מֵידָע

מה זה אפנון תדרים, FM

מה זה אפנון תדרים, FM


בעוד ששינוי משרעת של אות רדיו הוא השיטה הברורה ביותר לווסת אותו, זה בשום אופן לא הדרך היחידה. אפשר גם לשנות את תדר האות כדי לתת אפנון תדרים או FM. אפנון תדרים נמצא בשימוש נרחב בתדרים מעל 30 מגה הרץ, והוא ידוע במיוחד לשימוש בו לשידור VHF FM.

למרות שזה לא יכול להיות פשוט כמו אפנון משרעת, עם זאת אפנון תדרים, FM, מציע כמה יתרונות ברורים. היא מסוגלת לספק קליטה כמעט ללא הפרעות, ומסיבה זו היא אומצה לשידורי סאונד VHF. שידורים אלה יכולים להציע שמע באיכות גבוהה, ומסיבה זו אפנון תדרים פופולרי בהרבה משידורים ישנים יותר בלהקות הגל הארוכות, הבינוניות והקצרות.

בנוסף לשימוש הנרחב לשידורי שמע באיכות גבוהה, FM משמש גם למגוון מערכות תקשורת רדיו דו-כיווניות. בין אם עבור מערכות תקשורת רדיו קבועות או ניידות, ובין אם לשימוש ביישומים ניידים, FM נמצא בשימוש נרחב ב- VHF ומעלה.

מה זה אפנון תדרים, FM?

כדי ליצור אות מווסת תדרים, תדר מוביל הרדיו משתנה בהתאם למשרעת אות השמע הנכנס.

כאשר אות השמע מווסת על מוביל תדרי הרדיו, אות תדר הרדיו החדש נע למעלה ולמטה בתדר. הסכום בו נע האות מעלה ומטה חשוב. זה מכונה סטייה ובדרך כלל מצוטט כמספר סטיית הקילוהרץ. כדוגמה לאות עשויה להיות סטייה של פלוס מינוס 3 קילוהרץ, כלומר ± 3 קילוהרץ. במקרה זה המוביל עשוי לנוע ולרדת ב -3 קילוהרץ.

תחנות שידור בחלק ה- VHF בספקטרום התדרים שבין 88.5 ל- 108 מגה הרץ משתמשות בערכי סטייה גדולים, בדרך כלל ± 75 קילוהרץ. זה מכונה FM רחב-פס (WBFM). אותות אלה מסוגלים לתמוך בשידורים באיכות גבוהה, אך תופסים רוחב פס רב. בדרך כלל מותר 200 קילוהרץ לכל שידור FM רחב. למטרות תקשורת נעשה שימוש ברוחב פס פחות. הלהקה הצרה FM (NBFM) משתמשת לעתים קרובות בנתוני סטייה בסביבות ± 3 קילוהרץ.

זהו FM צר-פס המשמש בדרך כלל ליישומי תקשורת רדיו דו-כיווניים. בעל פס צר יותר אינו מסוגל לספק את האיכות הגבוהה של שידורי הפס הרחב, אך אין צורך ביישומים כגון תקשורת רדיו ניידת.

הפחתת תדרים

כמו בכל צורה של אפנון, יש צורך להיות מסוגל לפתח אותו בהצלחה ולשחזר את האות המקורי. ניתן לקרוא למפגן FM מגוון רחב של שמות כולל demodulator FM, גלאי FM או מפלה FM.

ישנם מספר סוגים שונים של FM demodulator, אך כולם מאפשרים להמיר את וריאציות התדרים של האות הנכנס לוואריציות משרעת על הפלט. אלה מוזנים בדרך כלל למגבר שמע, או אולי לממשק דיגיטלי אם הנתונים מועברים על המערכת.


מאפני FM

ישנן מגוון שיטות שונות בהן ניתן להשתמש כדי ליצור אותות מווסתים לתדרים.

