Frequenzmodulation

Frequenzmodulation ( FM ) ist ein Signalmodulationsverfahren, das in der elektronischen Kommunikation, ursprünglich zur Übertragung von Nachrichten mittels Radiowellen , eingesetzt wird . Bei der Frequenzmodulation wird die Frequenz einer Trägerwelle proportional zu einer Eigenschaft, vorwiegend der momentanen Amplitude, eines Nachrichtensignals, beispielsweise eines Audiosignals, verändert . [ ^{1 ] Die} Technologie findet Anwendung in der Telekommunikation , im Rundfunk , in der Signalverarbeitung und in der Datenverarbeitung .

Bei analoger Frequenzmodulation, wie sie beispielsweise bei der Rundfunkübertragung von Sprache und Musik vorkommt, besteht ein funktionaler Zusammenhang zwischen der momentanen Frequenzabweichung , d. h. der Differenz zwischen der Frequenz des Trägers und seiner Mittenfrequenz, und der Amplitude des Modulationssignals.

Digitale Daten können mithilfe einer Frequenzmodulationsform, der sogenannten Frequenzumtastung (FSK), kodiert und übertragen werden. Dabei wird die Frequenz eines Trägers zwischen verschiedenen diskreten Werten umgeschaltet. In ihrer einfachsten Form, der binären FSK, repräsentieren zwei Frequenzen die Binärsymbole 0 und 1. Aufgrund ihrer Einfachheit und Robustheit wird FSK häufig in Anwendungen mit niedrigen bis mittleren Datenraten eingesetzt. Typische Anwendungsgebiete sind frühe Computermodems ( wie Faxmodems), Anruferkennungssysteme für Telefone , Garagentoröffner, schlüssellose Zugangssysteme und Funkfernschreiber . ^{[ 2 ] [ 3 ]}

Frequenzmodulation wird häufig für UKW-Rundfunk eingesetzt . Sie findet auch Anwendung in der Telemetrie , im Radar , ⁱⁿ der seismischen Erkundung und bei der Überwachung von Neugeborenen auf Krampfanfälle mittels EEG [ ^{4 ]} , in Zweiwegfunksystemen , in der Tonsynthese , in Magnetbandaufzeichnungssystemen und einigen Videoübertragungssystemen. Ein Vorteil der Frequenzmodulation bei der Funkübertragung ist das höhere Signal-Rausch-Verhältnis , wodurch Funkstörungen besser unterdrückt werden als bei einem Amplitudenmodulationssignal (AM) gleicher Leistung . Aus diesem Grund wird der Großteil der Musik über UKW-Radio ausgestrahlt.

Frequenzmodulation und Phasenmodulation sind die beiden komplementären Hauptmethoden der Winkelmodulation ; Phasenmodulation wird häufig als Zwischenschritt zur Frequenzmodulation eingesetzt. Diese Methoden unterscheiden sich von der Amplitudenmodulation , bei der die Amplitude der Trägerwelle variiert, während Frequenz und Phase konstant bleiben.

Laut Paul Nahin funktioniert es nicht, das Basisbandsignal eines Mikrofonausgangs direkt an die Sendeantenne anzulegen , da eine Viertelwellenantenne im Audiofrequenzbereich physikalisch enorm groß ist. Um eine Antenne mit angemessener Größe zu realisieren, ist ein Sendesignal mit Frequenzen erforderlich, die deutlich über denen des Frequenzspektrums liegen; das heißt, das Basisbandspektrum muss in den Radiofrequenzbereich verschoben werden. ^{[ 5 ]} Dies wird als Signalmodulation bezeichnet. Ron Bertrand erklärt : „Frequenzmodulation ist eine Methode zur Modulation einer Trägerwelle, bei der das modulierende Audiosignal die momentane Frequenz des Trägers verändert. Ohne Modulation erzeugt ein FM-Sender eine einzelne Trägerfrequenz.“ ^{[ 6 ]}

Das FM-Signal, das durch einen sinusförmigen Träger der Frequenz ω _c erzeugt wird , der mit einem Audioton der Frequenz ω _a und der Amplitude A moduliert wird, kann wie folgt geschrieben werden: ^{[ 5 ]}

