"مدولاسیون AM و FMدر سرویس پخش همگانی"

در منزل یا خودروی خود نشسته‌اید. رادیو را روشن می‌کنید تا به آن گوش دهید، گوینده رادیو در حال اعلام ساعات پخش برنامه‌ها وفرکانس رادیویی ایستگاه مربوطه است، " موج FM ، ردیف ......،موج AM فركانس ......... مگاهرتز".
تا به حال فكر كرده‌اید كه AM و FM یعنی چه؟چه تفاوتی دارند واصلا" به چه کار می آیند؟
سرویس پخش همگانی یا Broad casting به معنای انتشار و ارسال صدا و یا تصویر (یا هر دو )به تعداد زیادی از گیرنده‌ها رادیو و یا تلویزیونی گفته می‌شود.
در ایالات متحده اولین ایستگاه رادیویی پخش همگانی در سال۱۹۲۰ آغاز به کار نمود واز دو سال بعد از آن رفته رفته ایستگاه رادیویی تجاری کار خود را شروع کردند. این روند همچنان ادامه یافت تا اینكه در سال ‌۲۰۰۳ تعداد ایستگاه‌های تجاری به ۸۰۴/۴ ایستگاه، تنها باند در AMرسید.
جالب آن كه تعداد ایستگاه‌های FM در سال ۱۹۸۳ از ایستگاه‌های AM پیشی گرفت، چنان كه تا سال ۱۹۹۸ تعداد آنها به ۶۱۷۹ ایستگاه تجاری و ۲۴۰۰ ایستگاه غیر تجاری رسید. از طرف دیگر پخش همگانی تلویزیونی نیز که در همان دهه۱۹۲۰ آغاز به کارکرده بود، با مصادف شدن با جنگ جهانی دوم، دستخوش اختلال و رشدکند شد اما امسال تا سال ۱۹۹۶ تعداد ایستگاه‌های پخش تلویزیونی تجاری به ۱۳۴۰ و غیر تجاری به ۶۰۰ ایستگاه رسید.
●ماهیت روشهای مدولاسیون AM وFM
فرض کنید یک سر طنابی را به یک درخت گره زده‌ایم و سر دیگر را ۲۰ متر دورتر در دست گرفته اید. درصورتی که شما دستتان(که طناب را با آن گرفته اید) به سمت بالا و پایین حرکت دهید، طناب در هوا با حرکات موج مانند بالا و پایین می‌رود و دامنه حرکات آن به یک میزان (بالا و پایین)تغییر می‌کند، خواه سرعت حرکت دست شما کم یا زیاد باشد.
این حرکات نوسانی را به اصطلاح، حالتی از مدوله‌سازی فركانسی یا FM۱ می‌نامند. در امواج رادیویی نیز این نوسانات تشکیل "امواج حامل۲" راخواهند داد.در مقابلFM روش دیگری وجود دارد که طی آن امواج حامل بر اساس تغییرات مقادیر دامنه امواج شکل می‌گیرندکه به این حالت مدولاسیون دامنه یاAM گفته می‌شود.این در حالیست که مقادیر اختلاف تغییرات در دامنه یکسان نبوده و دائما با یکدیگراختلاف داشته باشند.
بنابراین در شیوهAM در یک بازه زمانی دامنه امواج حامل دچار تغییرات می‌گردد در حالی که فرکانس ثابت وپایدار می‌ماند ولی در شیوه FM در یک بازه زمانی دامنه امواج حامل ثابت بوده ولی فرکانس آن متغییراست.(البته در حد بسیار کم).در روش AM نرخ یا میزان تغییرات دامنه امواج بستگی به نوسانات و زیر و بم صدای ارسالی خواهد داشت.در FM نیز میزان تغییرات فركانس امواج حامل وابسته به نوسانات و زیر و بم صدا خواهد بود.
