radiowe nie zdawał sobie sprawy z wagi swojego odkrycia. Nie przypuszczał, że może ono mieć praktyczne zastosowanie. Ale już kilkanaście lat później, w roku 1896, niezależnie od siebie, Nikola Tesla i Aleksandr Popow wysłali informację posługując się alfabetem Morse’a. Był to tak zwany telegraf bez drutu. Tym tropem poszło następnie wielu wynalazców i szybko wymyślili, jak wykorzystać falę elektromagnetyczną do przenoszenia informacji na odległość.
Podstawową sposobem komunikacji od wieków jest informacja głosowa. Przesyłanie komunikatów głosowych odbywało się w dawnych czasach przez posłańców. Dziś głos przesyłamy przy użyciu techniki radiowej. Aby jednak tak się stało, nadajnik radiowy musi wyemitować falę elektromagnetyczną z zapisanymi informacjami o przekazywanym komunikacie. Dziś, słuchając rozgłośni radiowych, czy korzystając z telefonu nie zastanawiamy się jak to się dzieje, że słyszymy w głośniku czyjąś mowę.
Zdjęcie: Archiwum
Fala elektromagnetyczna posiada właściwość rozprzestrzeniania się na odległość. W zależności od częstotliwości, fale radiowe mogą rozchodzić się swobodnie na odległość kilku, kilkudziesięciu, czy nawet tysięcy kilometrów. Najpopularniejszym i chyba najbardziej znanym zakresem częstotliwości jest zakres fal długich. Wykorzystywany jest na świecie od początku istnienia radiofonii, a w Polsce znamy jest z nadajnika stacji radiowej Warszawa 1, który jest słyszalny nawet w odległości tysięcy kilometrów od granic naszego kraju. Kolejna, wyższa częstotliwość, to tzw. zakres fal średnich, wykorzystywany dla potrzeb radiofonii bliższego zasięgu, a więc do kilkuset kilometrów. W Polsce niestety nadajniki w tym zakresie już nie pracują. Zaraz za falami średnimi rozpościera się szerokie widmo fal krótkich obejmujące zakres częstotliwości od 3 do 30 MHz. Ten zakres fal pozwala na rozprzestrzenianie sygnału praktycznie na każdą odległość – główną właściwością fali krótkiej jest możliwość jej odbijania od stratosfery, a zatem zasięg wybiega daleko poza linię horyzontu, a w sprzyjających warunkach może okrążyć glob ziemski. Najpowszechniejszym w dzisiejszych czasach zakresem fal jet tzw. UKF (fale ultrakrótkie). Co prawda ich zasięg nie jest zbyt duży, jednak gęsta sieć nadajników pozwala na odbiór popularnych stacji radiowych na terenie całego kraju. Wyższe zakresy częstotliwości, a więc powyżej 110 MHz wykorzystywane są do profesjonalnej łączności radiowej, między innymi dla sieci łączności energetyki.
Tyle o falach i ich właściwościach propagacyjnych. Fale rozchodzą się, ale jak to się dzieje, że zawierają informację? Otóż tę informację trzeba w fali radiowej zapisać, a więc zmodulować ją. Krótko mówiąc sygnałem mowy należy tak zmienić właściwości fali radiowej, aby można było tę informację odczytać w odbiorniku radiowym. Do tego celu służą modulatory, czyli urządzenia zmieniające właściwości fali w zależności od np. głosu.
Podstawowym i pierwszym odkrytym rodzajem modulacji jest modulacja amplitudy. Najprostszym przykładem tej modulacji jest dwustanowa modulacja OOK (On-Off Keying), która polega na włączaniu i wyłączaniu sygnału nośnej. Jest to elementarna forma modulacji cyfrowej. Była wykorzystana w transmisji kodu Morse’a, gdzie czas trwania lub zaniku sygnału odpowiadał poszczególnym znakom alfabetu.
Klasyczna modulacja amplitudy polega jednak na zwiększaniu i zmniejszaniu poziomu fali nośnej, zależnie od informacji audio przekazanej do modulatora z mikrofonu. A więc odwzorowujemy komunikat słowny w sile sygnału fali nośnej, której poziom jest zmienny przez cały czas trwania transmisji. Krótko mówiąc w modulacji amplitudy obwiednia sygnału nośnej odzwierciedla zmiany sygnału informacyjnego. Zaletą modulacji amplitudy jest niewątpliwie jej prostota. Jednak decydujące znaczenie mają wady tej metody, czyli nieefektywne wykorzystanie dostępnego pasma i mała sprawność energetyczna. Informacja użyteczna jest bowiem zawarta w sygnale, którego moc stanowi jedynie 33% całkowitej mocy sygnału zmodulowanego amplitudowo.
Zdjęcia: Archiwum
Oczywiście modulacja AM przez lata ewoluowała, starano się uzyskać jak największy zysk energetyczny, co oczywiście wpływa na zasięgi łączności radiowej. Należy tutaj wspomnieć o następujących odmianach modulacji AM:
- AM-SC (DSB, DSB-SC) (ang. Amplitude Modulation Suppressed Carrier, Double Side Band) – dwuwstęgowa modulacja amplitudy z wytłumioną falą nośną,
- ISB (ang. Independent Side Band) – modulacja amplitudy z dwiema niezależnymi wstęgami bocznymi i częściowo wytłumioną lub wytłumioną falą nośną (B3E),
- VSB (ang. Vestigial Sideband) – modulacja amplitudy z częściowo tłumioną wstęga boczną (C3F),
- SSB-FC (ang. Single Side Band Full Carrier) – jednowstęgowa modulacja amplitudy z falą nośną (H3E),
- SSB-RC (ang. Single Side Band Reduced Carrier) – jednowstęgowa modulacja amplitudy z częściowo wytłumioną falą nośną (R3E),
- SSB-SC (ang. Single Side Band Suppressed Carrier) – jednowstęgowa modulacja amplitudy z wytłumioną falą nośną (min. 45 dB) – oznaczana często jako SSB (J3E).
Ten ostatni typ modulacji jest najefektywniejszy pod względem energetycznym, gdyż do przesłania informacji zmodulowanej SSB-SC wystarczy tylko 25% mocy potrzebnej do przesłania tego samego sygnału zmodulowanego „pełną” modulacją amplitudy i zajmuje węższe pasmo. Jest jednak najtrudniejszy do realizacji praktycznej. Modulacja SSB stosowana jest powszechnie w krótkofalarstwie.
Prostota modulacji AM ma jeszcze jedną zaletę: sygnał radiowy można odebrać i zdemodulować bardzo prostym detektorem. Najprostszym układem demodulatora jest w tym przypadku detektor diodowy. Wystarczy jeden element – jedna dioda do odkodowania przesyłanej informacji. Oczywiście dzisiejsze odbiorniki radiowe wydają się być bardziej skomplikowane, jednak podstawa ich działania oparta jest na jednej diodzie detekcyjnej.
MACIEJ SKORASZEWSKI, Biuro PTPiREE
