В подавляющем большинстве случаев речевой радиообмен в КВ, Си-Би и УКВ диапазонах предполагает использование амплитудной (АМ), частотной (FM) и однополосной (SSB) модуляции. Несколько особняком стоит телеграф (CW). Последний вид модуляции по мнению многих считается отмирающим, невзирая на его огромную дальнобойность при прочих равных условиях, из-за необходимости соответствующей квалификации оператора. К сожалению освоить "ключ" действительно непросто, да и скорость работы телеграфом в любом случае заметно ниже скорости радиообмена "голосовыми" видами модуляции. Но не обратить на него внимание было бы ошибкой. Итак, рассмотрим виды модуляции поподробнее, по мере возрастания их эффективности.
- Амплитудная модуляция (АМ) по сути изменяет выходную мощность передатчика, согласно изменению звука. Наименее эффективный вид модуляции, так как большая часть мощности передатчика тратится, по сути, на излучение несущей частоты, и лишь малая часть этой мощности несет полезную информацию. Аппаратура связи, работающая с этим видом модуляции, подвержена очень многим видам помех, как по приемной, так и по передающей стороне. Однако, в силу простоты техники для работы в этой модуляции, она получила десятилетия назад очень серьезное распространение. Сейчас в АМ работают в основном ДВ/СВ/КВ вещательные радиостанции, в ней ведется радиообмен между самолетами гражданской авиации и наземными службами на ближних подступах. По полувековой традиции в АМ работает международно принятый дорожный (дальнобойный) канал (15 АМ на частоте 27.135 МГц). Пожалуй, в сиби диапазоне амплитудная модуляция нужна только в этом канале, и больше нигде в нем не применяется. (В некоторых регионах дальнобойщики используют "свои" местные каналы, например, польские водители часто общаются в 28 канале в "нулях" (частота 27280 кГц), но тоже чаще всего в АМ.) В наше время использование амплитудной модуляции для передачи звука (голоса) скорее дань традиции. В любительских или служебных УКВ бэндах она не получила какого-то распространения, за исключением так называемого "авиационного диапазона" (118-136 МГц). В то же время аналоговое эфирное телевидение во всем мире для передачи "картинки" использует именно амплитудную модуляцию.
2. Частотная модуляция (FM) накладывает звуковую информацию на несущую частоту посредством некоего изменения ее значения, то есть излучаемая частота "плавает" в определенных пределах, согласно изменению звука. Размах этого изменения называется девиация. В сиби, вещательных УКВ и любительских/профессиональных УКВ диапазонах приняты разные значения девиации.
Так для вещательного УКВ диапазона, принятого старого российского стандарта (65,5 - 74 МГц) девиация составляет 50 кГц. С такой же девиацией передается звуковое сопровождение телевизионных каналов. Для вещательного FM диапазона нового стандарта (87,5 - 108 МГц) девиация составляет 75 кГц. Эти стандарты принято называть WFM (Wide Frequency Modulation - широкая (широкополосная) частотная модуляция). Столь большое значение девиации (и как следствие - широкая полоса, занимаемая одним передатчиком в эфире) связано с тем, что для качественной передачи звука в эфир должны передаваться частоты от 20 до 15000 герц, причем плюс еще столько же -для стереовещания, в итоге один УКВ/FM передатчик занимает полосу более 100 кГц, и шаг канала (разница частот между двумя соседними по частоте передатчиками) выбран 200 кГц.
Для разборчивой передачи голоса достаточно передавать частоты 300-3000 герц, поэтому для радиосвязи в FM девиация частоты и ширина занимаемой одним передатчиком полосы на порядок меньше, чем для радиовещания. Такую модуляцию называют NFM (Narrow Frequency Modulation - узкая (узкополосная) частотная модуляция). Для диапазонов VHF (136-174 МГц) и UHF ( 400-470 МГц) изначально был выбран шаг канала 25 кГц, а девиация - 5 кГц. Однако очень быстро места в эфире всем желающим стало не хватать, поэтому ввели "уплотнение" - шаг канала сократили до 12,5 кГц, а девиацию - до 2,5 кГц. Современные профессиональные и любительские УКВ-радиостанции как правило поддерживают оба режима работы ("Wide" или "25 kHz", и "Narrow" или "12,5 kHz").
