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주파수 변조, FM이란?

주파수 변조, FM이란?


무선 신호의 진폭을 변경하는 것이이를 변조하는 가장 확실한 방법이지만 이것이 유일한 방법은 아닙니다. 주파수 변조 또는 FM을 제공하기 위해 신호의 주파수를 변경할 수도 있습니다. 주파수 변조는 30MHz 이상의 주파수에서 널리 사용되며 특히 VHF FM 방송용으로 잘 알려져 있습니다.

진폭 변조만큼 간단하지는 않지만 주파수 변조 (FM)는 몇 가지 뚜렷한 이점을 제공합니다. 거의 간섭없는 수신을 제공 할 수 있으며, 이러한 이유로 VHF 사운드 방송에 채택되었습니다. 이러한 전송은 높은 충실도의 오디오를 제공 할 수 있으며, 이러한 이유로 주파수 변조는 장파, 중파 및 단파 대역에서 이전 전송보다 훨씬 더 많이 사용됩니다.

고품질 오디오 방송에 널리 사용되는 것 외에도 FM은 다양한 양방향 무선 통신 시스템에도 사용됩니다. 고정 또는 이동 무선 통신 시스템이든 휴대용 애플리케이션에 사용하든 FM은 VHF 이상에서 널리 사용됩니다.

주파수 변조, FM이란 무엇입니까?

주파수 변조 신호를 생성하기 위해 무선 캐리어의 주파수는 수신 오디오 신호의 진폭에 따라 변경됩니다.

오디오 신호가 무선 주파수 반송파로 변조되면 새로운 무선 주파수 신호가 주파수에서 위아래로 이동합니다. 신호가 위아래로 움직이는 양이 중요합니다. 편차라고하며 일반적으로 킬로 헤르츠 편차 수로 표시됩니다. 예를 들어 신호의 편차는 +/- 3kHz, 즉 ± 3kHz 일 수 있습니다. 이 경우 반송파는 3kHz 씩 위아래로 이동합니다.

88.5 ~ 108MHz 주파수 스펙트럼의 VHF 부분에있는 방송국은 일반적으로 ± 75kHz의 큰 편차 값을 사용합니다. 이를 광대역 FM (WBFM)이라고합니다. 이러한 신호는 고품질 전송을 지원할 수 있지만 많은 양의 대역폭을 차지합니다. 일반적으로 각 광대역 FM 전송에는 200kHz가 허용됩니다. 통신을 위해 더 적은 대역폭이 사용됩니다. 협 대역 FM (NBFM)은 종종 약 ± 3kHz의 편차 수치를 사용합니다.

일반적으로 양방향 무선 통신 애플리케이션에 사용되는 협 대역 FM입니다. 대역이 좁 으면 광대역 전송의 고품질을 제공 할 수 없지만 이동 무선 통신과 같은 애플리케이션에는 필요하지 않습니다.

주파수 복조

모든 형태의 변조와 마찬가지로 성공적으로 복조하고 원래 신호를 복구 할 수 있어야합니다. FM 복조기는 FM 복조기, FM 검출기 또는 FM 판별기를 포함하여 다양한 이름으로 불릴 수있다.

FM 복조기에는 여러 가지 유형이 있지만 모두 입력 신호의 주파수 변화를 출력에서 ​​진폭 변화로 변환 할 수 있습니다. 이들은 일반적으로 오디오 증폭기 또는 데이터가 시스템을 통해 전달되는 경우 디지털 인터페이스로 공급됩니다.


FM 변조기

주파수 변조 신호를 생성하는 데 사용할 수있는 다양한 방법이 있습니다.

