною модуляцією, тут також ніхто нічого руками не розтягує - ця робота відповідних приладів.

Спосіб, що використовує амплітудну модуляцію сигналу, сильно обмежений шириною спектра, тому для передачі стерео малопридатний. Правда, через різну довжини хвилі і випромінюваної потужності в ФМ і АМ, перший вимагає частого розміщення ретрансляторів. У свою чергу, для АМ в радіо характерна велика покривається відстань і чітко розрізняти корисна складова, навіть за наявності шумів.