Rozchodzenie Się i Podział Fal Radiowych

9
1. Rozchodzenie się i podział fal radiowych Cechą każdego systemu radiowego jest przekazywanie informacji (dźwięku) przez środowisko propagacji fal radiowych. Przetwarzanie wiadomości, nadawanie i odbiór sygnałów radiowych zależą od układu i konstrukcji urządzeń nadawczo-odbiorczych, czyli od działań człowieka, natomiast warunki propagacji fal radiowych zależą od wielu czynników i okoliczności, pozostających poza wpływem człowieka. W każdym miejscu, czasie i zakresie częstotliwości istnieją w sensie statystycznym pewne warunki propagacyjne, których znajomość jest konieczna do optymalnego projektowania i stosowania systemów radiowych, Zakres częstotliwości wykorzystywany w systemach radiowych jest bardzo szeroki i obejmuje częstotliwości od kilku kHz do setek GHz. Częstotliwości te odpowiadają falom radiowym o długościach od kilkudziesięciu kilometrów do części milimetra. Między długością fali elektromagnetycznej λ, częstotliwością f, a prędkością rozchodzenia się fali v występuje zależność: f v = λ Dla fal elektromagnetycznych rozchodzących się w wolnej przestrzeni, prędkość rozchodzenia się fali jest równa prędkości światł a w próżni, w związku z czym długość fali oblicza się ze wzoru: f c = λ gdzie: λ - długość fali elektromagnetycznej [m], f - częstotliwość fali elektromagnetycznej [Hz], c = 3· 10 8 - prędkość światła w próżni [m/s]. W środowiskach innych jak próżnia prędkość rozchodzenia się fali elektromagnetycznej jest zawsze mniejsza od prędkości światła i zależy od przenikalności elektrycznej danego środowiska. Prędkość rozchodzenia się fali w danym środowisku oblicza się ze wzoru: r c v ε = Oprócz dekadowego podział u częstotliwości radiowych często stosuje si ę jeszcze tradycyjny podział widma częstotliwości na zakresy, który przedstawiono w tabeli 2. Tabela. 2. Tradycyjny podział widma częstotliwości radiowych Nazwa zakresu Oznaczenie zakresu Długość fali[λ] Częstotliwość fali [f] fale bardzo długie VLF powyżej 20 km poniżej 15 kHz fale długie LF 20 - 1 km 15 - 300 kHz fale średnie MF 1000 - 200 m 100 - 1500 kHz fale pośrednie - 200 - 100 m 1.5 - 3 MHz fale krótkie HF 100 - 10 m 3 - 30 MHz fale ultrakrótkie VHF, UHF 10 - l m 30 - 300 MHz mikrofale SHF poniżej 1 m powyżej 300 MHz Przy nadawaniu fal radiowych stosuje się dwa rodzaje emisji: z modulacją amplitudy — AM, z modulacją częstotliwości — FM. Podział fal radiowych z emisją AM: fale długie (LF) — od 150 kHz do 285 kHz, fale średnie (MF) — od 520 kHz do 1620 kHz, fale krótkie (HF) — od 3,95 MHz do 26,1 MHz. Podział fal radiowych z emisją FM: standard OIRT 1 : od (65,5 MHz do 74,0 MHz) ± 50 kHz, standard CCIR 2 : od (87,5 MHz do 108,0 MHz) ± 50 kHz. 1 OIRT Organisation International de Radiodiffusion et Television (tzw. standard wschodni). 2 CCIR Comite Consultatif International de Radiocommunication (tzw. standard zachodni).

description

Rozchodzenie Się i Podział Fal Radiowych

Transcript of Rozchodzenie Się i Podział Fal Radiowych

  • 1. Rozchodzenie si i podzia fal radiowych

    Cech kadego systemu radiowego jest przekazywanie informacji (dwiku) przez rodowisko propagacji fal radiowych. Przetwarzanie wiadomoci, nadawanie i odbir sygnaw radiowych zale od ukadu i konstrukcji urzdze nadawczo-odbiorczych, czyli od dziaa czowieka, natomiast warunki propagacji fal radiowych zale od wielu czynnikw i okolicznoci, pozostajcych poza wpywem czowieka. W kadym miejscu, czasie i zakresie czstotliwoci istniej w sensie statystycznym pewne warunki propagacyjne, ktrych znajomo jest konieczna do optymalnego projektowania i stosowania systemw radiowych, Zakres czstotliwoci wykorzystywany w systemach radiowych jest bardzo szeroki i obejmuje czstotliwoci od kilku kHz do setek GHz. Czstotliwoci te odpowiadaj falom radiowym o dugociach od kilkudziesiciu kilometrw do czci milimetra. Midzy dugoci fali elektromagnetycznej , czstotliwoci f, a prdkoci rozchodzenia si fali v wystpuje zaleno:

