Frequentiemodulatie
Frequentiemodulatie (frequency modulation, FM) is een van de vormen van modulatie die men kan toepassen om informatie over te brengen via bijvoorbeeld een radioverbinding door de frequentie van een draaggolf te moduleren. Deze informatie kan bijvoorbeeld een spraaksignaal zijn (audio). De radiopionier Edwin Armstrong is de uitvinder van deze vorm van modulatie, die een betere ontvangst levert dan de klassieke amplitudemodulatie (AM). Alle analoge videorecorders maken gebruik van smalbandige FM-modulatie om het videosignaal op de band vast te leggen.
Bij FM zorgt een bronsignaal (bijvoorbeeld audio) ervoor dat de frequentie van de draaggolf een klein beetje wordt gevarieerd als functie van de momentele waarde van het bronsignaal. Als het bronsignaal boven de nul-as ligt, wordt de frequentie iets verhoogd en bij een bronsignaal onder de nul-as wordt de frequentie van de draaggolf iets verlaagd.
FM wordt veel gebruikt op plaatsen waar verstoring van het draaggolfsignaal door pulssignalen zeer ongewenst is (zoals de bliksem) of een goede kwaliteit van het draaggolfsignaal voorop staat. Dat komt omdat de meeste storingen de amplitude of grootte van het signaal beïnvloeden en in veel mindere mate de frequentie van het signaal. Echter, wanneer de storing een bepaalde grens te boven gaat, kan ook de demodulator van een FM-ontvanger de storing niet langer onderdrukken en plotseling een volledige periode van de draaggolf overslaan. Dat is dan bij FM-radio hoorbaar als karakteristieke scherpe tikken. De motor van een niet ontstoorde brommer kan, door de hoge spanning van de bobine en de antennewerking van de bougiekabel, voldoende energie de ether insturen zodat dat knetterende geluid hoorbaar wordt.
Toepassingen zijn bijvoorbeeld het televisiegeluid, de radio (FM-band), de meeste mobilofoon- en portofoonverbindingen zoals politie, brandweer, ambulanceverkeer enz.
Omdat FM-gemoduleerd signaal een veel grotere bandbreedte heeft dan AM-gemoduleerd signaal, is gebruik van FM op lagere draaggolffrequenties dan 26 MHz niet toegestaan. Bij frequenties boven deze grens heeft voor spraakverkeer FM de grote voorkeur vanwege de goede onderdrukking van stoorsignalen. De bandbreedte van FM-signalen bij gebruik van spraak bedraagt van circa 12 kHz voor smalband-FM tot 300 kHz voor omroeptoepassingen.
Frequentiemodulatie wordt volgens de normen van de ITU-R aangeduid met seinwijze F3E als het om telefonie gaat.
Een voorbeeld van een frequentiegemoduleerd signaal staat hieronder. Het informatiesignaal yt zorgt ervoor dat de frequentie verandert rondom de draaggolffrequentie f0, terwijl de amplitude A0 gelijk blijft.
- t: tijd (s)
- ut: frequentiegemoduleerde signaal
- yt: te verzenden signaal, met max(yt) veel kleiner dan 1
- A0: amplitude
- f0: frequentie van de draaggolf
In de natuur wordt ook frequentiemodulatie toegepast: bij de zenuwen en in de hersenen. De sterkte van een prikkel wordt bepaald door de frequentie van de (digitale) elektrochemische impulsen in de dendrieten.
