Kann mir jemand zum Thema FREQUENZMODULATION weiter helfen?

Ein Musiksignal hat eine Bandbreite von 20hz bis etwa 20.000hz.

Um das mit einer Antenne zu übertragen würde die Antenne einige hundert Kilometer lang sein. Das ist in der Praxis natürlich schlecht machbar.

Also muss man das Signal höherfrequent machen. Wireless Lan arbeitet z.B bei 2,4GHz. Eine Patchantenne mit der man so ein Signal senden/empfangen kann würde problemlos in eine Kinderhand passen. Also deutlich praxistauglicher.

Es gibt Schaltungen die das Signal bei der Frequenz nach oben schieben können. Das wäre dann der Modulator.

Das Signal wäre dann von

24.000.000.000 Hz
bis
24.000.020.000 Hz

Der Empfänger müsste das jetzt natürlich wieder in einen tieferen Frequenzbereich modulieren. In der Form kann ein Lautsprecher nichts mit dem Signal anfangen.

Frequenzmultiplex wird heute nur noch sehr selten alleine eingesetzt, meist kommen noch andere Multiplexverfahren dazu (OFDM, QAM,...)

Hallo Jasmin,

um etwas präziser auf Deine Frage einzugehen:
Fquenzmodulation bedeutet, daß eine sogenannte Trägerfrequenz in der Frequenz der zu übertragenden Information (z.B. Sprache, Musik) vermindert/erhöht wird.
-Also nicht "nach oben geschoben"-
Die verbreitetste Anwendung ist der UKW-Rundfunk. Nach der Norm werden 30-15000Hz übertragen. Ein Beispiel:
Ein Sender auf 90MHz übertrüge einen Ton von 1000Hz, dann schwankt die Sendefrequenz 1000x pro sek. Wie weit die Schwankung über/unter 90MHz hinausgeht, ist ein Maß für die Lautstärke.
Maximum - laut Norm - (wird leider oft nicht eingehalten, Folge: Verzerrngen): +/-75kHz; wären in dem Beispiel 89,925MHz bis 90,075MHz.

Nun genau zu erklären wie die Modulation im Sender durchgeführt wird und wie der Empfänger die Demodulation - so bezeichnet man die Gewinnung der Information aus der HF (Hochfrequenz, im Beisp. 90MHZ) ausführt, würde ein wenig den Rahmen sprengen. Nur (vereifacht) soviel: Im Sender muß der Teil, der die Trägerfrquenz erzeugt (Oszillator), mit der Information moduliert werden. Im einfachsten Fall geschieht das mit Hilfe einer Kapazitätsdiode. Diese verändert im Takt der 1000Hz (Beisp.) ihre Kapazität und genauso ändert sich die Trägerfrequenz.
Im Empfänger muß eine Schaltung vorhanden sein, die eine Veränderung der Trägerfrequenz mit einer Spannungsänderung beantwortet (im einfachsten Fall ein sog. Flankengleichrichter). Das ist dann der 1000Hz-Ton, den Du hören kannst.

Grüße - Manfred

hallo gurke, hallo manfred!
also erstmal danke für eure beiträge, ich bin wirklich seit tagen nur am wälzen von büchern und am klicken im netz. also so allgemein hab ich das ganze jetzt schon verstanden, aber leider muss ich genau das wissen, was "den rahmen sprängen würde" also die funktionsweise der kapazitätsdiode habe ich verstanden, aber die demodulation mit hilfe eines phasendiskriminators zum beispiel nicht. oder auch die mit hilfe eines koinzidenzdemodulators nicht. habe dazu informationen bei wikipedia gefunden, aber es ist alles nicht für amateure erklärt... den folgeneden text habe ich von wikipedia rauskopiert:
Die modulierte Spannung wird über einen Koppelkondensator Ck an die Mittelanzapfung der Spule L2 gegeben (siehe Schaltbild). Gleichzeitig wird in der Spule L2 eine Spannung induziert, die sich mit den zwei entstandenen Halb-Spannungen (was für halbspannungen??) einmal gleich- und einmal gegensinnig addiert. Die Kreise sind so abgestimmt, daß sich die von den Dioden gleichgerichteten Spannungen an R1 und R2 bei Mittelfrequenz zu Null subtrahieren(wie können sich spannungen an widerständen zu null subtrahieren?). Bei Frequenzänderung sind diese Spannungen nicht mehr gleich groß. Es entsteht eine der modulierenden Niederfrequenz proportionale Spannung am Ausgang. Der gesamte Vorgang vor der Demodulation entspricht einer Umwandlung der Frequenz- in eine Phasen- und schließlich in eine Amplitudenmodulation.
Anwendung findet der Phasendiskriminator in älteren UKW- und Fernsehempfängern zur Demodulation und AFC-Steuerspannungsgewinnung.
das schaltbild findet ihr bei wikipedia und dem suchbegriff phasendiskriminator. solche erklärungen versteh ich einfach nicht. vielleicht habt ihr ja noch ein wenig zeit mich mal aufzuklären wie das kursiv geschriebene gemeint ist..

