ماهیت روشهای مدولاسیون AM وFM

 

 فرض کنید یک سر طنابی را به یک درخت گره زده‌ایم و سر دیگر را 20 متر دورتر در دست گرفته اید. درصورتی که شما دستتان(که طناب را با آن گرفته اید) به سمت بالا و پایین حرکت دهید، طناب در هوا با حرکات موج مانند بالا و پایین می‌رود و دامنه حرکات آن به یک میزان (بالا و پایین)تغییر می‌کند، خواه سرعت حرکت دست شما کم یا زیاد باشد.

 

این حرکات نوسانی را به اصطلاح، حالتی از مدوله‌سازی فرکانسی یا FM1 می‌نامند. در امواج رادیویی نیز این نوسانات تشکیل "امواج حامل2" راخواهند داد.

 

در مقابلFM  ، روش دیگری وجود دارد که طی آن امواج حامل بر اساس تغییرات مقادیر دامنه امواج شکل می‌گیرند که به این حالت، "مدولاسیون دامنه" یا AM گفته می‌شود.

 

 این در حالیست که مقادیر اختلاف تغییرات در دامنه یکسان نبوده و دائما با یکدیگراختلاف داشته باشند.

 

بنابراین در شیوه AM در یک بازه زمانی، دامنه امواج حامل دچار تغییرات می‌گردد. در حالی که فرکانس، ثابت و پایدار می‌ماند. ولی در شیوه FM در یک بازه زمانی دامنه امواج حامل ثابت بوده ولی فرکانس آن متغییراست.(البته در حد بسیار کم).

 

در روش AM  نرخ یا میزان  تغییرات  دامنه امواج بستگی  به نوسانات و زیر و بم صدای ارسالی خواهد داشت.

 

در FM نیز میزان تغییرات فرکانس امواج حامل وابسته به نوسانات و زیر و بم صدا خواهد بود.

 

  در روش مدولاسیون FM   صداهای آهسته و حد پایین محو نشده و از بین نمی رود، چرا که سیگنالهای FM هر تن صدا را بر روی فرکانس جداگانه ارسال می‌کند، به طوری که در هر لحظه دو فرکانس مختلف را با یکدیگر ترکیب و همزمان ارسال می‌نماید که اصطلاحا به آن استریو می‌گویند و از این جهت کیفیت بسیار بالاتری نسبت به روش AM  خواهد داشت. ازسوی دیگرارسال امواج AM نسبت به FM ازسهولت بیشتری برخورداراست چراکه این امواج  پیچیدگی‌های کمتری نسبت به FM  دارند.

 

در مقابل، کیفیت خوب سیگنالها‌ی FM که ناشی از دو فرکانسی بودن و پیچیدگی‌های‌ فرایند پخش آن است، دارای معایبی نیز است از جمله آن که این امواج در فواصل دور قابل دریافت نیستند و زودتر دچار افت خواهند شد. اما در عوض سیگنالهای ساده AM به‌راحتی تا فواصل بسیار دور نفوذ کرده و قابل در یافت از سوی گیرنده هستند.

پس به شکل خلاصه دریافتیم که امواج FM دارای کیفیت بالاتر ولی برد کوتاه‌تر هستند و امواجAM  دارای کیفیتی متوسط، اما برد بالاتری نسب به FM هستند.

 مدولاسیون AM

 

   مدولاسیون  AM یکی از روش های پخش امواج رادیویی است که تقریبا در مدتی نزدیک به3/2 ازقرن بیستم، رایج‌ترین شیوه پخش امواج رادیویی خصوصا پخش همگانی بوده وهم اکنون نیزاستفاده وسیعی دارد. این شیوه بیشتر توسط ایستگاه‌های رادیویی که رویکرد پخش اخبار داشته و یا اغلب حجم مطالب مورد انتشار آنها را "صحبت کردن" تشکیل می دهد، مورد استفاده واقع می گردد.

