3. Zasady nadawania sygnału radiofonicznego
Foniczny sygnał informacyjny (mowa lub m.cz. jest przeniesiony do innego zakresu
muzyka) jest przekształcany na odpowiedni częstotliwości, dogodnego do transmisji
prądowy sygnał mikrofonowy małej (zmodulowana fala nośna wysokiej
częstotliwości (m.cz.) i przesyłany do irządzenia częstotliwości - w.cz.  nadajnika). Sygnał
nadawczego. W urządzeniu tym następuje zmodulowany w.cz. jest następnie wzmacniany i
wzmocnienie tego sygnału, 30 czym moduluje promieniowany w postaci fali
on amplitudowo (AM) lub częstotliwościowo elektromagnetycznej przez nadawczą antenę
(FM) falę nośną nadajnika. Dzięki temu sygnał radiową.
3.1. Struktura informacji w radiofonii  sygnał m.cz.
y
ródłem sygnałów informacyjnych w radiofonii
W systemie monofonicznym przesyła się tylko
są audycje słowno-muzyczne. Sygnały te są jeden sygnał mikrofonowy m.cz. zawierający
określane przez dwa parametry: zakres
informacje o zakresie częstotliwości i dynamice.
częstotliwości sygnału fonicznego i jego dynamikę.
Całkowite, wierne odtworzenie mowy ludzkiej
W systemach stereofonicznych i
wymaga przesyłania sygnałów o częstotliwości od
kwadrofonicznych dodatkowo przesyła się
100 do 8000 Hz i o dynamice około 40 dB.
informacje o kierunku pochodzenia dz
więku. Aby
Odtworzenie muzyki wymaga zakresu
uzyskać tę informację, w systemie stereofonicznym
częstotliwości od 40 do 15000 Hz i dynamiki około
stosuje się przesyłanie dwóch niezależnych
70 dB.
sygnałów mikrofonowych, z dwóch mikrofonów
Na wierność i jakość odtwarzania mowy i muzyki
odpowiednio ustawionych do z
ródła dz
więku.
mają wpływ niedoskonałości urządzeń nadawczo- Pozwala to na uzyskanie dodatkowych specjalnych
odbiorczych (nadajniki, odbiorniki, urządzenia
wrażeń dz
więkowych, np. wrażenie sali
zapisu i odczytu), wynikające z ograniczonego
koncertowej, w której oprócz orkiestry słyszy się
pasma przenoszenia i dynamiki.
szum sali, dz
więki odbite od ścian, obecność
W radiofonii sygnały foniczne m.cz. są nadawane w
słuchaczy itp.
postaci odpowiadających im elektrycznych
sygnałów mikrofonowych o małej częstotliwości z
Opisane wyżej systemy nadawania sygnałów
zakresu od 20 Hz do 20 kHz.
fonicznych ilustruje w sposób uproszczony rys. 5.
Można wyróżnić trzy sposoby przesyłania sygnałów
fonicznych (dz
więków):
Sygnały mikrofonowe m.cz. ze studia lub wozu
" monofoniczny,
transmisyjnego przesyła się do nadajnika radiowego
" stereofoniczny,
drogą przewodową lub radiową linią transmisyjną.
" kwadrofoniczny.
Rys. 5. Rozstawianie mikrofonów w systemach: a) monofonicznym, b) stereofonicznym,
d) kwadrofonicznym
3.2. Sygnały wysokiej częstotliwości w radiofonii monofonicznej
AM/FM
Sygnałem wysokiej częstotliwości w radiofonii
c 300000[km �" s-1]
 = = =15km.
nazywa się sygnał nośny nadajnika o ustalonej mocy
f 20000[s-1]
i częstotliwości, który jest modulowany sygnałem
mikrofonowym m.cz. Modulacja odbywa się w
- zmniejszenie względnej szerokości pasma
nadajniku radiowym i ma na celu:
kanału radiowego, co ułatwia w odbiorniku
odbiór danej stacji radiowej przy użyciu łatwo
- częstotliwościowe rozdzielenie kanałów (stacji)
realizowanych filtrów częstotliwościowych.