ansonsten dank ich euch erstmal
gruß jasmin

Erst mal folgendes:
Bei der Frequenzmodulation entspricht der Pegel des Tonsignals der Frequenzverschiebung. Wenn ich also im UKW-Sender mit einem Tonsignal ankomme, das 100% der maximalen Tonspannung (also Peak 100%) habe, so wird die Sendefrequenz um den maximal zulässigen Betrag (rund 80kHz) verschoben.
Komme ich mit einem leisen Signal, sodass der Peak nur 10% des maximal zulässigen Signals beträgt, so ist die Frequenzverschiebung auch nur etwa 8kHz. Und man kann annehmen, dass ein positiver Peak die Frequenz erhöht, ein negativer die Frequenz reduziert (ist nicht zwingend und nicht genormt). Folglich haben wir bei voller Aussteuerung rund +/- 80kHz Frequenzänderung. Das, was Gurke dargestellt hat (Frequenzänderung um maximal 20kHz), entsteht als Seitenband bei der Amplitudenmodulation, hat aber nichts mit FM zu tun.

Hier ist prinzipiell nur der Zusammenhang zwischen Frequenzverschiebung und Tonsignal-Amplitude gegeben. Dass zusätzlich beim Sender eine Höhenanhebung (Preemphasis) eingesetzt wird und beim Empfänger eine Höhenabsenkung (Deemphasis) hat mit dem dadurch verbesserten Rauschabstand zu tun.

Und die Tonfrequenz (also z.B. 20kHz) beeinflusst nur die Schnelligkeit, mit der das Sendersignal verändert wird. Bei 20 Hz ist das Sendersignal 20 mal in der Sekunde von 100MHz auf 100,05Mhz und 99,95MHz verändert, bei 10kHz Ton geschieht die gleiche Änderung einfach 10'000 mal pro Sekunde.

Zur Demodulation (im Empfänger wird nichts neu moduliert, sondern DEMODULIERT) kann man prinzipiell zwei Methoden anwenden. Man kann einen Verstärker verwenden, der einen nicht linearen Frequenzgang hat. Das könnte ein normaler Tiefpass sein. Wenn wir einen normalen Superhet-Empfänger verwenden (also das Übliche), so wird aus der Senderfrequenz mit einem variablen Oszillator eine feste Zwischenfrequenz von üblicherweise 10,7MHz gebildet. Dies, damit man nicht 10 Kreise beim Senderwechsel gleichzeitig und im Gleichlauf verstimmen muss, sondern nur 2.

Also, wir haben die ZF mit 10,7MHz, welche wieder um die vorher angenommenen +/-50kHz verstimmt wird (im Maximum ca. +/- 80kHz). Und wir nehmen unsere Verstärkerschaltung mit Tiefpass-Charakteristik. Das würde bedeuten, dass die 10,7MHz MINUS 50kHz ein grösseres Ausgangssignal liefert als 10,7MHz PLUS 50kHz. Nun muss da absolut sichergestellt sein, dass das 10,7MHz-Signal in der Grösse stabil ist, denn eine Pegelschwankung der ZF würde sich als Pegelschwankung am Ausgang des Tiefpasses darstellen und somit als Störung hörbar werden(wie bei AM). Weiter müsste man für genügende Linearität die Grenzfrequenz des Tiefpasses auf etwa 1MHz festlegen, was schon mal eine Grunddämpfung von etwa 17dB bedeuten würde. Und die prozentuale Variation (+/-80kHz) ist ja nur etwa 0,75%. Das bedeutet, dass wir bei einem ZF-Pegel am Eingang dieser Demodulationsschaltung (Tiefpass) von 10V SS erst eine Grunddämpfung von 17dB (1/7) und dann eine prozentuale Dämpfung auf 0,75% hätten. Das Ausgangssignal wäre also gerade mal 10,6mV SS oder rund 3,7mV effektiv. Dies wieder verstärken führt zu Rauschen, das nicht sein müsste.

