fm e pm
Modulazione di Frequenza "fm" e Modulazione di Fase "pm"
Principi e Tecniche
Quando si parla di fm in VHF o UHF di norma si tratta di pm
La più evidente differenza tra fm e pm è nella risposta audio-frequenza.
In un segnale pm, la deviazione è proporzionale alla frequenza di modulazione: Indice di Modulazione costante
In un segnale fm, la deviazione è costante.
L' Indice di Modulazione è il rapporto tra la Deviazione di Picco e la Frequenza Modulante: Im=∆f/f
Un segnale pm ha una deviazione che raddoppia quando raddoppia la frequenza modulante, quindi un ricevitore pm deve avere una risposta in frequenza che scenda 6 dB per ottava altrimenti l'audio avrà un'eccessiva risposta di acuti e il suono sarà "metallico".
Un segnale FM ricevuto su un tale ricevitore risulterà molto ovattato.
Metodi per ottenere la risposta desiderata:
1) Utilizzare un Modulatore di Fase più alcuni stadi di Moltiplicazione di Frequenza.
In questo caso la risposta audio sarà automaticamente corretta, l'unico trattamento necessario è limitare la banda audio e la deviazione massima.
Questo sistema era utilizzato in passato con i trasmettitori con oscillatori a quarzo.
2) Modulare con un Diodo Varicap un oscillatore (VCO) e utilizzare una rete di pre-enfasi di 6 dB per ottava, anche in questo caso è necessario è limitare la banda audio e la deviazione massima.
Il "Clipping" deve sempre essere effettuato dopo la pre-enfasi.
La rete di pre-enfasi Resistenza e Capacità
(ad esempio Capacità 5300 pF in serie e Resistenza 10 KΩ verso massa)
con costante di tempo Ct = 53 microsecondi (Ct = R x C)
si avrà un' attenuazione di 3 dB a 3000 Hz. R = Xc a 3000 Hz.
Ft = 3000 Hz
Ft = 1 / 2 x π x Ct
Nel ricevitore di un sistema pm il discriminatore deve essere seguito da una rete di de-enfasi di 6 dB per ottava al di sopra di 300 Hz.
La rete di de-enfasi Resistenza e Capacità
(Resistenza 10 KΩ in serie e Capacità 53000 pF verso massa)
con costante di tempo Ct = 530 microsecondi
si avrà un' attenuazione di 3 dB a 300 Hz. R = Xc a 300 Hz.
Ft = 300 Hz
Ft = 1 / 2 x π x Ct
Nel caso si voglia una frequenza di taglio di 100 Hz per eventuale sub-tono si può utilizzare una costante di tempo Ct = 1.6 millisecondi
Possono essere utilizzati circuiti con amplificatori operazionali:
derivatori (pre-enfasi) e integratori (de-enfasi).
Questi hanno il vantaggio, rispetto a un circuito passivo, di avere una bassa impedenza di uscita e un guadagno di un'unità o superiore.
Per misurare la deviazione si può utilizzare un oscilloscopio o un voltmetro di picco all'uscita del discriminatore di un Ricevitore meglio se a Banda Larga prima della rete di de-enfasi.
Per generare un segnale con deviazione conosciuta agire come segue:
Generare un tono sinusoidale a 1000 Hz all'ingresso di un TX in FM o PM
Se non si possiede un Generatore Audio si può utilizzare uno Smartphone, un Tablet, un iPod o un Computer con un Software idoneo
Sintonizzarsi sulla Portante RF con un Analizzatore di Spettro oppure con un Ricevitore con Filtro IF molto stretto, ad esempio per CW
Regolare il livello audio fino ad osservare l'Annullamento o una considerevole Attenuazione della Portante (Primo Zero di Bessel che si ha con Indice di Modulazione (Im=∆f/F) di 2.4), quindi per Frequenza Modulante di 1000 Hz la deviazione sarà 2.4 KHz
In un sistema pm, solo un'onda sinusoidale viene trasmessa invariata; un'onda quadra ad esempio viene inviata come una serie di picchi positivi e negativi. Le forme d'onda non sinusoidali vengono ripristinate alla loro forma originale dalla rete de-enfasi nel ricevitore.
Riassumendo:
I sistemi fm usati in VHF e UHF sono in realtà pm, non fm.
Si può generare una modulazione di fase utilizzando un modulatore di frequenza inserendo una rete di pre-enfasi sul segnale modulante
Per ricevere una modulazione di fase si inserisce una rete di de-enfasi dopo il discriminatore
Il ricevitore e il trasmettitore di un ripetitore possono essere sia fm che pm, la risposta in frequenza del sistema sarà piatta in entrambi i casi.
Se si vuole far transitare un eventuale sub-tono dal ripetitore conviene utilizzare fm
(no de-enfasi e no pre-enfasi)