Transcript เครื่องส่งวิทยุและสายอากาศ(หน่วยที่10)

หน่ วยที่ 10
Fm Modulation
การมอดูเลชั่นทางความถี่
(Frequency Modulation หรือ FM)
การมอดูเลชั่นทางความถี่
(Frequency Modulation หรือ FM)
สัญญาณเอฟเอ็มที่มอดูเลตแล้วจะมีแอมปลิจูด
คงที่แต่ความถี่ของสัญญาณจะเปลี่ยนแปลงไปตาม
แอมปลิจูดของสัญญาณข้อมูลข่าวสาร ซึ่งการมอดูเลต
ทางความถี่จะให้คุณภาพที่ดีกว่าการมอดูเลตทางแอม
ปลิจูด (AM) แต่ระบบจะมีความซับซ้อนกว่า
รู ป การมอดูเลตทางความถี่
คุณสมบัตทิ สี่ าคัญของสั ญญาณเอฟเอ็ม มีดังนี้
• มีแอมปลิจูดคงที่ตลอด แต่ความถี่เปลี่ยนตาม
สัญญาณที่เข้ามอดูเลต
• อัตราการเบี่ยงเบนความถี่ของสัญญาณพาหะมี
ค่าเท่ากับความถี่ของสัญญาณที่เข้ามอดูเลต
• ช่วงความถี่เบี่ยงเบนเป็ นสัดส่ วนกับแอมปลิจูด
ของสัญญาณที่เข้ามอดูเลต
ข้ อเสี ยของการมอดูเลตแบบสั ญญาณเอฟเอ็มคือ
• ต้องการแบนด์วิดท์ที่มีขนาดกว้าง เนื่องจาก
สัญญาณข้อมูลมีหลายความถี่
• คุณภาพดีกว่าการมอดูเลตแบบ AM แต่การ
ทางานจะซับซ้อนกว่า
หลักการมอดูเลชั่นทางความถี่
การมอดูเลชัน่ ทางความถี่หรื อการผสมคลื่นแบบเอฟ
เอ็ม เป็ นการนาสัญญาณเสี ยงหรื อความถี่เสี ยงไปผสมกับ
คลื่นพาห์หรื อคลื่นวิทยุ โดยทีส่ ั ญญาณเสี ยงจะไปควบคุมให้
ความถี่ของคลืน่ พาห์ เปลีย่ นแปลงไปเพิม่ ขึน้ หรื อลดลงตาม
ระดับเสี ยงช่ วงบวกหรือลบ แต่ แอมปลิจูดของคลืน่ พาห์ ยงั คง
เท่ าเดิมไม่ เปลีย่ นแปลง การมอดูเลตแบบเอฟเอ็มจะทาให้เกิด
จานวนคู่ไซด์แบนด์มากมายหลายคู่ (อินฟิ นิต้ ี) คู่ ซึ่ งจะเกิดขึ้น
ทั้งสองด้านของความถี่ก่ ึงกลาง (fc) แต่กาลังงานไซด์แบนด์จะ
ลดลงเรื่ อยๆ
อัตราส่ วนการเบี่ยงเบน (Deviation Ratio)
เป็ นอัตราส่ วนการเบี่ยงเบนความถี่สูงสุ ด (ΔFc) ที่ระดับมอ
ดูเลชัน่ 100% ต่อความถี่ที่นามามอดูเลตสู งสุ ด (Fm) ซึ่ง
อัตราส่ วนการเบี่ยงเบนนี้นามาใช้ประโยชน์ในการหาค่าแบนด์
วิดท์กว้างสุ ดที่ตอ้ งการของระบบเอฟเอ็ม ซึ่งเขียนเป็ นสมการได้
ดังนี้
อัตราส่ วนการเบี่ยงเบน = การเบี่ยงเบนความถี่สูงสุ ด
ความถี่ที่นามามอดูเลตสูงสุ ด
F 
 FC
Fm
± 75 KHZ
ตัวอย่างเช่น เครื่ องส่ งวิทยุกระจายเสี ยงระบบ FM กาหนดการ
เบี่ยงเบนความถี่สูงสุ ดไว้เท่ากับ  75 kHz สาหรับการมอดูเลชัน่ ที่
100% และความถี่ที่นามามอดูเลตสูงสุ ดเท่ากับ 15 kHz (การ
ตอบสนองความถี่ได้ดีถึง 15 kHz นัน่ เอง) จะมีค่าอัตราส่ วนการ
เบี่ยงเบนเท่าไร
วิธีทา
อัตราส่ วนการเบี่ยงเบน = การเบี่ยงเบนความถี่สูงสุ ด
ความถี่ที่นามามอดูเลตสูงสุ ด
F

 FC
Fm

75 kHz
15 kHz
 5
ดรรชนีการมอดูเลชั่น (Modulation Index)
ดรรชนีการมอดูเลชัน่ หรื อบางครั้งเรี ยกว่า “มอดูเลชัน่ แฟกเตอร์ ”
(Modulation factor) คิดเป็ นอัตราส่ วนระหว่างช่วงการเบี่ยงเบน
ความถี่ (Δfc) ต่อความถี่ที่นามามอดูเลตหรื อความถี่ของสัญญาณเสี ยง
( ) ซึ่งอาจจะคิfดเป็ นเศษส่ วนหรื อจานวนเต็มก็ได้
ดรรชนีการมอดูเลชัน่ = การเบี่ยงเบนความถี่
ความถี่ที่นามามอดูเลต
m
M .I . 
fC
fm
ตัวอย่างเช่น เมื่อนาสัญญาณเสี ยงมามอดูเลตที่ความถี่ 5 กิโลเฮิรตซ์ และมีแอม
ปลิจูดที่ทาให้เกิดการเบี่ยงเบนความถี่เท่ากับ ± 25 kHz และ ± 50 kHz
ตามลาดับ จงหาค่าดรรชนีการมอดูเลชัน่ ของเครื่ องส่ งวิทยุ
f
วิธีทา
จากสูตร
M .I . 
f
- การเบี่ยงเบนความถี่เท่ากับ ± 25 kHz
C
m
M .I .