Der andere Weg ist der Phasendetektor.
Nehmen wir die unmodulierten 10,7MHz und einen Schwingkreis, der auf diese Frequenz abgestimmt ist. Bei genauer Abstimmung hat der Schwingkreis eine Phasenverschiebung von NULL. Ist die ZF höher, so wirkt der Kreis kapazitiv und hat damit eine nacheilende Spannung, ist die ZF tiefer, so wirkt der Kreis induktiv und hat damit eine voreilende Spannung. Die Spannung als solches wird dabei noch durchaus konstant bleiben, es ändert sich also nur die Phasenlage gegenüber dem Signal, das vom treibenden Transistor geliefert wird.
Wenn man nun dieses treibende Signal über eine Spule abnimmt, so erfährt dieses Signal durch die Spule eine konstante Phasenverschiebung von 90 Grad.

Wir haben somit ein Signal, das sich in der Phase ändert (induktiv bis kapazitiv um jeweils maximal 90 Grad) und wir haben ein Signal mit fester Phase. Wenn wir nun diese beiden Signale addieren (das fix verschobene wird direkt vom Primärkreis magnetisch eingekoppelt, das variable liegt am Mittelabgriff des Sekundärkreises an), so haben wir ein Ausgangssignal, das durch die Addition (einmal +Phase plus +Phase = grosses Signal, einmal +Phase plus -Phase = kleines Signal) seinen Pegel ändert. Auch bei diesem Demodulator muss der Pegel der ZF konstant gehalten werden.
Das Berechnen eines kompletten Ratiodetektors ist nicht ganz einfach, weil da verschiedene Widerstände und Spulenabstände (unterschiedlicher Kopplungsgrad) einerseits den Klirr, andererseits auch die AM-Unterdrückung (Störungen) beeinflussen. Es wird also jeweils ein Kompromiss gesucht, denn die ZF-Konstanthaltung kann nicht nur durch die Massnahmen am Detektor realisiert werden, sondern auch durch Massnahmen im ZF-Verstärker. Wie also genau die Bauteile idealerweise festzulegen sind, hängt von der kompletten Empfängerschaltung ab.
Und genau, weil die Sache etwas verzwickt und "verwoben" ist, sind die Beschreibungen in den Büchern entweder unpräzise (wie meine Ausführungen) oder extrem komplex.

hallo Richi, erstmal dank ich dir für deinen langen und ausführlichen beitrag!
inzwischen habe ich mich ja nun sehr lange mit dem thema auseinandergesetzt und versteh das prinzip eigentlich. mein problem war halt auch, wie du ja auch geschrieben hast, dass alle beschreibungen entweder zu schwammig sind oder zu komplex.
Aber ich habe das ganze nun mehr oder weniger einfach zusammengefasst, um es meinem physikkurs zu erklären! Bei gesprächen mit meinem lehrer kam auch zum vorschein, dass dieser selber nicht so fit in bereich elektronik ist ;).

Also ich danke euch
Grüße von Jasmin

Vielleicht noch etwas zu diesem Thema:
Ich habe den Ratiodetektor noch mit Röhren gelernt, also "Handarbeit". Später kam das Selbe mit Transistoren. Da musste man stärker auf die Ein- und Ausgangsimpedanzen dieser Dinger achten und in die Rechnung einbeziehen. Aber seit 25 Jahren ist die FM-Demodulation ein IC. Da weiss niemand so genau (ausser dem "Erfinder") wie das geht. Da kommts rein, dort raus, Speisung, Masse und zwei Anschlüsse für eine Spule, fertig. Wie es heute bei den neuesten Dingern geht, kann ich nur noch vermuten, denn im Grunde kann man mit einem Zähler die Frequenzen auswerten und als irgendwelche Zahlenreihe ausgeben, die man dann wieder in ein CD-ähnliches Digitalsignal umrechnen könnte...
Oder weils grade passt baut man den Stereodecoder mit ein.
Wie die Demodulation heute gemacht wird, hängt darum im Wesentlichen vom verwendeten IC ab. Und weil jedes Handy einen UKW-Empfänger drin hat, kann es nichts grosses und teures sein.

Was man sich zur Modulation noch merken kann: Man nehme einen Transistor, eine Spule mit Anzapfung und eine richtige Studio-Kondensatormik-Kapsel.
Aus diesem C und der Spule baue man einen Schwingkreis und verbinde diesen mit dem Transistor.
Batterie dran und das Ding schwingt und sendet. Und wenn man spricht, ändert sich am Mik der Abstand zwischen Membran und Gegenelektrode, sodass sich der Plattenabstand und damit die Kapazität verändert. Und schon haben wir einen FM-Sender.