${\displaystyle {\begin{aligned}e(t)&=\sin \left(\omega _{c}t+kA\sin \left(\omega _{a}t\right)\right)\\\end{aligned}}}$

Wir benötigen die Momentanfrequenz , die eine Frequenz beschreibt, die oberhalb und unterhalb der Trägerfrequenz bei der Audiotonfrequenz variiert. Diese leiten wir mit Hilfe der Carson- Methode der Zeitableitung ab: ^{[ 5 ].}

${\displaystyle {\begin{aligned}{\frac {d}{dt}}\left(\omega _{c}t+kA\sin \left(\omega _{a}t\right)\right)&=\omega _{c}+kA\omega _{a}\cos \left(\omega _{a}t\right)\\\end{aligned}}}$

Der Amplitudenfaktor kAω _a definiert die maximale Frequenzabweichung um ω _c . Die Division durch ω _a ergibt den Modulationsindex kA, ^{[ 5 ]} der „das Verhältnis des Betrags der Frequenzabweichung zur Audiomodulationsfrequenz ist.“ ^{[ 6 ]}

Obwohl der größte Teil der Signalenergie im Bereich f_c ± f_{_Δ} enthalten ist , lässt sich mittels Fourier-Analyse zeigen , dass ein breiterer Frequenzbereich erforderlich ist, um ein FM-Signal präzise darzustellen. Das Frequenzspektrum eines realen FM-Signals weist Komponenten auf, die sich unendlich erstrecken, obwohl deren Amplitude abnimmt und Komponenten höherer Ordnung in praktischen Anwendungsfällen oft vernachlässigt werden. ^{[ 7 ]}

Mathematisch lässt sich ein Basisband-Modulationssignal durch ein sinusförmiges Dauerstrichsignal mit der Frequenz f_{_m} annähern . Dieses Verfahren wird auch als Eintonmodulation bezeichnet. Das Integral eines solchen Signals lautet: ${\displaystyle x_{m}(t)=\cos(2\pi f_{m}t)}$

${\displaystyle \int _{0}^{t}x_{m}(\tau )d\tau ={\frac {\sin \left(2\pi f_{m}t\right)}{2\pi f_{m}}}\,}$

In diesem Fall vereinfacht sich der obige Ausdruck für y(t) zu: ^{[ 8 ]}

${\displaystyle y(t)=A_{c}\cos \left(2\pi f_{c}t+{\frac {f_{\Delta }}{f_{m}}}\sin \left(2\pi f_{m}t\right)\right)\,}$

wobei die Amplitude der modulierenden Sinuswelle in der Spitzenabweichung dargestellt wird (siehe Frequenzabweichung ). ${\displaystyle A_{m}\,}$${\displaystyle f_{\Delta }=K_{f}A_{m}}$

Die harmonische Verteilung eines durch ein solches sinusförmiges Signal modulierten Sinusträgers kann mit Bessel-Funktionen dargestellt werden ; dies bildet die Grundlage für ein mathematisches Verständnis der Frequenzmodulation im Frequenzbereich. ^{[ 8 ]}

Wie bei anderen Modulationssystemen gibt der Modulationsindex an, um wie viel die modulierte Variable um ihren unmodulierten Wert schwankt. Er hängt mit Schwankungen der Trägerfrequenz zusammen :

${\displaystyle h={\frac {\Delta {}f}{f_{m}}}={\frac {f_{\Delta }\left|x_{m}(t)\right|}{f_{m}}}}$

Dabei ist die höchste Frequenzkomponente des Modulationssignals x_{_m} ( t ), und ist die maximale Frequenzabweichung – also die größte Abweichung der Momentanfrequenz von der Trägerfrequenz. Bei einer Sinuswellenmodulation entspricht der Modulationsindex dem Verhältnis der maximalen Frequenzabweichung der Trägerwelle zur Frequenz der Modulationssinuswelle. ${\displaystyle f_{m}\,}$${\displaystyle \Delta {}f\,}$

