Gdy słuchamy radia lub oglądamy programy telewizyjne, nie zastanawiamy się, jak to właściwie się dzieje, że słyszymy i widzimy swoje audycje. To przez fale radiowe, które docierają do naszych odbiorników i niosą informację. W odbiornikach radiowych informacja jest nie jako wyciągana z fal radiowych i przetwarzana w taki sposób, by móc ja słuchać, oglądać.
Jakie są rodzaje fali radiowych?
Dookoła nas, w przyrodzie występują różne fale. Najczęściej dokonuje się podziału na fale mechaniczne, materii i elektromagnetyczne. W tym artykule skupimy się przede wszystkim na falach radiowych, należących do fal elektromagnetycznych, gdzie występują anteny nadawcze i anteny odbiorcze.
Same fale elektromagnetyczne dzieli się na szereg jeszcze innych. Same fale radiowe to oczywiście nie wszystko, co jest potrzebne do tego, aby przesyłać informację do odbiornika. Fale radiowe, elektromagnetyczne, aby mogły nieść informację, muszą być odpowiednio przygotowane.
Na czym polega modulacja fali?
Przygotowanie fali do nadawania i odbioru odbywa się poprzez modulację fali. Gdy coś wypowiadamy na głos, wywołujemy falę zmodulowaną, a odbiornikiem może być ucho ludzkie bądź mikrofon. Odpowiednia konstrukcja naszego ucha odbiera falę i przetwarza na impulsy dla mózgu. Nie możemy jednak tak głośno coś wypowiedzieć, by nas słyszano kilkadziesiąt lub kilkaset kilometrów dalej. Żeby nasz głos, muzykę lub obraz udostępnić innym, znacząco oddalonym od nas, wykorzystujemy do tego fale radiowe zmodulowane.
Z falami radiowymi mamy do czynienia na każdym kroku i to powszechne. Korzystamy przecież ze wspomnianego wcześniej radia, telewizji, ale i z telefonów komórkowych, satelity, czy nawet z prostego Wi-Fi oraz szeregu innych urządzeń radiowych. Wszystkie te fale radiowe zawsze są odpowiednio zmodulowane. Ale zacznijmy od początku.
Co to w ogóle jest fala?
Encyklopedia podaje w najprostszej postaci, że jest to zaburzenie w jakiejś przestrzeni. W naszym przypadku to będzie zaburzenie w przestrzeni wokół nas. Falę wywołuje nasz głos, a nawet słońce i żarówka też wywołują falę, ale każde z nich inną, na innej częstotliwości, czyli jeszcze inaczej mówiąc, na innej długości.
Fale radiowe — historia
To, że możemy teraz korzystać z fal radiowych i nadawać oraz odbierać na znaczne odległości zawdzięczamy tak naprawdę dwóm panom – Marconiemu i Tesli. Oczywiście trzeba wspomnieć przy tej okazji, że obaj wykorzystali prace Hertza, który pracował nad falami, ale Hertz wykorzystywał przewód do transmisji, a Marconi i Tesla fale radiowe.
Do dziś są zdania podzielone, który z panów pierwszy stworzył radio. Obaj prawie w tym samym czasie pokazali swoje wynalazki, z tym że Marconiemu udało się pierwszemu opatentować swój wynalazek, za co dostał nagrodę Nobla. Tesli oddano sprawiedliwość dopiero po jego śmierci, gdyż wykazano, że Marconi wykorzystał wcześniejszy patent Tesli dotyczący cewki elektromagnetycznej, która była częścią radia. Tak czy inaczej, to Marconi doprowadził do rozbudowy wynalazku i zapoczątkował dalekosiężne transmisje oraz powstanie transmisji radiowej, jaką znamy dzisiaj.
Fale radiowe — podział
Fale radiowe zostały podzielone na zakresy ze względu na częstotliwość, jak i swoje właściwości. Za to sama modulacja może być zastosowana praktycznie na każdym zakresie fal. W użytku codziennym, powszechnie, możemy spotkać się z modulacją AM, FM oraz PM. To jedne z najpopularniejszych modulacji i najczęściej dotyczą one odbioru programów radiowych na naszych domowych czy samochodowych odbiornikach radiowych analogowych oraz cyfrowych. Pierwszą i najbardziej znaną modulacją jest modulacja AM. Najprościej tłumaczy się ją jako modulacja amplitudy. Jak to wygląda z punktu widzenia technicznego?
Modulacja AM
W uproszczony sposób, na daną częstotliwość nośną, czyli częstotliwość stałą nakładamy sygnał modulujący i tak oto powstaje sygnał zmodulowany, a cały sygnał jest nadawany w przestrzeń, by mógł go odebrać nasz odbiornik ustawiony na tę częstotliwość, która nas interesuje.
Żeby zrozumieć informacje i usłyszeć ją w takiej postaci, jaką była przed zmodulowaniem, należy oprócz dostrojenia się do częstotliwości przepuścić sygnał przez demodulator w odbiorniku. I tak możemy usłyszeć słowa wymawiane przez spikera lub usłyszeć piosenkę nadaną bardzo daleko od nas.
Modulację amplitudową, można jeszcze inaczej przedstawić. To jak by zwiększać lub zmniejszać wartość napięcia wzdłuż osi czasu, a im napięcie większe, tym głośniejszy fragment rozmowy lub muzyki.
