Frequenz- und Phasenmodulation
Frequenz- und Phasenmodulation (FM/PM)
Bei der Frequenzmodulation (FM) wird nicht die Amplitude, sondern die Frequenz des Trägers durch das Nutzsignal beeinflusst. Die Amplitude des Trägers bleibt dabei konstant - ein entscheidender Vorteil gegenüber AM!
Frage EE301: FM erkennen
Frage EE301 zeigt ein Oszilloskopbild und fragt nach dem Modulationsverfahren.
So erkennst du FM:
- Konstante Amplitude - alle Schwingungen haben die gleiche Höhe
- Variable Frequenz - die Schwingungen sind mal enger, mal weiter auseinander
- Die "Einhüllende" (gedachte Linie um die Spitzen) ist gerade
Amplitude: konstant
Frequenz: variabel
Erkennbar an gleichmäßiger Höhe, aber unterschiedlichen Abständen
Amplitude: variabel
Frequenz: konstant
Erkennbar an "wellenförmiger Einhüllender"
Der Frequenzhub
Der Frequenzhub (oft nur "Hub" genannt) ist die maximale Abweichung der Trägerfrequenz von der Ruhefrequenz. Er bestimmt zwei wichtige Eigenschaften:
| Eigenschaft | Abhängigkeit vom Hub |
|---|---|
| Lautstärke | Größerer Hub = lauter empfangen |
| Bandbreite | Größerer Hub = mehr Bandbreite benötigt |
Frage EE306: Wie wird Lautstärke bei FM übertragen?
Frage EE306 fragt, wodurch bei FM die Lautstärke-Information übertragen wird.
Merke:
- Laut sprechen → größerer Hub → stärkere Frequenzauslenkung
- Leise sprechen → kleinerer Hub → geringere Frequenzauslenkung
- Die Tonhöhe (ob jemand hoch oder tief spricht) bestimmt, wie schnell sich die Frequenz ändert
Bandbreite bei FM
Die belegte Bandbreite bei FM hängt vom Hub und der NF-Bandbreite ab:
$B \approx 2 \cdot (Hub + f_{NF,max})$
Beispiel: Bei 3 kHz Hub und 3 kHz NF-Bandbreite:
$B = 2 \cdot (3\,\text{kHz} + 3\,\text{kHz}) = 12\,\text{kHz}$
Fragen EE304 und EE305: Hub und Bandbreite
Frage EE304 fragt, was größerer Frequenzhub bewirkt.
Frage EE305 fragt, wie man eine zu große Bandbreite verringern kann.
- EE304: Größerer Hub führt zu größerer HF-Bandbreite
- EE305: Zu große Bandbreite verringern durch Verringern der Hubeinstellung
Warum nicht die anderen Antworten?
- Der Hub beeinflusst nicht die Senderausgangsleistung (Leistung bleibt bei FM konstant!)
- Der Hub beeinflusst nicht die Trägeramplitude (diese ist bei FM immer konstant)
- Die Trägerfrequenz selbst zu ändern würde das Signal auf eine andere Frequenz verschieben, nicht die Bandbreite ändern
Schmalband-FM vs. Breitband-FM
Je nach Anwendung wird FM mit unterschiedlichem Hub verwendet:
| Art | Hub | Bandbreite | Verwendung |
|---|---|---|---|
| NFM (Schmalband) | ~3 kHz | ~12 kHz | Amateurfunk (2m, 70cm) |
| WFM (Breitband) | ~75 kHz | ~150 kHz | UKW-Rundfunk |
Vorteile von FM gegenüber AM/SSB
Fragen EE302 und EE303: Störfestigkeit
Frage EE302 und EE303 fragen nach dem Vorteil von FM bezüglich Störungen.
Der entscheidende Vorteil von FM: Da die Information in der Frequenz steckt und die Amplitude konstant ist, können Amplitudenstörungen herausgefiltert werden!
- EE302: FM hat gegenüber SSB den Vorteil der geringeren Beeinflussung durch Amplitudenstörungen
- EE303: FM wird am wenigsten durch Amplitudenstörungen in Kraftfahrzeugen beeinträchtigt
Der Amplitudenbegrenzer
FM-Empfänger haben einen Amplitudenbegrenzer, der alle Amplitudenschwankungen "abschneidet". Dadurch werden Störungen wie:
- Zündstörungen von Fahrzeugen
- Atmosphärische Störungen
- Elektrische Impulse
weitgehend eliminiert - ein großer Vorteil für mobilen Betrieb!
FM vs. AM vs. SSB im Vergleich
Bandbreite: ~6 kHz
Störanfällig: Ja
Effizienz: Gering
Anwendung: Rundfunk MW
Bandbreite: ~2,7 kHz
Störanfällig: Ja
Effizienz: Sehr hoch
Anwendung: KW-Funk
Bandbreite: ~12 kHz
Störanfällig: Nein
Effizienz: Mittel
Anwendung: VHF/UHF
Phasenmodulation (PM)
Die Phasenmodulation ist eng mit der Frequenzmodulation verwandt. Der Unterschied:
- FM: Die Frequenz wird direkt durch die Amplitude des NF-Signals verändert
- PM: Die Phase wird direkt durch die Amplitude des NF-Signals verändert
Da eine Änderung der Phase auch eine Änderung der momentanen Frequenz bedeutet (und umgekehrt), sind FM und PM im Ergebnis sehr ähnlich. In der Praxis wird oft PM intern erzeugt und durch Vorverarbeitung des NF-Signals in FM umgewandelt.
Zusammenfassung für die Prüfung
| Frage | Thema | Richtige Antwort |
|---|---|---|
| EE301 | FM erkennen | Konstante Amplitude, variable Frequenz |
| EE302 | Vorteil von FM | Geringere Beeinflussung durch Amplitudenstörungen |
| EE303 | Störfestigkeit Kfz | FM wird am wenigsten beeinträchtigt |
| EE304 | Größerer Hub | Führt zu größerer HF-Bandbreite |
| EE305 | Bandbreite verringern | Hubeinstellung verringern |
| EE306 | Lautstärke bei FM | Durch die Trägerfrequenzauslenkung (Hub) |
Wissenskontrolle
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