Bei einem Modulationsindex von wird die Modulation als Schmalband-FM (NFM) bezeichnet , und ihre Bandbreite beträgt ungefähr . Manchmal wird ein Modulationsindex von  als NFM und andere Modulationsindizes als Breitband-FM (WFM oder FM) betrachtet. ^{[ 8 ]}${\displaystyle h\ll 1}$${\displaystyle 2f_{m}\,}$${\displaystyle h<0.3}$

Bei digitalen Modulationssystemen, beispielsweise der binären Frequenzumtastung (BFSK), bei der ein Binärsignal den Träger moduliert, ergibt sich der Modulationsindex wie folgt:

${\displaystyle h={\frac {\Delta {}f}{f_{m}}}={\frac {\Delta {}f}{\frac {1}{2T_{s}}}}=2\Delta {}fT_{s}\ }$

Hierbei handelt es sich um die Symbolperiode, und wird konventionsgemäß als höchste Frequenz des modulierenden Binärsignals verwendet, obwohl es genauer wäre, von der höchsten Grundfrequenz des modulierenden Binärsignals zu sprechen. Bei der digitalen Modulation wird der Träger nicht übertragen. Stattdessen wird je nach Binärzustand (0 oder 1) des Modulationssignals entweder die eine oder die andere Frequenz übertragen .${\displaystyle T_{s}\,}$${\displaystyle f_{m}={\frac {1}{2T_{s}}}\,}$${\displaystyle f_{c}\,}$${\displaystyle f_{c}+\Delta f}$${\displaystyle f_{c}-\Delta f}$

Wenn , spricht man von Breitband-FM , dessen Bandbreite etwa beträgt . Breitband-FM benötigt zwar mehr Bandbreite, kann aber das Signal-Rausch-Verhältnis deutlich verbessern; beispielsweise führt eine Verdopplung des Wertes von bei gleichbleibendem zu einer achtfachen Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnisses. ^{[ 9 ]} (Zum Vergleich: Chirp-Spread-Spectrum nutzt extrem große Frequenzabweichungen, um vergleichbare Verarbeitungsgewinne wie bei herkömmlichen, bekannteren Spread-Spectrum-Verfahren zu erzielen.) ${\displaystyle h\gg 1}$${\displaystyle 2f_{\Delta }\,}$${\displaystyle \Delta {}f\,}$${\displaystyle f_{m}}$

Bei einer tonmodulierten FM-Welle erhöht sich die Bandbreite des FM-Signals (nicht zu vernachlässigen), wenn die Modulationsfrequenz konstant gehalten und der Modulationsindex erhöht wird. Der Abstand zwischen den Spektren bleibt jedoch gleich; die Intensität einiger Spektralkomponenten nimmt ab, während andere zunehmen. Wird die Frequenzabweichung konstant gehalten und die Modulationsfrequenz erhöht, vergrößert sich der Abstand zwischen den Spektren.

Frequenzmodulation kann als schmalbandig klassifiziert werden, wenn die Änderung der Trägerfrequenz etwa der Signalfrequenz entspricht, oder als breitbandig, wenn die Änderung der Trägerfrequenz deutlich größer ist (Modulationsindex > 1) als die Signalfrequenz. ^{[ 10 ] [ 11 ]} Beispielsweise wird Schmalband-FM (NFM) für Zweiwegfunksysteme wie den Familienradiodienst (FRS) verwendet , bei denen die Trägerfrequenz nur um 2,5 kHz ober- und unterhalb der Mittenfrequenz abweichen darf und die Bandbreite der Sprachsignale maximal 3,5 kHz beträgt. Breitband-FM wird für den UKW-Rundfunk verwendet , bei dem Musik und Sprache mit einer Abweichung von bis zu 75 kHz von der Mittenfrequenz übertragen werden und Audiosignale mit einer Bandbreite von bis zu 20 kHz sowie Hilfsträger mit bis zu 92 kHz übertragen werden.