  • 버 랙터 다이오드 발진기 : 이 방법은 단순히 발진기 회로의 튜닝 된 회로 내에 배치 된 버 랙터 다이오드를 사용하면됩니다. 수정 발진기 회로 내에서 버 랙터 다이오드를 사용하는 것도 가능합니다. 일반적으로 수정 발진기가 재사용 될 때 신호는 주파수에서 곱해 져야하며 협 대역 FM 만 얻을 수 있습니다.
  • 위상 고정 루프 : 위상 고정 루프는 주파수 변조를 생성하는 탁월한 방법을 제공합니다. 루프 내의 제약 조건을 신중하게 관리해야하는 경우가 많지만 일단 완료되면 훌륭한 솔루션을 제공합니다.

주파수 변조의 장점 및 단점

모든 형태의 변조와 마찬가지로 사용에는 몇 가지 장점과 단점이 있습니다. 사용에 대한 결정이나 선택을하기 전에 다음 사항을 고려해야합니다.

주파수 변조, FM의 장점 :

  • 소음에 대한 복원력 : 주파수 변조의 한 가지 특별한 이점은 신호 레벨 변동에 대한 탄력성입니다. 변조는 주파수의 변화로만 수행됩니다. 이는 신호가 수신기가 처리 할 수없는 수준으로 떨어지지 않는 한 신호 레벨 변화가 오디오 출력에 영향을 미치지 않음을 의미합니다. 결과적으로 FM은보다 일반적인 양방향 무선 통신 또는 신호 레벨이 상당히 변할 가능성이있는 휴대용 응용 프로그램을 포함한 이동 무선 통신 응용 프로그램에 이상적입니다. FM의 또 다른 장점은 잡음 및 간섭에 대한 탄력성입니다. 이러한 이유로 FM은 고품질 방송 전송에 사용됩니다.
  • 송신기의 저전력 단계에서 변조를 쉽게 적용 할 수 있습니다. 주파수 변조의 또 다른 장점은 송신기와 관련이 있습니다. 송신기의 저전력 단계에 변조를 적용 할 수 있으며 신호의 전력 레벨을 최종 값으로 높이기 위해 선형 형태의 증폭을 사용할 필요가 없습니다.
  • 주파수 변조 신호와 함께 효율적인 RF 증폭기를 사용할 수 있습니다. 비선형 RF 증폭기를 사용하여 송신기에서 FM 신호를 증폭 할 수 있으며 이러한 증폭기는 진폭 변동이있는 신호 (예 : AM 및 SSB)에 필요한 선형 신호보다 더 효율적입니다. 이는 주어진 전력 출력에 대해 더 적은 배터리 전력이 필요하다는 것을 의미하며, 이는 휴대용 양방향 라디오 애플리케이션에서 FM을 더 실용적으로 사용할 수 있도록합니다.

주파수 변조, FM의 장점 :

  • FM은 다른 변조 형식보다 스펙트럼 효율성이 낮습니다. 일부 위상 변조 및 직교 진폭 변조 형식은 주파수 변조의 한 형태 인 주파수 편이 변조보다 데이터 전송에 대해 더 높은 스펙트럼 효율성을 갖습니다. 결과적으로 대부분의 데이터 전송 시스템은 PSK와 QAM을 사용합니다.
  • 더 복잡한 복조기가 필요합니다. 주파수 변조의 사소한 단점 중 하나는 복조기가 조금 더 복잡하여 AM에 사용되는 매우 간단한 다이오드 검출기보다 약간 비싸다는 것입니다. 하지만 요즘에는 많은 무선 집적 회로에 주파수 복조기가 내장되어 있기 때문에 이것은 문제가되지 않습니다.
  • 일부 다른 모드는 데이터 스펙트럼 효율성이 더 높습니다. 일부 위상 변조 및 직교 진폭 변조 형식은 주파수 변조의 한 형태 인 주파수 편이 변조보다 데이터 전송에 대해 더 높은 스펙트럼 효율성을 갖습니다. 결과적으로 대부분의 데이터 전송 시스템은 PSK와 QAM을 사용합니다.
  • 측 파대는 다음과 같이 무한대로 확장됩니다. FM 전송을위한 측 파대는 이론적으로 무한대로 확장됩니다. 협 대역 FM의 경우 작지만 일반적으로 광대역 주파수 변조 전송에 중요합니다. 전송 대역폭을 제한하기 위해 필터가 자주 사용되며 이러한 필터는 신호 왜곡을 유발합니다. 광대역 FM 용으로 이러한 필터를 포함하고 올바르게 설계되었는지 확인하기 위해주의를 기울여야하지만 일반적으로 이것은 그다지 문제가되지 않습니다.

