Frequenzmodulation

Frequenzmodulation (FM) ist ein Trägersignalverfahren, bei dem die Frequenz des Trägers durch das Audiosignal variiert wird. Die Amplitude bleibt konstant. Die momentane Frequenz lässt sich beschreiben als f_i(t) = f_c + k_f·m(t), wobei f_c die Trägerfrequenz, m(t) das Modulationssignal und k_f die Frequenzempfindlichkeit ist. Die maximale Abweichung Δf heißt Frequenzabweichung; β ergibt sich aus β = Δf/f_m, wobei f_m die höchste Modulationsfrequenz des Signals ist.

Historisch wurde FM in den 1930er Jahren von Edwin Armstrong entwickelt und demonstriert. FM bietet gegenüber Amplitudomodulation eine stärkere Störunempfindlichkeit gegenüber Rauschen und Amplitudenfehlern, insbesondere bei Musik und Sprache. Da die Trägeramplitude konstant bleibt, ist die Übertragung gegenüber Spannungs- und Dämpfungsveränderungen robust. FM benötigt jedoch eine größere Bandbreite; nach Carson-Regel beträgt sie ungefähr B ≈ 2(Δf + f_m).

Die bekannteste Anwendung ist der FM-Rundfunk im UKW-Spektrum (etwa 88–108 MHz). Vor- und Nachentzerrung dienen der Reduktion von Hochfrequenzrauschen. Die Stereoübertragung erfolgt mittels L–R-Multiplex mit einem 19-kHz-Pilotton und einem 38-kHz-Träger; Text- und Datendienste laufen über einen 57-kHz-RDS-Kanal. FM wird auch in Funksprech-, Navigations- und Telemetriesystemen genutzt.

Varianten umfassen Narrowband FM (NBFM) für Sprache und Two-way-Kommunikation sowie Wideband FM (WBFM) für Klangqualität im Rundfunk. Moderne Systeme ergänzen FM durch digitale Zusatzdienste wie HD-Radio oder DAB, die Daten neben Audio übertragen. FM bleibt wegen Robustheit und Klangqualität eine zentrale Modulationstechnik.