  • מתנד דיודה ורקטור: שיטה זו פשוט דורשת שימוש בדיודת ורקטור הממוקמת בתוך המעגל המכוון של מעגל מתנד. אפשר אפילו להשתמש בדיודת ורקטור בתוך מעגל מתנד קריסטל. בדרך כלל כאשר מתנדים קריסטליים משמשים מחדש יש להכפיל את האות בתדר, ורק ניתן להשיג FM צר.
  • חוג נעול מופע: לולאות נעולות שלב מספקות שיטה מצוינת ליצירת אפנון תדרים. לעתים קרובות יש צורך לנהל את האילוצים בתוך הלולאה בזהירות, אך לאחר סיום זה מספק פתרון מצוין.

יתרונות וחסרונות של אפנון תדרים

כמו בכל צורה של אפנון ישנם מספר יתרונות וחסרונות לשימוש בו. יש לקחת בחשבון את אלה לפני שתקבל החלטה או בחירה כלשהי לגבי השימוש בה:

יתרונות אפנון תדרים, FM:

  • חוסן לרעש: יתרון אחד במיוחד של אפנון תדרים הוא חוסנו לריאציות ברמת האות. האפנון מתבצע רק כשינויים בתדירות. משמעות הדבר היא כי כל וריאציות ברמת האות לא ישפיעו על פלט השמע, בתנאי שהאות לא ייפול לרמה בה המקלט אינו יכול להתמודד. כתוצאה מכך זה הופך את FM לאידיאלית עבור יישומי תקשורת רדיו ניידים הכוללים תקשורת רדיו דו-כיוונית כללית יותר או יישומים ניידים בהם רמות האות עשויות להשתנות במידה ניכרת. היתרון הנוסף של FM הוא חוסנו לרעש ולהפרעות. מסיבה זו משמש FM לשידורי שידור באיכות גבוהה.
  • קל ליישם אפנון בשלב הספק נמוך של המשדר: יתרון נוסף של אפנון תדרים קשור למשדרים. ניתן להחיל את האפנון על שלב הספק נמוך של המשדר, ואין צורך להשתמש בצורה הגברה ליניארית כדי להגדיל את רמת ההספק של האות לערכו הסופי.
  • ניתן להשתמש במגברי RF יעילים עם אותות מווסתים לתדרים: ניתן להשתמש במגברי RF לא לינאריים להגברת אותות FM במשדר ואלה יעילים יותר מאלו הליניאריים הנדרשים לאותות עם שינויים משרעתיים כלשהם (למשל AM ו- SSB). משמעות הדבר היא כי עבור תפוקת כוח נתונה, נדרש פחות כוח סוללה וזה הופך את השימוש ב- FM ליותר קיימא ליישומי רדיו דו-כיווניים ניידים.

יתרונות אפנון תדרים, FM:

  • ל- FM יעילות ספקטרלית ירודה יותר מאשר פורמטים אחרים של אפנון: לכמה תבניות אפנון משרעת ריבועי פאזה ויעילות ספקטרלית גבוהה יותר להעברת נתונים מאשר מקשי העברת תדרים, סוג של אפנון תדרים. כתוצאה מכך, רוב מערכות העברת הנתונים משתמשות ב- PSK וב- QAM.
  • דורש מפגן מסובך יותר: אחד החסרונות הקטנים של אפנון תדרים הוא שהמפחת הוא קצת יותר מסובך, ולכן מעט יקר יותר מגלאי הדיודה הפשוטים מאוד המשמשים ל- AM. עם זאת זה הרבה פחות נושא בימינו מכיוון שרבים ממעגלים משולבים ברדיו משלבים מאפנן תדרים מובנה.
  • במצבים אחרים יש יעילות ספקטרלית נתונים גבוהה יותר: לכמה תבניות אפנון משרעת ריבועי פאזה ויעילות ספקטרלית גבוהה יותר להעברת נתונים, כי מקשי העברת תדרים הם סוג של אפנון תדרים. כתוצאה מכך, רוב מערכות העברת הנתונים משתמשות ב- PSK וב- QAM.
  • סרטי צד משתרעים עד אינסוף משני הצדדים: התאים לשידור FM משתרעים תיאורטית עד אינסוף. הם בדרך כלל משמעותיים עבור שידורי אפנון תדרים רחבים, אם כי הם קטנים עבור FM צר. כדי להגביל את רוחב הפס של השידור, משתמשים לעתים קרובות במסננים ואלה מציגים עיוות מסוים של האות. בדרך כלל זה לא יותר מדי נושא, אם כי יש לשים לב לכלול את המסננים האלה עבור FM עם פס רחב ולהבטיח שהם מתוכננים כראוי.

