W roku 1936 Arthur Hilary Armstrong udowodnił, że radiofonia ultrakrótkofalowa z modulacją częstotliwości, jest skuteczną bronią przed wszelkiego rodzaju szkodliwym zakłóceniom odbioru radiowego. Wykorzystywanie zakresu UKF, czyli fal radiowych o długościach od 1 do 10 metrów w zakresie częstotliwości 30 – 300 MHz stworzyło możliwości zwiększenia liczby emitowanych dotychczas programów radiowych. Zakresy radiowe obejmujące fale długie i średnie wykorzystywane są w radiofonii, jednak niewielka liczba dostępnych kanałów nie pozwala na zwiększenie liczby nadajników, gdyż prowadziłoby to do znacznego pogorszenia jakości odbioru wskutek zawężenia pasma przenoszonych częstotliwości akustycznych, czy też interferencji pomiędzy nadajnikami.
W Polsce pierwszy eksperymentalny nadajnik pracujący w zakresie ultrakrótkofalowym, transmitujący regularny program radiowy, został uruchomiony w 1952 roku. Pracował on na częstotliwości97,6 MHz z mocą 10 kW. Pierwotnie wykorzystywany w polskiej radiofonii UKF zakres częstotliwości 66-73 MHz, charakteryzował się bardzo wysokim poziomem interferencji pomiędzy nadajnikami, dlatego decyzją Administracyjnej Konferencji Radiokomunikacyjnej w Genewie w roku 1979 podjęto decyzję o wykorzystaniu zakresu 87-108 MHz. Przyszło nam jednak dosyć długo czekać na przejście ze standardu OIRT na CCIR, bo dopiero w 1999 roku definitywnie zamknięto pasmo 66-73 MHz i uruchomiono radiodyfuzję w zakresie częstotliwości 87-108 MHz. Do roku 1999 pasmo 87-108 MHz było zajęte przez nadajniki telewizyjne, a polski przemysł trzeba było przestawić na produkcję nowych odbiorników radiowych. Produkowane ówcześnie odbiorniki zagraniczne miały nieco inną częstotliwość pośrednią, w związku z czym wszystkie importowane urządzenia musiały być przerabiane przez dystrybutorów sprzętu.
Pierwszeństwo w przydziale częstotliwości radiowych w nowym paśmie miało oczywiście Polskie Radio. W latach 1995- 1999 stworzono ogólnokrajową sieć nadajników PR. Dopiero po tych działaniach przydzielano częstotliwości radiowe dla nadajników komercyjnych rozgłośni radiowych. Całe pasmo UKF podzielono pierwotnie na trzy podzakresy: – dwa podzakresy częstotliwości ogólnokrajowych przeznaczono dla programów ogólnokrajowych, – jeden podzakres częstotliwości przeznaczono dla programów lokalnych; w tym zakresie należało uwzględnić wymagania zwiększonej wzajemnej ochrony przed zakłóceniami pomiędzy nadajnikami. W chwili obecnej można uznać, że sieć radiofonii UKF jest dopracowana, możemy korzystać na terenie kraju z setek lokalnych rozgłośni radiowych i kilkunastu dużych rozgłośni o zasięgu ogólnokrajowym. Nadajniki oferują sygnał radiowy z poziomą charakterystyką
promieniowania dla zastosowań domowych i z pionową dla radia mobilnego, czyli wzdłuż głównych dróg na terenie kraju.
Podczas omawiania radiofonii UKF nie sposób nie przybliżyć tematu modulacji częstotliwości (FM), która jest w zakresie fal ultrakrótkich wykorzystywana. Technika nadawania i odbioru w tym zakresie częstotliwości na całym świecie oparta jest wyłącznie na modulacji częstotliwości.