 

این درحالی است که ایستگاه‌های رادیویی عمومی و پخش موسیقی در دهه‌های اخیر ازشیوه  پخش FM استقبال نمودند.روشAM  تا قبل از جنگ جهانی اول برای ایستگاه‌های رادیویی کلامی و موسیقی استفاده می شد، اما در دهه بعد از جنگ اول جهانی فعالیت این ایستگاه ها به اوج خود رسید.

 

( اولین ایستگاه رادیوییAM   (تجاری) در 1920درپنسیلوانیای آمریکا آغاز به کار کرد. موسس این ایستگاه شخصی به نام "فرانک کان راد " بود. برنامه‌های این ایستگاه در ابتدا شامل نمایش‌نامه‌ها، برنامه‌های طنز و سر گرمی وتا حدودی اخبار وموسیقی بود.)

 

 انتشار امواج رادیویی AM  بر روی چند باند فرکانسی مختلف به شرح زیر انجام می‌گیرد:

#موج بلند    LW = 153-279 KHz

 

#موج متوسط     MW = 530-1.710 KHz

 

# موج کوتاه   SW = 2.300-26.100 KHz

که موج کوتاه آن (SW) خود به چندین تکه باند کوچکتر  تقسیم بندی می شود. تخصیص این باندها در وهله اول بر اساس تصمیم "ITU " یا اتحادیه بین المللی  مخابرات (بخش تنظیم مقررات رادیویی) و در مراحل بعدی بر اساس سازمان‌های تنظیم مقررات ملی هر کشور انجام می‌گیرد. برای مثال  در کشور ما، سازمان تنظیم مقررات و ارتباطات رادیویی و در ایالات متحده، FCC  یا کمیسیون فدرال ارتباطات عهده‌دار انجام این تقسیم بندی و تخصیص هستند.

 

 - موج بلند ( LW ): این باند برای انتشار امواج رادیویی ایستگاه های تجاری در اروپا، آفریقا، آسیا، واسترالیا (هرسه منقطه ITU ) مورد استفاده قرار دارد. این در حالیست که در کشور آمریکا این باند به عنوان پشتیبان یا باند رزرو برای باند مسیریابی هوا نوردی در نظر گرفته شده است.

 

 - موج متوسط (MW ): یکی از رایج‌ترین باندهای پخش امواج در ایستگاه‌های رادیویی AM است.

 

 - موج کوتاه (SW) :  توسط ایستگاه‌هایی به کار می‌رود که قصد انتشار امواج خود را به فواصل بسیار دورتر از محل ایستگاه دارند. صدای دریافتی از این امواج در فواصل دورتر دارای کیفیت کمتری نیز خواهد بود.

 

 امواج متوسط وکوتاه باند AM ، در شب و روز رفتار و اثرات متفاوتی را از خود نشان می‌دهند. در طول روز سیگنالهای AM بوسیله امواج (انتشار ) زمینی منتقل می‌شوند. در انعکاس از زمین امواج AM، سیگنالها قادرند تا چند صد کیلومتری ایستگاه ارسال شوند واین در حالی است که این امواج بعد از غروب آفتاب بر اساس تغییرات لایه یونسفر جو به شیوه انتشار آسمانی منتقل می‌گردند که در این حالت امواج منتشر شده از ایستگاه تا فواصل دورتری نسبت به روز قابل ارسال و دریافت خواهند بود. سیگنالهای رادیوییAM در فضاهای شهری می‌توانند براحتی توسط ساختمانهای مرتفع وآسمان خراش‌ها گسیخته ومختل شوند. به علاوه، دیگر منابع انتشار امواج رادیویی نیز می توانند اثرات مخرب و نامطلوبی بر فرایند انتقال این امواج بر جای گذارند.

 

 

 بنابر این یک فرستنده AM دستگاهی است که با تلفیق و سوار کردن سیگنالهای صوتی بر روی امواج حامل، یک موج AM را تشکیل داده و از طریق آنتن، آن را منتشر می‌نماید.