25 kHz
5 kHz
- การเบี่ยงเบนความถี่เท่ากับ ± 50 kHz
M .I .
5

50 kHz
5 kHz
 10
เปอร์ เซ็นต์ มอดูเลชั่น (Percent of modulation)
ในระบบเอฟเอ็มการเบี่ยงเบนความถี่ของคลื่นที่มีค่าน้อยกว่าค่าสูงสุ ดที่
กาหนดไว้ สามารถคิดเป็ นเปอร์เซ็นต์ของการเบี่ยงเบนสูงสุ ดได้ซ่ ึ งปริ มาณของ
การเบี่ยงเบนความถี่จะเป็ นตัวกาหนดเปอร์เซ็นต์ของการมอดูเลชัน่ สาหรับคลื่น
เอฟเอ็มนั้นเปอร์เซ็นต์ของการ มอดูเลชัน่ คิดจากอัตราส่ วนของการเบี่ยงเบน
ความถี่ (Δfc) ต่อการเบี่ยงเบนความถี่สูงสุ ด (ΔFc) ที่กาหนดไว้เป็ นการมอ
ดูเลชัน่ เต็มที่ (Full-modulation) ที่ 100% เขียนเป็ นสมการได้ดงั นี้
% การมอดูเลชัน่ = การเบี่ยงเบนความถี่ x 100
การเบี่ยงเบนความถี่สูงสุ ด
% Mod 
fC
 FC
 100
ตัวอย่างเช่น เครื่ องส่ งวิทยุกระจายเสี ยง FM มอดูเลตด้วยขนาดของ
สัญญาณเสี ยงแล้วทาให้เกิดการเบี่ยงเบนความถี่±45 kHz และ±75 kHz
ตามลาดับ จงหาเปอร์เซ็นต์ของการมอดูเลชัน่
f
วิธีทา
จากสูตร % Mod 
 100
C
 FC
- การเบี่ยงเบนความถี่เท่ากับ ±45 kHz
% Mod 
45 kHz
 100
75 kHz
 0 . 6  100
 60 %
- การเบี่ยงเบนความถี่เท่ากับ ±75 kHz
% Mod 
75 kHz
75 kHz
 1  100
 100 %
 100
1. เครื่ องส่ งวิทยุกระจายเสี ยงระบบ FM กาหนดการเบี่ยงเบนความถี่สูงสุ ดไว้
เท่ากับ 75 kHz สาหรับการมอดูเลชัน่ ที่ 100% และความถี่ที่นามามอดู
เลตสูงสุ ดเท่ากับ 1.5 kHz , 50 kHz , 0.66 MHz , 0.001 GHz , 45,000 mHz
, 250,000 Hz , 0.25 THz และ 0.00075 THz ตามลาดับ
จะมีค่าอัตราส่ วนการเบี่ยงเบนเท่ าไร
2. เมื่อนาสัญญาณเสี ยงมามอดูเลตที่ความถี่ 1.5 กิโลเฮิรตซ์ และมีแอมปลิจูด
ที่ทาให้เกิดการเบี่ยงเบนความถี่เท่ากับ ± 15 kHz , ± 2.5 mHz ,
± 0.025 MHz , ± 5,500 Hz , ± 300 GHz และ ± 0.0003 THz
ตามลาดับ จงหาค่ าดรรชนีการมอดูเลชั่นของเครื่องส่ งวิทยุ
3. เครื่ องส่ งวิทยุกระจายเสี ยง FM มอดูเลตด้วยขนาดของสัญญาณเสี ยงแล้ว
ทาให้เกิดการเบี่ยงเบนความถี่ ±4.5 kHz , ± 0.025 MHz , ± 25 KHz ,
± 15,500 mHz , ± 0.025 MHz และ ±0.00025 THz ตามลาดับ
จงหาเปอร์ เซ็นต์ ของการมอดูเลชั่น
กาลังส่ งของสั ญญาณ FM
ดังที่ได้กล่าวมาแล้วนั้น คุณสมบัติที่สาคัญประการหนึ่งของ
ระบบมอดูเลตสัญญาณก็คือกาลังส่ งของสัญญาณ ในกรณี ของ
สัญญาณแบบ FM นี้ เนื่องจากแอมปลิจูดของสัญญาณมี
ค่าคงที่จะเปลี่ยนแปลงเฉพาะความถี่ และการเปลี่ยนแปลงของ
ความถี่กจ็ ะมีท้ งั ที่ไปทางด้านบวกและด้านลบ เมื่อเปรี ยบเทียบ
กับความถี่ของคลื่นพาห์ ดังนั้นเมื่อพิจารณากาลังส่ งเฉลี่ยของ
สัญญาณ จะพบว่าจะได้กาลังส่ งตามสมการ
4. เครื่ องส่ งวิทยุกระจายเสี ยง FM มีขนาดสัญญาณคลื่นพาหะเท่ากับ
3
-4
20 V , 500 mV , 1.5 V , 0.0025 V , 3.25x10 V , 40x10 V ,
9
5
-5
0.55x10 mV , 6000x10 KV , 0.0008x10 mV ตามลาดับ
จงหากาลังของสั ญญาณ FM