    fv =

    Dla fal elektromagnetycznych rozchodzcych si w wolnej przestrzeni, prdko rozchodzenia si fali jest rwna prdkoci wiata w prni, w zwizku z czym dugo fali oblicza si ze wzoru:

    fc=

    gdzie: - dugo fali elektromagnetycznej [m], f - czstotliwo fali elektromagnetycznej [Hz], c = 3 108 - prdko wiata w prni [m/s]. W rodowiskach innych jak prnia prdko rozchodzenia si fali elektromagnetycznej jest zawsze mniejsza od prdkoci wiata i zaley od przenikalnoci elektrycznej danego rodowiska. Prdko rozchodzenia si fali w danym rodowisku oblicza si ze wzoru:

    r

    cv = Oprcz dekadowego podziau czstotliwoci radiowych czsto stosuje si jeszcze tradycyjny podzia widma czstotliwoci na zakresy, ktry przedstawiono w tabeli 2.

    Tabela. 2. Tradycyjny podzia widma czstotliwoci radiowych

    Nazwa zakresu Oznaczenie zakresu Dugo fali[] Czstotliwo fali [f]

    fale bardzo dugie VLF powyej 20 km poniej 15 kHz

    fale dugie LF 20 - 1 km 15 - 300 kHz

    fale rednie MF 1000 - 200 m 100 - 1500 kHz

    fale porednie - 200 - 100 m 1.5 - 3 MHz

    fale krtkie HF 100 - 10 m 3 - 30 MHz

    fale ultrakrtkie VHF, UHF 10 - l m 30 - 300 MHz

    mikrofale SHF poniej 1 m powyej 300 MHz

    Przy nadawaniu fal radiowych stosuje si dwa rodzaje emisji: z modulacj amplitudy AM, z modulacj czstotliwoci FM.

    Podzia fal radiowych z emisj AM: fale dugie (LF) od 150 kHz do 285 kHz, fale rednie (MF) od 520 kHz do 1620 kHz, fale krtkie (HF) od 3,95 MHz do 26,1 MHz.

    Podzia fal radiowych z emisj FM: standard OIRT1: od (65,5 MHz do 74,0 MHz) 50 kHz, standard CCIR2: od (87,5 MHz do 108,0 MHz) 50 kHz.

    1 OIRT Organisation International de Radiodiffusion et Television (tzw. standard wschodni). 2 CCIR Comite Consultatif International de Radiocommunication (tzw. standard zachodni).

  • 2. Rodzaje i sposb rozchodzenia si fal radiowych Fale radiowe mona podzieli na podstawie charakteru drogi, wzdu ktrej docieraj one od nadajnika do

    odbiornika. W zalenoci od pooenia dwch punktw w przestrzeni, midzy ktrymi istnieje czno radiowa, mona wyrni trzy przypadki rozchodzenia si fal:

    a) Ziemia Ziemia, b) Ziemia kosmos, c) kosmos kosmos.

    W przypadku a) mamy do czynienia z rozchodzeniem si fal w otoczeniu Ziemi. Podzia tych fal przedstawiono na rys. l, a sposb ich rozchodzenia na rys. 2.

    Rys. l. Podzia fal rozchodzcych si w otoczeniu Ziemi

    Rys. 2. Sposb rozchodzenia si fal w otoczeniu Ziemi, l fala powierzchniowa, 2 fala troposferyczna, 3 fala jonosferyczna, 4 fala przestrzenna; a, b fala odbita, c fala bezporednia, N nadajnik, O odbiornik