Для сиби диапазона шаг канала принят 10 кГц - еще меньше, чем на VHF-UHF. Девиация также уменьшена и составляет 1,8 кГц (полоса передаваемого сигнала 300-2700 Гц).
Таким образом, в полосе одного радиовещательного FM передатчика "помещается" без взаимных помех 16-20 каналов радиосвязи. В полосу же одного телевизионного вещательного передатчика (8 МГц) "влезает" до 800 каналов голосовой AM или FM радиосвязи.
Если не брать вещательную WFM в расчет (здесь "по правилам игры" можно пожертвовать огромной излучаемой мощностью и при этом весьма скромной при прочих равных условиях дальностью уверенного приема ради его высокого качества), частотная модуляция куда эффективнее, помехозащищеннее и "дальнобойнее" амплитудной. На практике при прочих равных условиях, к примеру на частотах сиби диапазона, дальность связи растет где-то в 1,5 раза при переходе из АМ в FM.
Не получив распространения в КВ служебных и радиолюбительских диапазонах, частотная модуляция стала практически единственным видом модуляции в сиби и любительских/служебных УКВ диапазонах в силу эффективности и удобства повседневного использования.
3. Однополосная модуляция (SSB) сложнее и в схемотехнической реализации и в повседневном использовании (в силу чего редко применяется на транспортных средствах), да и в объяснении сути такого способа наложения звуковой информации на радиочастоту пожалуй тоже. Тем не менее попробую.
Предположим, что Вы промодулировали по амплитуде радиосигнал частотой в 1 МГц звуковым сигналом в 1 КГц. Математически в этом случае выходная мощность передатчика поделится на три неравных по выходной мощности сигнала (несущая частота 1 МГц + частота несущей за вычетом частоты модулирующего сигнала или нижняя боковая полоса 999КГц + сумма частоты модулирующего сигнала и несущей частоты, или верхняя боковая полоса). Собственно говоря, информацию о звуковом сигнале будет нести лишь малая часть выходной мощности передатчика, а львиная доля ее будет уходить в разогрев воздуха. Так от половины (теоретический минимум) до 80-90 процентов (на практике) мощности передатчика уйдет на формирование несущей частоты, а верхняя и нижняя боковые полосы будут нести полезную информацию о голосе оператора. При этом как верхняя (USB), так и нижняя (LSB) боковые полосы будут содержать полную информацию о наложенном звуке.
Возникает резонный вопрос: зачем излучать несущую и одну из боковых полос, бесполезно растрачивая до 90% мощности передатчика?
Оказывается, делать это совершенно необязательно, и схемотехнически подавив все, кроме нужной нам боковой полосы, мы получаем однополосную модуляцию.
При прочих равных условиях этот вид модуляции из "голосовых" наиболее эффективен по дальнобойности, но неудобен в работе тем, что для полноценного приема речевого сообщения необходимо точно настраиваться на частоту передачи. В силу разных причин настройку приходится уточнять фактически в процессе ведения радиообмена, а неточность настройки в 100-200 Гц уже ощутимо сказывается на разборчивости речевого сообщения.
Полоса частот, занимаемая одним SSB передатчиком, соответствует полосе передаваемого голосового сигнала (около 3-3,5 кГц), что в 3-4 раза Уже, чем у АМ или NFM передатчика.
В силу описанных причин данный вид модуляции получил распространение в основном в служебных и любительских КВ бэндах. В сиби диапазоне, как и в УКВ любительских диапазонах, применяется крайне редко, а в служебных УКВ диапазонах применения вообще не нашел.
В радиолюбительских КВ бэндах на частотах ниже 10 МГц принято работать в LSB, а выше в USB. Служебные радиостанции в основном используют USB.
4. Телеграф (CW) в наше время в основном используется в радиолюбительских КВ (и намного реже в УКВ) диапазонах. В силу того, что детектирует эту модуляцию по большому счету человеческий мозг, а не "железо", при должной квалификации оператора на протяжении более чем века данный вид модуляции уверенно держит первенство по дальнобойности/эффективности при прочих равных условиях. Помехозащищенность телеграфа также выше всяких похвал, и опытный телеграфист в состоянии принимать сообщения фактически даже при отрицательном соотношении "полезный сигнал/шум", но к сожалению остается все меньше людей, умеющих грамотно работать на ключе.
12.05.2023