radiowych. Sygnały radiowe m.cz. wszystkich
stacji radiowych mają ten sam zakres częstotli-
wości akustycznych. W procesie modulacji
W radiofonii monofonicznej stosuje się dwa
widmo sygnałów m.cz. jest przenoszone w inny
rodzaje modulacji:
zakres częstotliwości, skupiony wokół fali nośnej
amplitudową i częstotliwościową.
danej stacji. Umożliwia to jednoczesną pracę
wszystkich stacji bez wzajemnych zakłóceń oraz
W zakresie fal długich, średnich i krótkich, czyli
selektywny wybór stacji radiowej,
w radiofonii AM stosuje się modulację
amplitudową oznaczoną jako AM (ang. Amplitude
- ułatwienie emisji radiowej. Sygnały radiowe
Modulation). Modulacja amplitudy polega na tym,
mogą być skutecznie emitowane tylko wtedy, gdy
że w takt zmian amplitudy sygnału modulującego
długość fali emitowanej jest porównywalna z wy-
(sygnał mikrofonowy m.cz.) zmienia się
miarami elementu promieniującego anteny
amplituda fali nośnej w.cz. (sygnał nośny
nadawczej. Warunek ten może więc być
nadajnika), przy czym częstotliwość sygnału
spełniony, jeśli fala promieniowana ma wysoką
nośnego nie ulega zmianie. Ogólnie mówiąc,
częstotliwość, a tym samym małą długość.
informacja przekazywana do odbiornika (dz
więk)
Sygnały m.cz. z zakresu do 20 kHz odpowiadają
jest zakodowana w zmianach amplitudy sygnału
falom o długościach tak dużych, że anteny do ich
nośnego w.cz. nadajnika radiowego. Na rys. 6
promieniowania musiałyby mieć absurdalnie duże
przedstawiono ogólną ideę modulacji AM oraz
wymiary. Na przykład długość fali odpowiadająca
przebiegi występujące w procesie modulacji.
częstotliwości 20 kHz wynosi:
a) sygnał modulujący m.cz. (informacja) o przebiegu sinusoidalnym
(tzw. fala modulująca) U1(t)= Um �"cos(&! �"t),
gdzie: Um  maksymalna amplituda sygnału modulującego,
&! = 2Ąf  pulsacja sygnału modulującego;
b) sygnał nośny w.cz. nadajnika radiowego, tzw. fala nośna w.cz. o
przebiegu sinusoidalnym U2(t)= U0 �"cos(�0 �"t),
gdzie: U0  amplituda fali nośnej bez modulacji,
�0 = 2Ąf0  pulsacja fali nośnej, przy czym f0  częstotliwość
fali
nośnej;
c) sygnał nośny w.cz. zmodulowany amplitudowo na wyjściu
modulatora AM w nadajniku radiowym:
Uwy(t)=U0 �"[1+ m�"cos(&!�"t)]�"cos(�0 �"t).
Rys. 6. Przebiegi i schemat ideowy modulacji AM
Dla uproszczenia zagadnienia przyjęto, że sygnał nośny w.cz. jest modulowany
sygnałem m.cz. o przebiegu sinusoidalnym. W rzeczywistości sygnał ten ma kształt zależny od
rodzaju dz
więku, a jego amplituda zależy od natężenia tego dz
więku. Po rozwinięciu wzoru:
Uwy(t) = U0 �"[1+ m �" cos(&! �" t)]�" cos(�0 �" t)
otrzymuje się następujące składniki sygnału zmodulowanego:
U0 �" m U0 �" m
U (t)= U0 �"cos(�0 �"t)+ �"cos[(�0 - &!)�"t]+ �"cos[(�0 + &!)�"t]
wy
2 2
gdzie:
U0 �"cos(�0 �"t) - fala nośna w.cz. nie zawierająca informacji,
U0 �" m
�"cos[(�0 - &!)�"t] - lewa wstęga boczna z informacją (LSB),
2
U0 �" m
�"cos[(�0 + &!)�"t] - prawa wstęga boczna z informacją (USB).