    2.1. Polaryzacja i krtka charakterystyka fal

    Polaryzacja fali zaley od tego, w jakiej

    paszczynie drga wektor pola elektrycznego E, ktry jest zgodny z kierunkiem linii si tego pola. Promieniowane fale mog mie polaryzacj poziom (rys. 3) lub pionow (rys. 4). Spotyka si take inne rodzaje polaryzacji, np. koow, eliptyczn. Propagacja fali elektromagnetycznej jest zwizana z przenoszeniem energii. Miar tej energii moe by np. moc przepywajca przez l m2 powierzchni prostopadej do kierunku rozchodzenia si fali. W praktyce dogodniejsze jest operowanie tylko skadow elektryczn fali i okrelania wartoci skutecznej pola E tej fali, podawanej w V/m. Wygoda polega na bezporedniej interpretacji

    pomiarowej tej wielkoci. Fala elektromagnetyczna napotykajc na swej drodze przewodnik wywouje w nim przepyw prdu. Wystpuje tu analogia do powstawania prdu w przewodzie objtym dziaaniem zmiennego pola magnetycznego. Upraszczajc zagadnienie (pomijajc relacje midzy dugoci fali a dugoci przewodu), mona przyj, e np. fala indukujca w przewodzie pomiarowym o dugoci l m si elektromotoryczn o wartoci 25V ma natenie 25 V/m. Sil elektromotoryczn, wywoan przepywem prdu mierzymy oczywicie midzy kocami przewodu pomiarowego.

  • Rys. 3. Polaryzacja pozioma H (horizontal poziom; linie sil pola elektrycznego E promieniowanej fali s rwnolege do powierzchni Ziemi)

    Rys. 4. Polaryzacja pionowa V (vertical pion; linie si pola elektrycznego E promieniowanej fali s prostopade do powierzchni Ziemi)

    Fala przyziemna rozchodzi si blisko powierzchni Ziemi i dzieli si na fal powierzchniow i przestrzenn. Fala powierzchniowa jest promieniowana przez anten nadawcz umieszczon bezporednio na powierzchni Ziemi i rozchodzi si wzdu tej powierzchni. Zawiera si w zakresie bardzo niskich czstotliwoci i moe rozchodzi si na tysice kilometrw: do kilku tys. km dla fal z zakresu VLF, do kilkuset km dla fal z zakresu MF, do kilkudziesiciu km dla fal z zakresu HF.

    Fala jonosferyczna to taka fala, ktra dociera do odbiornika dziki odbiciu od jonosfery i zawiera si w zakresie fal rednich i krtkich. Dla fal ultrakrtkich o czstotliwoci od 30 do 50 MHz jonosfera staje si przezroczysta" i fale przenikajj, rozchodzc si w kosmos. Dla tego zakresu fal jonosfera przestaje dziaa jak reflektor i dlatego w cznoci satelitarnej stosuje si fale o bardzo wysokich czstotliwociach SHF, EHF. Fala troposferyczna jest to fala, ktra dociera do odbiornika dziki dyfrakcji i refrakcji fal w troposferze. Umoliwia to budowanie pozahoryzontalnych, naziemnych stacji radiowych o zasigu 200-1000 km.

    2.2. Anteny

    Antena jest elementem odwracalnym. Oznacza to, e antena moe dokonywa przemiany energii w obu kierunkach prdu w.cz. na fal elektromagnetyczn i fali elektromagnetycznej na prd (si elektromotoryczn). Antena nadawcza moe by odbiorcz i na odwrt. Ewentualne rnice dotycz konstrukcji i wymiarw obu typw anten. W przypadku idealnym podane byoby, aby caa moc prdu zmiennego dostarczanego do anteny bya wypromieniowana. Zblienie si do tego ideau wymaga tzw. dostrojenia anteny. (Anten moemy rozpatrywa jako szczeglny przypadek obwodu rezonansowego, zoonego z cewki, kondensatora i rda energii. Obwd taki cechuje si

    czstotliwoci rezonansow, dla ktrej amplituda prdu zmiennego pyncego w obwodzie osiga maksimum. Jeli w obwodzie takim, uziemionym w odpowiednim punkcie (rys. 5) zaczniemy rozsuwa okadziny kondensatora, to linie si pola elektrycznego bd obejmoway coraz wiksz prze-strze. W ostatniej fazie otrzymamy tzw. obwd otwarty. Charakteryzowa si on bdzie w dalszym cigu czstotliwoci rezonansow, wiksz ni na pocztku (ze wzgldu na zmniejszenie pojemnoci kondensatora). Przy tej czstotliwoci rezonansowej wypromieniowana ilo energii, doprowadzonej ze rda, bdzie najwiksza. Czstotliwo ta jest unkcj wymiarw fizycznych anteny oraz sposobu jej zasilania (rys. 6).