FM 도입 방법

라디오 초창기에는 정전기가 주요 문제였으며 모든 사람들이 정전기의 영향을 줄이려고 시도한 방법은 대역폭을 줄이는 것이 었습니다.이 방법으로 수신기에서 잡는 잡음이 줄어 듭니다.

Edwin Armstrong이라는 미국 엔지니어는이 문제와 진폭 변조가 아닌 주파수 변조가 이점을 제공 할 수 있는지 조사하고있었습니다.

1928 년경에 암스트롱은 FM을 사용하는 개념을 개발하기 시작했고 대역폭을 줄이는 대신이를 늘 렸습니다.

많은 사람들이 다양한 이유로 암스트롱의 아이디어를 따르지 않았습니다. 그는 RCA에 접근했고, 그들이 감명을 받았지만 그들은 텔레비전에 초점을 맞추고 있었고 어떤 자원도 새로운 형태의 방송으로 돌리고 싶지 않았습니다.

그 과정에서 많은 어려움 끝에 암스트롱은 FM의 효과를 입증하기 위해 1939 년에 자신의 라디오 방송국을 시작했습니다. FCC를 따르는 다른 방송국을 수용하기 위해 42 ~ 50MHz 사이의 주파수 대역을 할당했습니다. 곧 다른 사람들이 뒤따 랐지만 전쟁 후 미국의 FCC는 할당 된 주파수 대역을 오늘날 우리가 알고있는 88 ~ 108MHz로 변경했습니다. 수십만 개의 라디오가 팔렸 기 때문에 초기 고통이 있었지만 밴드는 전 세계적으로 받아 들여졌으며 오늘날 우리가 알고있는 VHF FM 밴드입니다.

FM이 고품질 방송 매체로 자리 매김하면서 빠르게 발전했습니다.

이 외에도 협 대역 FM 형태가 VHF 및 UHF 이동 통신에 널리 사용되었습니다. FM의 특성은 신호 강도 변화가 마치 AM 신호 인 것처럼 작동에 거의 영향을 미치지 않음을 의미합니다.

변조 지수 및 편차 비율

주파수 변조 신호를 사용할 때 효과적으로 변조 수준을 측정하는 것이 매우 유용합니다.

이는 신호가 협 대역인지 광대역 주파수 변조 신호인지와 같은 매개 변수를 정의하는 데 유용합니다. 또한 시스템의 모든 송신기 또는 수신기가 수신기 대역폭, 채널 간격 등과 같은 매개 변수에 영향을 미치므로 표준화 된 수준의 변조를 수용하도록 설정하는 데 매우 유용합니다.

변조 수준을 정의하기 위해 변조 지수 및 편차 비율로 알려진 수치가 사용됩니다.


FM 대역폭

FM 신호의 핵심 요소 중 하나는 대역폭입니다. 주파수 변조 신호의 경우 측 파대가 양쪽으로 확장됩니다. 이것들은 실제로 무한대로 확장되지만 강도는 떨어집니다. 다행히도 품질에 과도한 영향을주지 않고 FM 신호의 대역폭을 제한 할 수 있습니다.

주파수 변조는 방송 및 양방향 무선 통신 분야를 포함한 많은 무선 기술 분야에서 널리 사용됩니다. 이러한 응용 분야에서 그 특별한 장점은 좋은 효과를 낼 수 있습니다.

다른 형태의 변조가 많은 분야에서 사용되고 있지만 FM은 방송에 대해 여전히 최고 품질을 제공하고 다른 형태의 통신에도 많은 이점을 제공합니다.


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