In seiner 1922 veröffentlichten Arbeit zur FM wies Carson darauf hin, dass bei der Modulation einer Trägerfrequenz mit einer Signalfrequenz unendlich viele Nebenfrequenzen entstehen, deren Amplituden sich als Bessel-Funktionen ausdrücken lassen. Der Abstand zwischen den Nebenfrequenzen wird durch die Frequenz des Modulationssignals bestimmt, die Amplitude hängt vom Modulationsgrad ab. Zur Bestimmung der Amplituden der Nebenfrequenzen wird eine Tabelle von Bessel-Funktionen erster Art verwendet. ^{[ 6 ] [ 5 ] : 214}

Im Fall eines mit einer einzelnen Sinuswelle modulierten Trägers lässt sich das resultierende Frequenzspektrum mithilfe von Bessel-Funktionen erster Art als Funktion der Seitenbandzahl und des Modulationsindex berechnen. Die Träger- und Seitenbandamplituden werden für verschiedene Modulationsindizes von FM-Signalen dargestellt. Für bestimmte Werte des Modulationsindex wird die Trägeramplitude null, und die gesamte Signalleistung befindet sich in den Seitenbändern. ^{[ 7 ]}

Da die Seitenbänder beidseitig des Trägers liegen, wird ihre Anzahl verdoppelt und anschließend mit der Modulationsfrequenz multipliziert, um die Bandbreite zu ermitteln. Beispielsweise ergibt eine 3-kHz-Ablenkung, moduliert mit einem 2,2-kHz-Audioton, einen Modulationsindex von 1,36. Beschränken wir uns auf Seitenbänder mit einer relativen Amplitude von mindestens 0,01, so zeigt die Tabelle, dass dieser Modulationsindex drei Seitenbänder erzeugt. Die Verdopplung dieser drei Seitenbänder ergibt eine benötigte Bandbreite von (6 × 2,2 kHz) bzw. 13,2 kHz.

Eine Faustregel , die Carson-Regel, besagt, dass das frequenzmodulierte Signal innerhalb einer Bandbreite von ^{[ 8 ] : 146 liegt.}${\displaystyle B_{T}\,}$

${\displaystyle B_{T}=2\left(\Delta f+f_{m}\right)=2f_{m}(h+1)}$

Dabei ist, wie oben definiert, die maximale Abweichung der Momentanfrequenz von der Mittenfrequenz , der Modulationsindex, das Verhältnis der Frequenzabweichung zur höchsten Frequenz im Modulationssignal, und die höchste Frequenz im Modulationssignal. Die Carson-Regel ist nur auf sinusförmige Signale anwendbar. Für nicht-sinusförmige Signale gilt: ${\displaystyle \Delta f\,}$${\displaystyle f(t)\,}$${\displaystyle f_{c}}$${\displaystyle h}$${\displaystyle f_{m}\,}$

${\displaystyle B_{T}=2(\Delta f+W)=2W(D+1)}$

wobei W die höchste Frequenz im Modulationssignal ist, das jedoch nicht sinusförmig ist, und D das Abweichungsverhältnis ist, welches das Verhältnis der Frequenzabweichung zur höchsten Frequenz des nicht sinusförmigen Modulationssignals ist.

FM bietet im Vergleich zu beispielsweise AM ein verbessertes Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) . Im Vergleich zu einem optimalen AM-Verfahren weist FM typischerweise unterhalb eines bestimmten Signalpegels, der sogenannten Rauschschwelle, ein schlechteres SNR auf. Oberhalb eines höheren Pegels – der Schwelle für die vollständige Verbesserung oder vollständige Rauschunterdrückung – ist das SNR jedoch deutlich besser als bei AM. Die Verbesserung hängt vom Modulationsgrad und der Modulationsabweichung ab. Bei typischen Sprachkommunikationskanälen liegen die Verbesserungen typischerweise zwischen 5 und 15 dB. FM-Rundfunk mit größerer Modulationsabweichung kann sogar noch größere Verbesserungen erzielen. Zusätzliche Techniken, wie die Vorverzerrung höherer Audiofrequenzen mit entsprechender Absenkung im Empfänger, werden im Allgemeinen eingesetzt, um das Gesamt-SNR in FM-Schaltungen zu verbessern. Da FM-Signale eine konstante Amplitude aufweisen, verfügen FM-Empfänger normalerweise über Begrenzer, die AM-Rauschen unterdrücken und so das SNR weiter verbessern. ^{[ 12 ] [ 13 ]}

FM-Signale können entweder durch direkte oder indirekte Frequenzmodulation erzeugt werden:

• Eine direkte FM-Modulation kann erreicht werden, indem die modulierende Audiospannung direkt in einen spannungsgesteuerten Oszillator eingespeist wird . ^{[ 6 ]}
• Bei der indirekten FM-Modulation wird das Nachrichtensignal integriert, um ein phasenmoduliertes Signal zu erzeugen . Dieses dient zur Modulation eines quarzgesteuerten Oszillators . Das resultierende Signal wird anschließend durch einen Frequenzvervielfacher geleitet, um ein FM-Signal zu erzeugen. Bei dieser Modulation wird zunächst ein schmalbandiges FM-Signal erzeugt, das später in ein breitbandiges FM-Signal umgewandelt wird. Daher wird diese Modulation als indirekte FM-Modulation bezeichnet. ^{[ 14 ]}

Es existieren zahlreiche FM-Detektorschaltungen. Eine gängige Methode zur Rückgewinnung des Informationssignals ist die Verwendung eines Foster-Seeley-Diskriminators oder eines Verhältnisdetektors . Eine Phasenregelschleife (PLL) kann als FM-Demodulator eingesetzt werden. ^{[ 6 ] : 415–419} Die Flankendemodulation demoduliert ein FM-Signal mithilfe eines Schwingkreises, dessen Resonanzfrequenz leicht von der Trägerfrequenz abweicht. Die FM-Eingangswelle mit konstanter Amplitude und Momentanfrequenz wird in eine FM-Welle mit Momentanfrequenz und Momentanamplitude umgewandelt und anschließend einem Hüllkurvendetektor zugeführt. ^{[ 5 ] : 224–228} AM-Empfänger können mit diesem Verfahren einige FM-Übertragungen empfangen, allerdings ist es für die Detektion von FM-Rundfunksendungen nicht effizient .

In Software-definierten Funksystemen kann die Demodulation mittels Hilbert-Transformation (implementiert als Filter) zur Gewinnung der momentanen Phase und anschließender Differenzierung dieser Phase (mittels eines weiteren Filters) zur Gewinnung der momentanen Frequenz erfolgen . Alternativ kann ein komplexer Mischer, gefolgt von einem Bandpassfilter, zur Transformation des Signals in den Basisbandbereich verwendet werden, bevor die Demodulation wie zuvor beschrieben durchgeführt wird. Bei abgetasteten Signalen lässt sich die Phasendetektion und damit die Frequenzmodulationsdetektion approximieren, indem der IQ-Abtastwert (komplex) mit der komplex Konjugierten des vorherigen IQ-Abtastwerts multipliziert wird . ^{[ 15 ]} Wird das demodulierte Signal mit oder oberhalb der Nyquist-Frequenz abgetastet, ermöglicht dies die Erfassung nahezu instantaner Phasenänderungen. ${\displaystyle x[n]\cdot {\overline {x[n-1]}}}$

Schnitzler stellte 1968 fest, dass bestimmte Fledermäuse die Frequenz ihrer Echoortungssignale um 13 bis 16 kHz senken , um die durch die Eigenbewegung der Fledermaus verursachten Dopplerverschiebungen auszugleichen. Diese Dopplerkompensation , auch dynamische Frequenzmodulation genannt, sorgt dafür, dass die Frequenz des zurückkehrenden Echos optimal an die Hörgrube der Fledermaus angepasst ist. ^{[ 16 ] [ 17 ]}

FM wird auch von analogen Videorecordern (einschließlich VHS ) im mittleren Frequenzbereich verwendet, um die Luminanzanteile (Schwarzweiß) des Videosignals aufzuzeichnen. Üblicherweise wird die Farbkomponente als herkömmliches AM-Signal aufgezeichnet, wobei das höherfrequente FM-Signal als Vorspannung dient . FM ist die einzige praktikable Methode, die Luminanzkomponente (Schwarzweiß) eines Videos verzerrungsfrei auf Magnetband aufzuzeichnen (und von diesem abzurufen) . Videosignale weisen ein breites Frequenzspektrum auf – von wenigen Hertz bis zu mehreren Megahertz –, das aufgrund des elektronischen Rauschens unterhalb von −60  dB für Equalizer zu groß ist . FM hält das Band zudem auf Sättigungspegel und wirkt somit als Rauschunterdrückung . Ein Limiter kann Schwankungen in der Wiedergabeausgabe ausgleichen, und der FM- Effekt beseitigt Übersprechen und Vorechos . Ein kontinuierlicher Pilotton, der dem Signal hinzugefügt wird – wie es bei V2000 und vielen Hi-Band-Formaten der Fall war – kann mechanisches Jitter reduzieren und die Zeitbasiskorrektur unterstützen .