  • Rys. 5. Przeksztacenie zamknitego obwodu rezonansowego w antcnc nadawcz

    Rys. 6. Porwnanie anten Radiostacji Centralnej PR: a) stara antena wierfalowa (Raszyn); b) nowa plfalowa (Gbin).

    Przy rnych wymiarach promieniuj fal o tej samej dugoci rnica wysokoci jest zwizana ze sposobem zasilania.

    Istnieje wiele typw anten. Najwaniejszy

    podzia obejmuje anteny linearne i aperturowe. Anteny linearne maj posta przewodu (bd ukadu przewodw) o dugoci znacznie wikszej od wymiarw poprzecznych. Przykadem takiej anteny jest zarwno maszt Radiostacji Centralnej, jak i antena teleskopowa radiotelefonu Trop. Do tej grupy zaliczamy take np. anteny dipolowe czy prtowe. W przypadku anten aperturowych wy promieniowanie fali nastpuje z powierzchni, ktra moe mie rozmaity ksztat, np. paraboliczny w antenach parabolicznych. Istotnym parametrem okrelajcym anten jest charakterystyka promieniowania. W zalenoci od potrzeb antena moe by przystosowana do

    emitowania fali elektromagnetycznej z jednakow moc we wszystkich kierunkach (w okrelonej paszczynie). W tym przypadku mwimy o charakterystyce dookl-nej anteny. Charakterystyk tak maj niemal wszystkie anteny nadawcze radiofoniczne. Niekiedy istnieje potrzeba wyemitowania energii w cile okrelonym kierunku. Su do tego anteny kierunkowe (rys. 7). W przypadku anten linearnych uzyskanie duej kierunkowoci wymaga znacznej rozbudowy anteny. Mwimy wtedy raczej o zespole anten. Na charakterystyk kierunkow anteny ma ponadto wpyw jej usytuowanie wzgldem powierzchni Ziemi.

    Rys. 7. Charakterystyki kierunkowe w paszczynie pionowej anteny wier i plfalowej pionowej

    (a) w paszczynie poziomej dipola o rnych stosunkach dugoci l do dugoci fali (b) oraz charakterystyka anteny kierunkowej

    (c) w paszczynie poziomej

  • 3. Zasady nadawania sygnau radiofonicznego

    Foniczny sygna informacyjny (mowa lub muzyka) jest przeksztacany na odpowiedni prdowy sygna mikrofonowy maej czstotliwoci (m.cz.) i przesyany do irzdzenia nadawczego. W urzdzeniu tym nastpuje wzmocnienie tego sygnau, 30 czym moduluje on amplitudowo (AM) lub czstotliwociowo (FM) fal non nadajnika. Dziki temu sygna

    m.cz. jest przeniesiony do innego zakresu czstotliwoci, dogodnego do transmisji (zmodulowana fala nona wysokiej czstotliwoci - w.cz. nadajnika). Sygna zmodulowany w.cz. jest nastpnie wzmacniany i promieniowany w postaci fali elektromagnetycznej przez nadawcz anten radiow.

    3.1. Struktura informacji w radiofonii sygna m.cz. rdem sygnaw informacyjnych w radiofonii

    s audycje sowno-muzyczne. Sygnay te s okrelane przez dwa parametry: zakres czstotliwoci sygnau fonicznego i jego dynamik. Cakowite, wierne odtworzenie mowy ludzkiej wymaga przesyania sygnaw o czstotliwoci od 100 do 8000 Hz i o dynamice okoo 40 dB. Odtworzenie muzyki wymaga zakresu czstotliwoci od 40 do 15000 Hz i dynamiki okoo 70 dB. Na wierno i jako odtwarzania mowy i muzyki maj wpyw niedoskonaoci urzdze nadawczo-odbiorczych (nadajniki, odbiorniki, urzdzenia zapisu i odczytu), wynikajce z ograniczonego pasma przenoszenia i dynamiki. W radiofonii sygnay foniczne m.cz. s nadawane w postaci odpowiadajcych im elektrycznych sygnaw mikrofonowych o maej czstotliwoci z zakresu od 20 Hz do 20 kHz. Mona wyrni trzy sposoby przesyania sygnaw fonicznych (dwikw):

    monofoniczny, stereofoniczny, kwadrofoniczny.

    W systemie monofonicznym przesya si tylko jeden sygna mikrofonowy m.cz. zawierajcy informacje o zakresie czstotliwoci i dynamice.