2
Współczynnik m, występujący w powyższym wzorze, jest nazywany współczynnikiem
głębokości modulacji amplitudy i jest określony wzorem:
Um
m = .
U0
&!
Widmo sygnału zmodulowanego AM dla jednej częstotliwości modulującej f =
2Ą
przedstawiono na rys. 7.
Rys. 7. Widmo sygnału zmodulowanego amplitudowo dla jednej częstotliwości sygnału modulującego
oznacza, że do odbiornika nadaje się falę nośną i
Jak widać na rysunku 7, widmo sygnału
zmodulowanego zawiera falę nośną bez informacji wszystkie częstotliwości skupione po obu jej
w postaci prążka widma o częstotliwości f0 oraz dwa stronach, więc szerokość pasma kanału
prążki boczne, zawierające tę samą informację o radiofonicznego AM musi być równa podwójnej
sygnale modulującym: lewy prążek boczny o wartości maksymalnej częstotliwości modulującej
częstotliwości f0 - f, odległy od fali nośnej o wartość
fmax: B = 2�" fmax ,
częstotliwości sygnału modulującego f i prawy
gdzie:
prążek boczny o częstotliwości f0 + f, odległy od fali
B - szerokość pasma częstotliwości kanału
nośnej o tę samą wartość. Ponieważ w radiofonii
radiofonicznego AM [Hz],
monofonicznej AM stosuje się dwuwstęgową
fmax - maksymalna częstotliwość modulująca [Hz].
modulację amplitudową z pełną falą nośną, co
W przypadku nadawania do odbiornika polega na tym, że w takt zmian amplitudy sygnału
pełnego pasma akustycznego, dla którego fmax = 20 modulującego m.cz. zmienia się chwilowa
kHz, pasmo kanału radiofonicznego AM musiałoby częstotliwość fali nośnej, a jej amplituda pozostaje
mieć szerokość B = 2 " fmax = 40 kHz. W stała. Informacja o sygnale modulującym jest
rzeczywistości, ze względu na ograniczoną zawarta w zmianach częstotliwości sygnału nośnego
pojemność kanałów radiowych zakresu AM, w.cz. Ideę modulacji FM przedstawiono na rys. 8.
szerokość pasma kanału radiowego AM ogranicza Jak widać na rysunku 8, częstotliwość spoczynkowa
się do 9 kHz. Takie ograniczenie pasma kanału f0 sygnału nośnego w.cz. zmienia się pod wpływem
radiofonicznego AM powoduje, że po demodulacji zmian amplitudy sygnału modulującego o pewną
AM w odbiorniku otrzymuje się sygnały foniczne wartość "f0, zwaną dewiacją częstotliwości.
ograniczone w paśmie do 4,5 kHz (fmax = B : 2 = 9 Wynika stąd, że informacja jest zakodowana w
kHz : 2 = 4,5 kHz), które pozwalają na dobre zmianach częstotliwości sygnału zmodulowanego.
odtwarzanie audycji informacyjnych (mowy), Wymaga się, aby zmiany częstotliwości fali nośnej
natomiast audycje muzyczne są odtwarzane z gorszą zależały liniowo od zmian amplitudy sygnału
jakością, gdyż ograniczenie częstotliwości sygnałów modulującego, czyli "f0 = k " Um, gdzie k jest
fonicznych do 4,5 kHz powoduje utratę tonów współczynnikiem stałym, zależnym od konstrukcji
wysokich typowych dla tego rodzaju audycji. Mimo modulatora FM.
opisanej wady modulacji AM, jest ona powszechnie
Chwilowa częstotliwość sygnału zmodulowanego
stosowana i cechuje się prostotą urządzeń (w czasie modulacji) wynosi:
nadawczo-odbiorczych.
f = f0 ą "f0 = f0 ą (k �"Um ).