Diese FM-Systeme sind insofern ungewöhnlich, als ihr Verhältnis von Trägerfrequenz zu maximaler Modulationsfrequenz unter zwei liegt; im Gegensatz dazu beträgt dieses Verhältnis beim FM-Audiorundfunk etwa 10.000. Betrachtet man beispielsweise einen 6-MHz-Träger, der mit 3,5 MHz moduliert wird, so liegen die ersten Seitenbänder laut Bessel- Analyse bei 9,5 und 2,5 MHz und die zweiten Seitenbänder bei 13 MHz und −1 MHz. Daraus ergibt sich ein gegenphasiges Seitenband bei +1 MHz; bei der Demodulation führt dies zu einem unerwünschten Ausgangssignal bei 6 – 1 = 5 MHz. Das System muss so ausgelegt sein, dass dieses unerwünschte Ausgangssignal auf ein akzeptables Niveau reduziert wird. ^{[ 18 ]}

FM wird auch im Audiofrequenzbereich zur Klangsynthese eingesetzt. Diese Technik, bekannt als FM-Synthese , wurde durch frühe digitale Synthesizer populär und entwickelte sich zu einem Standardmerkmal mehrerer Generationen von Soundkarten für PCs .

Edwin Howard Armstrong (1890–1954) war ein US-amerikanischer Elektroingenieur und Erfinder des Breitband-Frequenzmodulationsradios (FM). ^{[ 19 ]} Er patentierte 1914 die Regenerativschaltung, 1918 den Überlagerungsempfänger und 1922 die Superregenerativschaltung. ^{[ 20 ]} Armstrong präsentierte seine Arbeit „A Method of Reducing Disturbances in Radio Signaling by a System of Frequency Modulation“ (in der er erstmals FM-Radio beschrieb) am 6. November 1935 vor der New Yorker Sektion des Institute of Radio Engineers. Die Arbeit wurde 1936 veröffentlicht. ^{[ 21 ]} Die erste experimentelle Station, W2XMN , nahm 1937 ihren Sendebetrieb auf. ^{[ 22 ]}

Wie der Name schon sagt, benötigt Breitband-FM (WFM) eine größere Signalbandbreite als Amplitudenmodulation mit einem äquivalenten Modulationssignal. Dadurch ist das Signal auch robuster gegenüber Rauschen und Störungen . Frequenzmodulation ist zudem weniger anfällig für Amplitudenschwankungen. Daher wurde FM als Modulationsstandard für hochfrequente, hochauflösende Radioübertragung gewählt , daher die Bezeichnung „ FM-Radio “ (obwohl die BBC es viele Jahre lang „VHF-Radio“ nannte, da der kommerzielle FM-Rundfunk einen Teil des VHF- Bandes – das FM-Rundfunkband – nutzt ). FM- Empfänger verwenden einen speziellen Detektor für FM-Signale und weisen ein Phänomen auf, das als Capture-Effekt bekannt ist . Dabei „fängt“ der Tuner den stärkeren von zwei Sendern auf derselben Frequenz ein und blendet den anderen aus (vergleichen Sie dies mit einer ähnlichen Situation bei einem AM-Empfänger, bei dem beide Sender gleichzeitig empfangbar sind). Frequenzdrift oder mangelnde Selektivität können dazu führen, dass ein Sender von einem anderen auf einem benachbarten Kanal überholt wird . Frequenzdrift war ein Problem bei frühen (oder preiswerten) Empfängern; unzureichende Selektivität kann jeden Tuner beeinträchtigen.