 

یک گیرنده‌ AM نیز مجهز به یک قسمت فیلتر و یک قسمت آشکارساز می‌باشد که عمل جداسازی سیگنالهای صوتی از امواج حامل و آشکار نمودن آنها را برعهده دارد.

 

مدولاسیون FM

 

  " ادوین آر مستر انگ " یک مخترع و مهندس الکترونیک  در آمریکا بود. وی در سال 1890 به دنیا آمد، مهندسی خود را از دانشگاه کلمبیا گرفت. وی همچنین  یکی از فعالیترین مخترعین  در عصر رادیو بود، به طوری که "مدولاسیون فرکانسی " رادیو یا (FM ) بزگترین اختراع وی به شمار می‌رود از دیگر اختراعات ادوین در دوران دانشکده، اختراع سیستم احیا کننده مدار درسال 1914بود.

 

با این حال حقیقت غم انگیز در  مورد او این بود که بسیاری از اختراعات وی بعداز  مرگش به نام دیگران ثبت شد. اما آرمسترانگ در سال 1933روش مدولاسیون فرکانسی رابه نام خود ثبت کرد.

 

مزیت این روش در زمینه انتقال اصوات بوسیله امواج رادیویی، در کیفیت و وضوح  بالاتر آن نسبت به روشهای AM و قبل از آن بود. آرمسترانگ پس از موفقیت در آزمایشهای مقدماتی توانست تا نظر FCC را برای اختصاص یک باند ویژه رادیویی به نام FM جلب کند این باند ابتدا در محدوده 42 الی 50 مگاهرتز قرار داشت.

 

 نخستین  ایستگاه  رادیو پخش همگانی FMدر سال  1937 با مجوز کمیته ملی ارتباطات آمریکا (FCC)، با علامت (W1xoj ) آغاز به کار کرد.

 

 در آن زمان رادیوهای FM هنوز در محدوده فرکانسی 42 تا50 مگاهرتز کار می‌کردند، که پس ازجنگ جهانی دوم، کمیته در 27 ژوئن 1945،گستره فرکانسی FM را به 88 الی MHZ 106 تغییر داد. این تغییر به منظور جلوگیری ازتداخل‌های رادیویی و همچنین افزایش ظرفیت کانالها انجام شد.

 

به علاوه این تغییر، باعث تحمیل هزینه‌های زیادی به ایستگاه‌های پخشFM  به علت تعویض تجهیزات قدیمی خود با تجهیزات پخش  بر روی باند جدید FM شد.

 

در کشور ما ایستگاه‌های رادیویی پخش همگانی FM در محدوده فرکانسی 88 الی 108 مگاهرتز یعنی با گستره‌ای برابر 20 مگاهرتز کار می‌کنند. این گستره تقریبا به 100 کانال تقسیم شده است، هر کانال با گستره‌ای برابر . 0/2 mhz

 

برای دریافت امواج FM می‌بایست از یک گیرندهFM استفاده نمود و برای  شنیدن  هر کانال  باید گیرنده  را دقیقا بر روی فرکانس مرکزی هر کانال تنظیم کرد.

 

برای مثال بالاترین کانال پهنایی برابر 8/107 مگا هرتز  الیMHZ108  را در بر می‌گیرد، بنابراین فرکانس مرکزی آن 9/107مگاهرتز است.

 

ایستگاه‌های پخش همگانی FM در کشورهای مختلف از توان خروجی بسیار بالایی درحد KW100  (کیلو وات) و یا حتی بیشتر استفاده می‌شود با چنین توانی امواج رادیویی تا فواصل 160 کیلومتری از ایستگاه فرستنده بخوبی قابل دریافت و شنیدن هستند. توان خروجی برخی از ایستگاه‌ها حتی تا 300 یا 500 کیلو وات نیز افزایش می یابد.