Modulasi frekuensi

Modulasi frekuensi adalah suatu metode untuk mengirimkan isyarat frekuensi rendah dengan cara memodulasi frekuensi gelombang pembawa berfrekuensi tinggi. Kecepatan sudut pembawa (${\displaystyle \omega }$) dibuat berubah-ubah dengan amplitudo isyarat pemodulasi.

${\displaystyle \omega =\omega _{o}+K_{t}V_{m}cos\omega _{m}t\,\!}$

Di mana ${\displaystyle f_{o}={\frac {\omega _{o}}{2\pi }}\,\!}$ adalah frekuensi tengah pembawa. Dan ${\displaystyle f_{m}}$=${\displaystyle {\frac {\omega _{m}}{2\pi }}\,\!}$ adalah frekuensi isyarat pemodulasi. Dengan integrasi: ${\displaystyle v=V_{o}cos\left(\omega _{o}t+{\frac {k_{t}V_{m}}{\omega _{m}}}sin\omega _{m}t\right)\,\!}$

Modulasi sudut (angle modulation) secara umum memiliki bentuk sebagai berikut^[1]

${\displaystyle s(t)=A_{c}cos(\theta _{i}(t))}$

Modulasi frekuensi merupakan salah satu bentuk dari modulasi sudut. Frekuensi sesaat dari sinyal carrier berubah secara linear mengikuti sinyal informasi m(t)

${\displaystyle f_{i}=f_{c}+k_{f}m(t)}$

Dengan mengintegralkan persamaan di atas terhadap waktu, kemudian dikalikan ${\displaystyle 2\pi }$ , maka akan didapatkan

${\displaystyle \theta _{i}(t)=2\pi f_{c}t+\int _{0}^{t}k_{f}m(t)dt}$

Sehingga didapatkan sinyal FM sebagai berikut

${\displaystyle s(t)=A_{c}cos(2\pi f_{c}t+\int _{0}^{t}k_{f}m(t)dt)}$

Pembangkitan sinyal FM dapat dilakukan dengan beberapa cara, salah satunya adalah menggunakan VCO. Frekuensi osilasi dari VCO akan berubah secara linear mengikuti nilai tegangan sinyal masukan yang merupakan sinyal informasi.

Proses demodulasi sinyal FM dapat dilakukan dengan beberapa cara, diantaranya adalah menggunakan phase-locked loop (PLL) dan zero-crossing detector. PLL digunakan untuk mengetahui fasa dan frekuensi sesaat dari suatu sinyal. PLL terdiri dari tiga komponen, yaitu VCO, detektor fasa (pengali sinyal), dan filter lowpass (loop filter).

Sementara itu, penggunaan zero-crossing detector sebagai demodulator sinyal FM didasarkan pada pemanfaatkan zero-crossing detector untuk mengetahui nilai frekuensi sesaat dengan melihat banyaknya jumlah kejadian nilai tegangan sinyal menyeberangi nilai nol.

Harga maksimum ${\displaystyle {\frac {k_{f}V_{m}}{2\pi }}\,\!}$ disebut dengan deviasi frekuensi dan ditulis dengan ${\displaystyle \Delta \,f}$ Perbandingan deviasi maksimum dalam Hertz diperoleh dengan

${\displaystyle GANATAFM92.3MHz}$

${\displaystyle \therefore \,v=V_{o}\,cos(\omega _{o}t+m_{f}\,sin\omega _{m}t)\,\!}$

Keunggulan FM terhadap AM adalah:

1. Amplitudo yang konstan dari gelombang FM memungkinkan efisiensi pemancar yang tinggi.
2. Desah pada isyarat FM hanya sepertiga dari desah isyarat AM untuk lebar jalur yang sama.

Kerugian FM adalah kebutuhannya akan lebar jalur yang lebih lebar

${\displaystyle B_{w}=2m_{f}f_{m(max)}=2\Delta \,f_{max}\,\!}$

Untuk siaran hiburan, harga f_m(max) biasanya adalah ${\displaystyle \pm }$ 75 kHz yang memungkinkan frekuensi pemodulasi sebesar 15 kHz.

Edwin Howard Armstrong (1890–1954)adalah insinyur elektrik Amerika yang pertama menemukan modulasi frekuensi pita lebar (wideband) untuk radio.Ia mematenkan sirkuit regeneratif pada 1914,superheterodyne receiver pada 1918,dan sirkuit super-regeneratif pada 1922. seperti tersirat dari namanya,wideband FM(WFM) memerlukan bandwitdh signal yang lebih lebar daripada modulasi amplitudo namun dengan modulasi sinyal yang sama.hal ini juga membuat sinyal menjadi lebih tahan terhadap derau dan interferensi. Penerima FM menggunakan detektor spesial untuk sinyal-sinyal FM sehingga memperlihatkan satu fenomena yang disebut "capture effect",di mana penala "menangkap" sinyal yang paling kuat dari dua stasiun dan menolak yang lain(bandingkan dengan situasi yang sama pada penerima AM,di mana kita dapat mendengar suara kedua stasiun tersebut bersamaan). Penguat switching frekuensi-radio dengan efisiensi tinggi dapat digunakan untuk mentransmisikan sinyal FM(dan sebarang sinyal amplitudo-konstan).Pada ukuran kekuatan tertentu(sinyal yang diukur pada antenna receiver),penguat switching tidak banyak menghabiskan daya baterai dan khusunya lebih murah dibanding penguat linear.Inilah kelebihan FM yang lain dibandingkan metode modulasi yang lain yang memrlukan penguat linear semisal,AM dan QAM.

• Modulasi amplitudo