    W systemach stereofonicznych i kwadrofonicznych dodatkowo przesya si informacje o kierunku pochodzenia dwiku. Aby uzyska t informacj, w systemie stereofonicznym stosuje si przesyanie dwch niezalenych sygnaw mikrofonowych, z dwch mikrofonw odpowiednio ustawionych do rda dwiku. Pozwala to na uzyskanie dodatkowych specjalnych wrae dwikowych, np. wraenie sali koncertowej, w ktrej oprcz orkiestry syszy si szum sali, dwiki odbite od cian, obecno suchaczy itp.

    Opisane wyej systemy nadawania sygnaw fonicznych ilustruje w sposb uproszczony rys. 5. Sygnay mikrofonowe m.cz. ze studia lub wozu transmisyjnego przesya si do nadajnika radiowego drog przewodow lub radiow lini transmisyjn.

    Rys. 5. Rozstawianie mikrofonw w systemach: a) monofonicznym, b) stereofonicznym, d) kwadrofonicznym

  • 3.2. Sygnay wysokiej czstotliwoci w radiofonii monofonicznej AM/FM

    Sygnaem wysokiej czstotliwoci w radiofonii nazywa si sygna nony nadajnika o ustalonej mocy i czstotliwoci, ktry jest modulowany sygnaem mikrofonowym m.cz. Modulacja odbywa si w nadajniku radiowym i ma na celu:

    - czstotliwociowe rozdzielenie kanaw (stacji) radiowych. Sygnay radiowe m.cz. wszystkich stacji radiowych maj ten sam zakres czstotli-woci akustycznych. W procesie modulacji widmo sygnaw m.cz. jest przenoszone w inny zakres czstotliwoci, skupiony wok fali nonej danej stacji. Umoliwia to jednoczesn prac wszystkich stacji bez wzajemnych zakce oraz selektywny wybr stacji radiowej, - uatwienie emisji radiowej. Sygnay radiowe mog by skutecznie emitowane tylko wtedy, gdy dugo fali emitowanej jest porwnywalna z wy-miarami elementu promieniujcego anteny nadawczej. Warunek ten moe wic by speniony, jeli fala promieniowana ma wysok czstotliwo, a tym samym ma dugo. Sygnay m.cz. z zakresu do 20 kHz odpowiadaj falom o dugociach tak duych, e anteny do ich promieniowania musiayby mie absurdalnie due wymiary. Na przykad dugo fali odpowiadajca czstotliwoci 20 kHz wynosi:

    .15][20000

    ][3000001

    1

    kms

    skmfc ===

    - zmniejszenie wzgldnej szerokoci pasma kanau radiowego, co uatwia w odbiorniku odbir danej stacji radiowej przy uyciu atwo realizowanych filtrw czstotliwociowych. W radiofonii monofonicznej stosuje si dwa

    rodzaje modulacji: amplitudow i czstotliwociow. W zakresie fal dugich, rednich i krtkich, czyli

    w radiofonii AM stosuje si modulacj amplitudow oznaczon jako AM (ang. Amplitude Modulation). Modulacja amplitudy polega na tym, e w takt zmian amplitudy sygnau modulujcego (sygna mikrofonowy m.cz.) zmienia si amplituda fali nonej w.cz. (sygna nony nadajnika), przy czym czstotliwo sygnau nonego nie ulega zmianie. Oglnie mwic, informacja przekazywana do odbiornika (dwik) jest zakodowana w zmianach amplitudy sygnau nonego w.cz. nadajnika radiowego. Na rys. 6 przedstawiono ogln ide modulacji AM oraz przebiegi wystpujce w procesie modulacji.

    a) sygna modulujcy m.cz. (informacja) o przebiegu sinusoidalnym (tzw. fala modulujca) ( ) ( ),cos1 tUtU m = gdzie: Um maksymalna amplituda sygnau modulujcego, = 2f pulsacja sygnau modulujcego;

    b) sygna nony w.cz. nadajnika radiowego, tzw. fala nona w.cz. o przebiegu sinusoidalnym ( ) ( ),cos 002 tUtU = gdzie: U0 amplituda fali nonej bez modulacji, 0 = 2f0 pulsacja fali nonej, przy czym f0 czstotliwo fali nonej;

    c) sygna nony w.cz. zmodulowany amplitudowo na wyjciu

    modulatora AM w nadajniku radiowym:

