للتضمين بالسعة (AM) ضعف متأصل: الضوضاء تؤثر على السعة مباشرة، مما يُتلف الإشارة. يتخذ التضمين بالتردد نهجاً مختلفاً — يُشفّر المعلومات في تردد الحاملة، لا في سعتها. النتيجة نظام تضمين أكثر مقاومة للضوضاء بشكل ملحوظ، على حساب عرض نطاق أوسع.
في AM، ترتفع سعة الحاملة وتنخفض تناسباً مع إشارة الرسالة. في FM، تبقى سعة الحاملة ثابتة، لكن ترددها اللحظي يتغير تناسباً مع الرسالة. الصوت الأعلى يعني انحرافاً أكبر في التردد؛ الصوت الأهدأ يعني انحرافاً أقل.
تشبيه: فكّر في FM كعداد سرعة. إشارة الرسالة هي السرعة — كلما ارتفعت، تحرّكت إبرة العداد (تردد الحاملة) أكثر. سعة حركة الإبرة لا تتغير؛ فقط اتجاهها يتغير.
الوصف الرياضي لإشارة FM يلتقط كلاً من السعة الثابتة والتردد المتغير مع تكامل الرسالة:
الرؤية الجوهرية في حجة دالة جيب التمام. بدلاً من 2πf_c·t فحسب (مسح زاوية بمعدل ثابت)، نضيف 2πk_f·∫x(τ)dτ — حد طور ينمو أسرع عندما تكون x كبيرة وأبطأ عندما تكون صغيرة. هذا ما يجعل التردد يتغير.
التردد اللحظي لإشارة FM في أي لحظة هو معدل تغير الطور الكلي. إذا كان الطور الكلي θ(t) = 2πf_c·t + 2πk_f·∫x(τ)dτ، إذن:
الانحراف الترددي Δf هو أقصى تأرجح في التردد اللحظي عن الحاملة. لرسالة جيبية x(t) = A_m·cos(2πf_m·t):
مؤشر التضمين β (بيتا) لـ FM يُعرَّف على أنه نسبة الانحراف الترددي إلى تردد الرسالة:
مؤشر التضمين β يحدد ما إذا كانت إشارة FM ضيقة أو واسعة النطاق:
β ≪ 1 (عادةً β < 0.3). عرض النطاق ≈ 2f_m — مشابه لـ AM. يُستخدم في راديو الاتصالات الثنائية، والاتصالات الصوتية الجوية. مقاومة للضوضاء أدنى من FM واسع النطاق.
β ≫ 1 (عادةً β = 2–10). عرض نطاق أوسع بكثير لكن مقاومة للضوضاء أفضل بشكل ملحوظ. يُستخدم في بث راديو FM والإرسال الصوتي عالي الجودة.
خلافاً لـ AM حيث الطيف هو ببساطة حاملة ± شرائح جانبية، طيف FM أكثر تعقيداً رياضياً. لرسالة أحادية النغمة، تُولّد إشارة FM سلسلة لانهائية من الشرائح الجانبية على مسافات مضاعفات f_m من الحاملة. سعة كل هامش تُعطى بدوال بيسل من النوع الأول، J_n(β):
خاصية دوال بيسل: مع زيادة β، تنتشر الطاقة من الحاملة إلى مزيد من أزواج الشرائح الجانبية. عند قيم معينة من β (β ≈ 2.4، 5.5، 8.6...)، J_0(β) = 0 — تختفي الحاملة تماماً! كل الطاقة في الشرائح الجانبية. لا نظير لهذا في AM.
الميزة الأساسية لـ FM على AM هي مقاومة الضوضاء. الضوضاء الجوية والتداخل الكهربائي وغيرها من الاضطرابات تُضاف عادةً إلى سعة الإشارة. في AM، هذا يُفسد الصوت المُستخرج مباشرة. في FM، المعلومات في التردد، لا في السعة — لذا تصبح ضوضاء السعة غير ذات صلة إلى حد بعيد.
تستخدم أجهزة استقبال FM المحددات — دوائر تقطع الإشارة إلى سعة ثابتة قبل الاستخراج. أي تغير في السعة (ضوضاء) يُزال، تاركاً فقط التغير في التردد الذي يحمل الصوت. هذا هو مصدر جودة الصوت المتفوقة لـ FM.
تأثير الأسر: عندما تبث محطتا FM على نفس التردد، تهيمن الأقوى تماماً — الأضعف تُكبت. في AM، يُسمع كلاهما معاً (تداخل القناة المشتركة). وتأثير أسر FM هو قوة (استقبال أنظف) وقيد (لا تدهور تدريجي).