איך הוצגה FM

בימיו הראשונים של הרדיו, סטטי היה נושא מרכזי והאופן בו כולם ניסו להפחית את ההשפעות של סטטי היה להפחית את רוחב הפס - באופן זה הרים פחות רעש על ידי המקלט.

מהנדס אמריקאי בשם אדווין ארמסטרונג חקר נושא זה והאם אפנון תדרים ולא אפנון משרעת עשויים לספק יתרון.

בסביבות 1928 החל ארמסטרונג לפתח את הרעיון של שימוש ב- FM, ובמקום לצמצם את רוחב הפס, הוא הגדיל אותו.

רבים לא התאימו לרעיונותיו של ארמסטרונג מסיבות שונות. הוא פנה ל- RCA, ולמרות שהם התרשמו, הם התמקדו בטלוויזיה ולא רצו להפנות שום משאב לצורת שידור חדשה.

לאחר קשיים רבים בדרך, ארמסטרונג השיק תחנת רדיו משלו בשנת 1939 כדי להדגים את יעילות ה- FM. כדי להתאים לתחנות אחרות ותחנות אחרות שהקדימו את ה- FCC הקצתה רצועת תדרים בין 42 ל- 50 מגה הרץ. בקרוב הגיעו אחרים, אך לאחר המלחמה, ה- FCC בארצות הברית, שינה את רצועת התדרים שהוקצבה לזו המוכרת לנו כיום בין 88 ל 108 מגה הרץ. למרות שהיה כאב ראשוני מכיוון שנמכרו כמה מאות אלפי מכשירי רדיו, הלהקה התקבלה ברחבי העולם והיא להקת ה- VHF FM שאנו מכירים כיום.

עם FM שהוקמה כמדיום לשידור באיכות גבוהה, היא התפתחה במהירות.

בנוסף לכך, סוג של FM צר הלהקה הפך פופולרי עבור תקשורת סלולרית VHF ו- UHF. אופי ה- FM גרם לכך ששינויים בעוצמת האות לא השפיעו על הפעולה כמעט כאילו היה זה אות AM.

מדד אפנון ויחס סטייה

כשמשתמשים באות מווסת תדרים, כדאי מאוד למדוד מהי רמת האפנון באופן יעיל.

זה שימושי בהגדרת פרמטרים כמו האם האות הוא פס צר או אות מאופנן בתדר רחב. זה גם מאוד שימושי להבטיח שכל המשדרים או המקלטים במערכת מוגדרים כך שיתאימו לרמת אפנון סטנדרטית מכיוון שהוא משפיע על פרמטרים כמו רוחב הפס של המקלט, ריווח הערוצים וכדומה.

כדי להגדיר את רמת האפנון משתמשים בנתונים המכונים אינדקס האפנון ויחס הסטייה.


רוחב פס FM

אחד המרכיבים המרכזיים של אות FM הוא רוחב הפס שלו. עם כל אות מווסת תדרים, סרטי הצד משתרעים משני הצדדים. אלה למעשה משתרעים עד אינסוף, אך עוצמתם נופלת. למרבה המזל ניתן להגביל את רוחב הפס של אות FM מבלי לפגוע באיכותו באופן מוגזם.

אפנון תדרים נמצא בשימוש נרחב בתחומים רבים של טכנולוגיית הרדיו, כולל שידור ואזורים של תקשורת רדיו דו כיוונית. ביישומים אלה ניתן להשתמש ביתרונות הטובים בהם.

בעוד שצורות אפנון אחרות משמשות בתחומים רבים, FM עדיין מציעה את האיכות הגבוהה ביותר לשידור ויתרונות רבים גם לצורות תקשורת אחרות.


צפו בסרטון: נתנאל הכהן - ששי חן - רדיו קול רמלה 106 fm (דֵצֶמבֶּר 2021).