    ( ) ( )[ ] ( ).coscos1 00 ttmUtU wy +=

  • Rys. 6. Przebiegi i schemat ideowy modulacji AM

    Dla uproszczenia zagadnienia przyjto, e sygna nony w.cz. jest modulowany sygnaem m.cz. o przebiegu sinusoidalnym. W rzeczywistoci sygna ten ma ksztat zaleny od rodzaju dwiku, a jego amplituda zaley od natenia tego dwiku. Po rozwiniciu wzoru: ( ) ( )[ ] ( )ttmUtU wy += 00 coscos1 otrzymuje si nastpujce skadniki sygnau zmodulowanego:

    ( ) ( ) ( )[ ] ( )[ ]tmUtmUtUtU wy +++= 000000 cos2cos2cos gdzie: ( )tU 00 cos - fala nona w.cz. nie zawierajca informacji,

    ( )[ ]tmU 00 cos2 - lewa wstga boczna z informacj (LSB), ( )[ ]tmU + 00 cos2 - prawa wstga boczna z informacj (USB).

    Wspczynnik m, wystpujcy w powyszym wzorze, jest nazywany wspczynnikiem gbokoci modulacji amplitudy i jest okrelony wzorem:

    .0U

    Um m=

    2=fWidmo sygnau zmodulowanego AM dla jednej czstotliwoci modulujcej

    przedstawiono na rys. 7.

    Rys. 7. Widmo sygnau zmodulowanego amplitudowo dla jednej czstotliwoci sygnau modulujcego Jak wida na rysunku 7, widmo sygnau zmodulowanego zawiera fal non bez informacji w postaci prka widma o czstotliwoci f0 oraz dwa prki boczne, zawierajce t sam informacj o sygnale modulujcym: lewy prek boczny o czstotliwoci f0 - f, odlegy od fali nonej o warto czstotliwoci sygnau modulujcego f i prawy prek boczny o czstotliwoci f0 + f, odlegy od fali nonej o t sam warto. Poniewa w radiofonii monofonicznej AM stosuje si dwuwstgow modulacj amplitudow z pen fal non, co

    oznacza, e do odbiornika nadaje si fal non i wszystkie czstotliwoci skupione po obu jej stronach, wic szeroko pasma kanau radiofonicznego AM musi by rwna podwjnej wartoci maksymalnej czstotliwoci modulujcej fmax: ,2 maxfB = gdzie: B - szeroko pasma czstotliwoci kanau radiofonicznego AM [Hz], fmax - maksymalna czstotliwo modulujca [Hz].

  • W przypadku nadawania do odbiornika

    penego pasma akustycznego, dla ktrego fmax = 20 kHz, pasmo kanau radiofonicznego AM musiaoby mie szeroko B = 2 fmax = 40 kHz. W rzeczywistoci, ze wzgldu na ograniczon pojemno kanaw radiowych zakresu AM, szeroko pasma kanau radiowego AM ogranicza si do 9 kHz. Takie ograniczenie pasma kanau radiofonicznego AM powoduje, e po demodulacji AM w odbiorniku otrzymuje si sygnay foniczne ograniczone w pamie do 4,5 kHz (fmax = B : 2 = 9 kHz : 2 = 4,5 kHz), ktre pozwalaj na dobre odtwarzanie audycji informacyjnych (mowy), natomiast audycje muzyczne s odtwarzane z gorsz jakoci, gdy ograniczenie czstotliwoci sygnaw fonicznych do 4,5 kHz powoduje utrat tonw wysokich typowych dla tego rodzaju audycji. Mimo opisanej wady modulacji AM, jest ona powszechnie stosowana i cechuje si prostot urzdze nadawczo-odbiorczych. W celu zapewnienia duej jakoci przenoszenia dwiku, w radiofonii stosuje si systemy nadawczo-odbiorcze z modulacj czstotliwoci. Jest to tzw. radiofonia FM.