W modulacji częstotliwości amplituda napięcia i prądu wielkiej częstotliwości pozostaje stała, natomiast zmienia się pod wpływem sygnału modulującego wartość wielkiej częstotliwości. O ile w modulacji amplitudy zjawiskiem pożądanym były zmiany napięcia i prądu modulowanego sygnału w.cz., o tyle przy modulacji częstotliwości stosuje się specjalne środki zapobiegające powstawaniu wszelkich dodatkowych modulacji amplitudy, która w tym przypadku jest zjawiskiem szkodliwym. Przy modulacji FM chwilowa częstotliwość napięcia sygnału w.cz. jest zmieniana wokół jej wartości nośnej, zwanej częstotliwością środkową. Jeżeli sygnał modulujący, który wytwarza modulację częstotliwości nie występuje (np. piker nic nie mówi), to częstotliwość powraca do swojej początkowej wartości, tj. częstotliwości środkowe i pozostaje niezmieniona, aż do ponownego pojawienia się napięcia modulującego.
Przy modulacji FM:
– im głośniejszy jest dźwięk, tym większa powstaje zmiana wielkiej częstotliwości w stosunku do częstotliwości środkowej (amplituda sygnału modulującego określa wartość zmiany w.cz.)
– im częstotliwość sygnału modulującego jest większa, tym liczba zmian wielkiej częstotliwości przypadająca na sekundę będzie większa (i będzie równa częstotliwości sygnału modulującego).
Wartość, o którą zmienia się częstotliwość zmodulowana od częstotliwości środkowej, nazywa się dewiacją (odchyleniem) częstotliwości. Znamionowa dewiacja, jaka została przyjęta w Polsce w nadajnikach radiofonii UKF wynosi 50 kHz. Wielkością charakterystyczną dla modulacji częstotliwości, jest tzw. wskaźnik modulacji częstotliwości, który równy jest ilorazowi największej dopuszczalnej dewiacji częstotliwości przez częstotliwość modulującą (np. akustyczną). W radiofonii UKF, jak wyżej już wspomniałem przyjęto dewiację 50 kHz i maksymalną częstotliwość modulującą równą 15 kHz. Zatem wskaźnik modulacji częstotliwości ma wartość 3,3. Powstające podczas modulacji częstotliwości widmo częstotliwości ma w przybliżeniu szerokość równą sumie podwójnej dewiacji i podwójnej częstotliwości modulującej. Szerokość ta wynosi więc dla przyjętej dewiacji 50 kHz: 2 x 50 kHz + 2 x 15 kHz, czyli około
130 kHz. Przy modulacji częstotliwości zmiany napięcia zmodulowanego wielkiej częstotliwości powodują, że każdy okres przebiegu zmiennego w.cz. nie może być przebiegiem czysto sinusoidalnym (gdyż każdy następujący okres ma nieco większą lub nieco mniejszą częstotliwość niż poprzedni).
Przy modulacji FM powstaje duża liczba częstotliwości bocznych, zależna od wartości dewiacji. W nadajniku UKF FM teoretycznie może powstać nieskończenie wiele częstotliwości bocznych, ale w praktyce są brane pod uwagę tylko te, których amplituda nie jest mniejsza niż 1% amplitudy fali nośnej. Tak więc przy modulacji częstotliwości energia sygnału jest przenoszona przez szerokie widmo częstotliwości bocznych. Dlatego też w celu zapewnienia dobrego odbioru należy odbierać szerokie pasmo częstotliwości, położone symetrycznie po obu stronach częstotliwości środkowej.
Z głównych zalet modulacji FM należy wymienić zmniejszenie wpływu zakłóceń atmosferycznych na odbiór programów radiofonicznych, gdyż zakłócenia te mają charakter sygnałów o modulowanej amplitudzie. Jeżeli wskaźnik modulacji jest znacznie większy od jedności, znacznie poprawia się stosunek sygnału do szumu. Modulacja częstotliwości umożliwia przenoszenie znacznie szerszego pasma częstotliwości akustycznych, niż ma to miejsce przy modulacji amplitudy AM. Modulacja ta zapewnia wysoką jakość i wierność emitowanych audycji. Modulacja FM pozwala na znacznie lepsze wykorzystanie pracy nadajnika, gdyż energia sygnału jest przenoszona przez szerokie widmo częstotliwości bocznych.
MACIEJ SKORASZEWSKI, Biuro PTPiREE
