Accanto alla modulazione di ampiezza, un ruolo fondamentale nella storia delle radiocomunicazioni è svolto dalla modulazione di frequenza (FM), nella quale l’informazione non viene impressa sull’ampiezza della portante, ma sulla sua frequenza istantanea. In questo caso, la portante mantiene ampiezza sostanzialmente costante, mentre la sua frequenza varia nel tempo seguendo l’andamento del segnale modulante. Questo approccio rappresenta un cambiamento concettuale importante rispetto all’AM, poiché separa il contenuto informativo dalle variazioni di ampiezza, che sono invece tipicamente associate al rumore.
L’idea di utilizzare la frequenza come parametro informativo fu sviluppata e promossa negli anni ’30 da Edwin Howard Armstrong, che ne dimostrò i vantaggi in termini di qualità e robustezza del segnale. Poiché il rumore nei canali radio si manifesta prevalentemente come variazioni casuali di ampiezza, la FM risulta intrinsecamente meno sensibile ai disturbi rispetto all’AM. Nel ricevitore, infatti, uno stadio limitatore elimina gran parte delle variazioni di ampiezza indesiderate prima della demodulazione, migliorando significativamente il rapporto segnale/rumore.
Dal punto di vista operativo, nella modulazione di frequenza il segnale modulante provoca deviazioni della frequenza della portante attorno al suo valore centrale. L’entità massima di questa variazione prende il nome di deviazione di frequenza ed è uno dei parametri fondamentali del sistema. A essa si affianca l’indice di modulazione, che rappresenta il rapporto tra la deviazione di frequenza e la massima frequenza del segnale modulante: questo parametro determina, in modo diretto, le caratteristiche spettrali del segnale trasmesso.
A differenza della modulazione di ampiezza, lo spettro di un segnale FM non è limitato a poche componenti discrete, ma si estende teoricamente a un numero infinito di bande laterali, distribuite simmetricamente attorno alla portante. In pratica, tuttavia, la maggior parte dell’energia è concentrata entro una banda finita, che può essere stimata con buona approssimazione mediante la regola di Carson: la larghezza di banda occupata è circa pari al doppio della somma tra la deviazione di frequenza e la massima frequenza del segnale modulante. Questo implica che la FM, soprattutto nella sua forma a larga banda, richiede una quantità di spettro significativamente maggiore rispetto all’AM.
Nel ricevitore, la demodulazione avviene tramite circuiti in grado di convertire le variazioni di frequenza in variazioni di ampiezza, successivamente trasformate in segnale audio. Tra i metodi più diffusi vi sono il discriminatore di frequenza e il rivelatore a rapporto, ai quali si affiancano soluzioni più moderne basate su tecniche a loop di aggancio di fase (PLL). La presenza del limitatore e la natura stessa della modulazione rendono la FM particolarmente adatta alla trasmissione di segnali audio di alta qualità.
La modulazione di frequenza si presta a diverse modalità operative, che si distinguono principalmente per l’ampiezza della deviazione di frequenza. Nella radiodiffusione commerciale si utilizza la FM a larga banda (WBFM), caratterizzata da deviazioni elevate e larghezze di banda dell’ordine di centinaia di kHz, che consentono una riproduzione audio ad alta fedeltà. In ambito radiantistico e nei servizi mobili si impiega invece la FM a banda stretta (NBFM), con deviazioni tipicamente di pochi kHz, che permette un uso più efficiente dello spettro pur mantenendo una buona immunità al rumore.
In ambito radioamatoriale, la FM è largamente utilizzata nelle comunicazioni in VHF e UHF, in particolare attraverso ponti ripetitori che estendono notevolmente la portata delle stazioni. La semplicità d’uso, l’ottima intelligibilità del segnale e la robustezza nei confronti dei disturbi la rendono ideale per comunicazioni locali e operative. Tuttavia, l’effetto noto come capture effect fa sì che, in presenza di due segnali sulla stessa frequenza, il ricevitore tenda a demodulare esclusivamente il più forte, sopprimendo l’altro: questo comportamento, vantaggioso in termini di chiarezza, limita però la possibilità di ascoltare segnali deboli in presenza di interferenze. E’ il motivo per cui per determinati servizi – come il traffico voce in banda aereonautica – si preferisce usare la modulazione di ampiezza.
In sintesi, la modulazione di frequenza rappresenta una soluzione più complessa e dispendiosa in termini di banda rispetto all’AM, ma offre prestazioni nettamente superiori in termini di qualità audio e resistenza al rumore, risultando per questo la scelta privilegiata in numerosi ambiti applicativi, dalla radiodiffusione ai sistemi di comunicazione professionali e radiantistici.