Modulacja AM jest stosunkowa prosta w swej naturze. Jest jedną z najstarszych z rodzajów modulacji. Do dziś wykorzystywana jest w nadajnikach długo, średnio i krótko falowych. Modulacja AM uzyskuje większe zasięgi niż inne rodzaje modulacji. Nadajniki są prostsze w budowie i pokrywają swym zasięgiem większy teren, przez co nie ma potrzeby budowania większej ilości nadajników.
Polska mogła szczycić się swego czasu najwyższą budowlą w świecie, a był nim maszt długofalowy w Gąbinie (646m), który nadawał audycje polskiego radia na kilka kontynentów właśnie w modulacji AM.
Wady modulacji AM
Niestety modulacja AM ma też swoje wady. Jedną z głównych wymienia się jej podatność na zakłócenia i nie nadaje się do nadawania sygnału wysokiej jakości. Pokonanie tych wad wiązałoby się z pokonaniem wielu trudności.
Rozwój technologii oraz zapotrzebowanie na sygnał wysokiej jakości spowodował powstanie modulacji FM, czyli modulacji częstotliwości i wykorzystywanie do tego celu fal z zakresu UKF (czyli ultra krótkich), mniej podatnych na zakłócenia.
Modulacja FM — czym jest?
Modulacja FM należy również do analogowego systemu transmisji i polega na modulowaniu, zmianie częstotliwościowym fali nośnej. Jeżeli chciałoby się to jakoś zobrazować, to fala o stałej wartości napięcia jest ściskana lub rozciągana w zależności od poziomu sygnału wejściowego, przez to zmienia się częstotliwość w stałej nośnej.
Modulacja FM była najbardziej rozwijanym w ostatnim czasie systemem, na którego bazie dodawano różne inne usługi. Do niewątpliwych zalet tej modulacji można zaliczyć możliwość nadawania w stereo, mała podatność na zakłócenia oraz funkcje dodatkowe jak np. RDS.
Wady modulacji FM
Modulacja FM ma też niestety swoje wady. Do nich zaliczyć można krótszy zasięg, wrażliwość na przeszkody terenowe oraz wysoki koszt utrzymania systemu nadawczego. Należy w tym momencie zwrócić uwagę na to, że W pewnym sensie rozwinięciem modulacji FM jest modulacja PM, czyli modulacja fazy. W niej też jak w modulacji FM nie zmienia się wielkość napięciowa fali nośnej, lecz częstotliwość jest przesuwana w fazie.
Modulacja PM — czym jest?
Modulacja PM częściej jest stosowana w systemach transmisji cyfrowej. Taki zabieg daje możliwość przesyłania sygnału w jeszcze lepszej jakości, ale jeszcze bardziej podraża koszty nadawania i odbierania sygnału. Modulacja PM w systemach transmisji cyfrowych często określa się mianem kluczowania fazy i oznacza się skrótem PSK.
Zapewne nie każdy wie, że modulacja PM i jej odmiany najczęściej spotkać możemy w technice przekazu satelitarnego.
Modulacje fali radiowej — czym się różnią?
Teraz łatwo już jest skojarzyć rodzaje modulacji z urządzeniami i odbiorem, jaki często stosujemy w naszym życiu. W uproszczeniu można byłoby powiedzieć, że w przypadku modulacji AM wykorzystujemy odbiór na falach długich średnich i krótkich do łączności dalekosiężnej.
Możemy tego doświadczyć, gdy przebywamy z dala od naszych granic i załączymy radio na fali długiej, na częstotliwości 225 kHz. Na tej częstotliwości nadaje Radiowa Jedynka. Może nie ma najlepszej jakości sygnału, ale to wystarczy, żeby być blisko informacji z kraju, słyszeć audycje po polsku.
Zdecydowana większość z nas na co dzień jest słuchaczem stacji radiowych nadających w paśmie UKF w standardzie FM. Słuchamy audycji zarówno na odbiornikach stacjonarnych, jak i samochodowych, a przy okazji korzystamy z dobrodziejstw stereofonii i RDS-u, czyli Radio Data System. Ten ostatni bardzo pomaga podczas jazdy samochodem na większych dystansach, gdyż umożliwia automatycznie przełączanie się z jednego nadajnika na drugi o innej częstotliwości, ale nadającej tę samą stację radiową. Poza tym RDS umożliwia odbiór informacji dla kierowców, jak i prostych informacji tekstowych.
Inni, odbierając przekaz satelitarny zapewne tez nie zawsze wiedzą, że jest to możliwe przez rozwinięcie FM i wykorzystywanie różnych rodzajów PM.
Każdy z tych systemów oferuje różną jakość odbieranego sygnału oraz funkcji dodatkowych. Wciąż inżynierowie udoskonalają wszystkie z tych systemów modulacji, dając przeciętnemu użytkownikowi nowa jakość i możliwości.
W krajach przy dużych przestrzeniach wciąż używa się modulacji AM, gdyż nie można pokryć sygnałem ogromnego terytorium przy pomocy nadajników UKF, a z kolei transmisja satelitarna wymaga większych zabiegów technicznych po stronie zarówno nadawczej, jak i odbiorczej. Jak widać w zależności od możliwości i potrzeb, każda z modulacji ma swoje miejsce w całej przestrzeni przesyłania informacji do nas odbiorców.
Komentarze (0)