W celu zapewnienia dużej jakości przenoszenia
Jeśli sygnał modulujący nie występuje, to na wyjściu
dz
więku, w radiofonii stosuje się systemy
modulatora FM pojawia się sygnał nośny o
nadawczo-odbiorcze z modulacją częstotliwości.
częstotliwości spoczynkowej f0, gdyż wówczas
Jest to tzw. radiofonia FM.
"f0=0 oraz f = f0 ą "f = f0 + 0 = f0. Teoretyczna
charakterystyka robocza modulatora FM powinna
Modulację FM (ang. Frequency
mieć kształt, jak na rysunku 9.
Modulation) stosuje się w zakresie fal ultrakrótkich,
czyli w zakresie UKF. Modulacja częstotliwości
a) sygnał modulujący m.cz. (informacja) o przebiegu sinusoidalnym (tzw. fala
modulująca) U1(t)= Um �"sin(&!�"t),
gdzie: Um  maksymalna amplituda sygnału modulującego,
&! = 2Ąf  pulsacja sygnału modulującego;
b) sygnał nośny w.cz. nadajnika radiowego, tzw. fala nośna w.cz. o przebiegu
sinusoidalnym U2(t)= U0 �"sin(�0 �"t),
i pulsacji podstawowej (spoczynkowej) �0 = 2Ąf0  pulsacja fali nośnej,
gdzie f0 oznacza częstotliwość spoczynkową fali nośnej;
sygnał nośny w.cz. zmodulowany amplitudowo na wyjściu modulatora AM w
nadajniku radiowym:
Ą# "f0
Uwy(t) = U0 �" sinó#�0 �" t + sin(&! �" t)ń#
Ą#
f
Ł# Ś#
Rys. 8. Przebiegi i schemat ideowy modulacji FM
Ponieważ przy nadawaniu sygnałów
radiofonicznych w zakresie UKF wartość dewiacji
"f0 jest znacznie większa od maksymalnej
częstotliwości sygnału modulującego fmax ("f0 >fmax),
więc praktyczne pasmo częstotliwości kanału radio-
fonicznego FM wynosi:
B H" 2 "f0.
Przy nadawaniu sygnałów w zakresie UKF ustalono
następujące wartości dewiacji:
- w standardzie OIRT: "f0 maz = 50 kHz. Wówczas
przy fmax=15 kHz pasmo kanału monofonicznego
FM: wynosi B = 2�65 kHz =130 kHz,
Rys. 9. Charakterystyka "f0= f(Um) modulatora FM
- w standardzie CCIR: "f0 maz =75 kHz. Wówczas
przy fmax=15 kHz pasmo kanału monofonicznego
Podobnie jak dla modulacji amplitudowej
FM wynosi: B = 2 " 90 kHz = 180 kHz.
AM, sygnał w.cz. zmodulowany częstotliwościowe
(FM) można przedstawić w postaci widma
Ogólnie przyjmuje się szerokość kanału
prążkowego (rys. 10).
radiowego FM równą 250 kHz. Cechą modulacji
Jak widać na rysunku 10, widmo sygnału
FM jest duża wierność odtwarzania dz
więku oraz
zmodulowanego częstotliwościowe, oprócz prążka
odporność sygnału zmodulowanego na szumy i
fali nośnej o częstotliwości spoczynkowej f0,
zakłócenia występujące w czasie przesyłania
zawiera szereg prążków bocznych rozmieszczonych
sygnału.
symetrycznie po obu stronach fali nośnej w odle-
głościach równych krotnościom częstotliwości f.
Zakładając, że modulator FM przenosi wszystkie
prążki z informacją o amplitudzie większej niż 5%
amplitudy niemodulowanej fali nośnej U0,
szerokość pasma sygnału zmodulowanego FM
można określić jako:
B = 2("f0 + fmax ),
gdzie:
"f0 - dewiacja częstotliwości,
fmax - maksymalna częstotliwość sygnału
modulujacegom.cz.
Rys. 10. Widmo sygnału zmodulowanego
częstotliwościowe dla jednej częstotliwości
&!
modulującej f =
2Ą