    Modulacj FM (ang. Frequency Modulation) stosuje si w zakresie fal ultrakrtkich, czyli w zakresie UKF. Modulacja czstotliwoci

    polega na tym, e w takt zmian amplitudy sygnau modulujcego m.cz. zmienia si chwilowa czstotliwo fali nonej, a jej amplituda pozostaje staa. Informacja o sygnale modulujcym jest zawarta w zmianach czstotliwoci sygnau nonego w.cz. Ide modulacji FM przedstawiono na rys. 8. Jak wida na rysunku 8, czstotliwo spoczynkowa f0 sygnau nonego w.cz. zmienia si pod wpywem zmian amplitudy sygnau modulujcego o pewn warto f0, zwan dewiacj czstotliwoci. Wynika std, e informacja jest zakodowana w zmianach czstotliwoci sygnau zmodulowanego. Wymaga si, aby zmiany czstotliwoci fali nonej zaleay liniowo od zmian amplitudy sygnau modulujcego, czyli f0 = k Um, gdzie k jest wspczynnikiem staym, zalenym od konstrukcji modulatora FM. Chwilowa czstotliwo sygnau zmodulowanego (w czasie modulacji) wynosi: ( ).000 mUkffff == Jeli sygna modulujcy nie wystpuje, to na wyjciu modulatora FM pojawia si sygna nony o czstotliwoci spoczynkowej f0, gdy wwczas f0=0 oraz .0 000 fffff =+== Teoretyczna charakterystyka robocza modulatora FM powinna mie ksztat, jak na rysunku 9.

    a) sygna modulujcy m.cz. (informacja) o przebiegu sinusoidalnym (tzw. fala modulujca) ( ) ( ),sin1 tUtU m =

    gdzie: Um maksymalna amplituda sygnau modulujcego, = 2f pulsacja sygnau modulujcego;

    b) sygna nony w.cz. nadajnika radiowego, tzw. fala nona w.cz. o przebiegu sinusoidalnym ( ) ( ),sin 002 tUtU =

    i pulsacji podstawowej (spoczynkowej) 0 = 2f0 pulsacja fali nonej, gdzie f0 oznacza czstotliwo spoczynkow fali nonej;

    sygna nony w.cz. zmodulowany amplitudowo na wyjciu modulatora AM w nadajniku radiowym:

    ( ) ( )

    += tfftUtUwy sinsin 000

    Rys. 8. Przebiegi i schemat ideowy modulacji FM

  • Rys. 9. Charakterystyka f0= f(Um) modulatora FM

    Podobnie jak dla modulacji amplitudowej AM, sygna w.cz. zmodulowany czstotliwociowe (FM) mona przedstawi w postaci widma prkowego (rys. 10).

    Jak wida na rysunku 10, widmo sygnau zmodulowanego czstotliwociowe, oprcz prka fali nonej o czstotliwoci spoczynkowej f0, zawiera szereg prkw bocznych rozmieszczonych symetrycznie po obu stronach fali nonej w odle-gociach rwnych krotnociom czstotliwoci f. Zakadajc, e modulator FM przenosi wszystkie prki z informacj o amplitudzie wikszej ni 5% amplitudy niemodulowanej fali nonej U0, szeroko pasma sygnau zmodulowanego FM mona okreli jako: ( ),2 max0 ffB += gdzie: f0 - dewiacja czstotliwoci, fmax - maksymalna czstotliwo sygnau modulujacegom.cz.

    Rys. 10. Widmo sygnau zmodulowanego czstotliwociowe dla jednej czstotliwoci

    modulujcej 2=f

    Poniewa przy nadawaniu sygnaw radiofonicznych w zakresie UKF warto dewiacji f0 jest znacznie wiksza od maksymalnej czstotliwoci sygnau modulujcego fmax (f0 >fmax), wic praktyczne pasmo czstotliwoci kanau radio-fonicznego FM wynosi:

    B 2 f0.

    Przy nadawaniu sygnaw w zakresie UKF ustalono nastpujce wartoci dewiacji: - w standardzie OIRT: f0 maz = 50 kHz. Wwczas przy fmax=15 kHz pasmo kanau monofonicznego FM: wynosi B = 265 kHz =130 kHz, - w standardzie CCIR: f0 maz =75 kHz. Wwczas przy fmax=15 kHz pasmo kanau monofonicznego FM wynosi: B = 2 90 kHz = 180 kHz.

    Oglnie przyjmuje si szeroko kanau radiowego FM rwn 250 kHz. Cech modulacji FM jest dua wierno odtwarzania dwiku oraz odporno sygnau zmodulowanego na szumy i zakcenia wystpujce w czasie przesyania sygnau.

    Rozchodzenie si i podzia fal radiowychRodzaje i sposb rozchodzenia si fal radiowychRys. 5. Przeksztacenie zamknitego obwodu rezonansowego w aZasady nadawania sygnau radiofonicznego