Ein Breitband-FM-Signal kann auch zur Übertragung eines Stereosignals verwendet werden ; dies geschieht durch Multiplexing und Demultiplexing vor und nach der FM-Verarbeitung. Der FM-Modulations- und Demodulationsprozess ist bei Stereo- und Mono-Verarbeitung identisch.

FM wird häufig im VHF -Frequenzbereich für hochauflösende Musik- und Sprachübertragungen genutzt . Im Rundfunk, wo hohe Klangqualität wichtig ist, kommt in der Regel Breitband-FM zum Einsatz. Auch der Ton von analogem Fernsehen wird über FM übertragen. Schmalband-FM wird für die Sprachkommunikation im kommerziellen und Amateurfunk verwendet . Im Zweiwegfunk wird Schmalband-FM (NBFM) eingesetzt, um Bandbreite für Land-, See- und andere Funkdienste zu sparen.

Ein hocheffizienter Hochfrequenz- Schaltverstärker kann zur Übertragung von FM-Signalen (und anderen Signalen mit konstanter Amplitude ) verwendet werden . Bei gleicher Signalstärke (gemessen an der Empfangsantenne) benötigen Schaltverstärker weniger Strom und sind in der Regel kostengünstiger als lineare Verstärker . Dies verschafft FM einen weiteren Vorteil gegenüber anderen Modulationsverfahren, die lineare Verstärker erfordern, wie z. B. AM und QAM .

Es gibt Berichte, wonach Professor Michail A. Bonch-Bruevich am 5. Oktober 1924 während eines wissenschaftlich-technischen Gesprächs im Radiolaboratorium Nischni Nowgorod über seine neue Methode der Telefonie berichtete, die auf einer Änderung der Schwingungsperiode beruhte. Die Frequenzmodulation wurde an einem Labormodell demonstriert. ^{[ 23 ]}

Frequenzmodulierte Systeme (FM-Systeme) sind eine weit verbreitete und kommerziell erhältliche Hörhilfe , die das Sprachverstehen durch Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnisses im Ohr des Nutzers erleichtert. Sie werden auch als Hörtrainer bezeichnet , ein Begriff, der alle Systeme zur Schallverstärkung umfasst, die nicht als Hörgeräte klassifiziert sind . Sie verstärken den Signalpegel der Quelle um 15 bis 20 Dezibel. ^{[ 24 ]} FM-Systeme werden von hörgeschädigten Menschen sowie von Kindern mit Hörstörungen wie auditiver Verarbeitungsstörung oder ADHS genutzt . ^{[ 25 ]} Für Menschen mit Schallempfindungsschwerhörigkeit führen FM-Systeme zu einer besseren Sprachwahrnehmung als Hörgeräte. Sie können mit Hinter-dem-Ohr-Hörgeräten kombiniert werden, um dem Nutzer einen Wechsel der Einstellungen zu ermöglichen. ^{[ 26 ]} FM-Systeme sind komfortabler und kostengünstiger als Alternativen wie Cochlea-Implantate , werden aber aufgrund ihrer Unauffälligkeit und des notwendigen Aufladens von vielen Nutzern nur selten verwendet. ^{[ 27 ]}

• Dauerstrich-Frequenzmoduliertes Radar
• Zwitschern
• FM-Stereo
• FM-UWB (FM und Ultrabreitband)
• Geschichte des Radios
• Modulation , für eine Liste weiterer Modulationstechniken

• Carlson, A. Bruce (2001). Kommunikationssysteme . Naturwissenschaften/Ingenieurwesen/Mathematik (4. Aufl.). McGraw-Hill. ISBN 978-0-07-011127-1Die
• Frost, Gary L. (2010). Die Anfänge des FM-Radios: Schrittweise technologische Entwicklung im Amerika des 20. Jahrhunderts . Baltimore, MD: Johns Hopkins University Press. ISBN 978-0-8018-9440-4Die
• Seymour, Ken (2005) [1996]. „Frequenzmodulation“. In: The Electronics Handbook (2. Aufl.). CRC Press. S.  1188–1200 . ISBN 0-8493-8345-5Die

• Online-Demonstration zur interaktiven Analogmodulation mit Python auf der Google Colab Plattform , von C Foh.