در روش مدولاسیونFM صداهای آهسته و حد پایین محو نشده و از بین نمی رود، چرا که سیگنالهای FM هر تن صدا را بر روی فركانس جداگانه ارسال می‌كند،به طوری که در هر لحظه دو فرکانس مختلف را با یکدیگر ترکیب و همزمان ارسال می‌نماید که اصطلاحا به آن استریو می‌گویند و از این جهت کیفیت بسیار بالاتری نسبت به فروش AM خواهد داشت. ازسوی دیگرارسال امواج AM نسبت به FMازسهولت بیشتری برخورداراست چراکه این امواج پیچیدگی‌های کمتری نسبت به FM دارند.
در مقابل، کیفیت خوب سیگنالها‌یFM كه ناشی از دو فركانسی بودن وپیچیدگی‌های‌ فرایند پخش آن است، دارای معایبی نیز است از جمله آن که این امواج در فواصل دور قابل دریافت نیستند و زودتر دچار افت خواهند شد. اما در عوض سیگنالهای ساده AM به‌راحتی تا فواصل بسیار دور نفوذ کرده و قابل در یافت از سوی گیرنده هستند. پس به شکل خلاصه دریافتیم كه امواج FM دارای كیفیت بالاتر ولی برد كوتاه‌تر هستند و امواجAM دارای کیفیتی متوسط، اما برد بالاتری نسب به FMهستند.
●مدولاسیون AM
مدولاسیون AM یکی از روش های پخش امواج رادیویی است که تقریبا در مدتی نزدیک به۳/۲ ازقرن بیستم، رایج‌ترین شیوه پخش امواج رادیویی خصوصا پخش همگانی بوده وهم اکنون نیزاستفاده وسیعی دارد. این شیوه بیشتر توسط ایستگاه‌های رادیویی که رویکرد پخش اخبار داشته ویا اغلب حجم مطالب مورد انتشارآنها را "صحبت کردن" تشکیل می دهد، مورد استفاده واقع می گردد .
این درحالی است که ایستگاه‌های رادیویی عمومی وپخش موسیقی در دهه‌های اخیر ازشیوه پخش FM استقبال نمودند.روشAM تا قبل از جنگ جهانی اول برای ایستگاه‌های رادیویی کلامی و موسیقی استفاده می شد، اما در دهه بعد از جنگ اول جهانی فعالیت این ایستگاه ها به اوج خود رسید.
اولین ایستگاه رادیوییAM (تجاری) در ۱۹۲۰درپنسیلوانیای آمریكا آغاز به کار کرد. موسس این ایستگاه شخصی به نام "فرانک كان راد " بود.برنامه‌های این ایستگاه در ابتدا شامل نمایش‌نامه‌ها، برنامه‌های طنز و سر گرمی وتا حدودی اخبار وموسیقی بود.
انتشار امواج رادیویی AM بر روی چند باند فر کانسی مختلف به شرح زیر انجام می‌گیرد:
▪موج بلند (lw):۱۵۳-۲۷۹ khz
▪موج متوسط (mw):۵۳۰-۱.۷۱۰ khz
▪موج کوتاه (sw):۲.۳۰۰-۲۶.۱۰۰ khz
که موج کوتاه آن ( SW) خود به چندین تکه باند کوچکتر تقسیم بندی می شود. تخصیص این باندها در وهله اول بر اساس تصمیم "ITU " یا اتحادیه بین المللی مخابرات (بخش تنظیم مقررات رادیویی) و در مراحل بعدی بر اساس سازمان‌های تنظیم مقررات ملی هر کشور انجام می‌گیرد. برای مثال در کشور ما، سازمان تنظیم مقررات و ارتباطات رادیویی و در ایالات متحده، FCC یا کمیسیون فدرال ارتباطات عهده‌دار انجام این تقسیم بندی و تخصیص هستند.
- موج بلند ( LW ): این باند برای انتشار امواج رادیویی ایستگاه های تجاری در اروپا، آفریقا، آسیا، واسترالیا(هرسه منقطه ITU ) مورد استفاده قرار دارد.
این در حالیست که در کشور آمریکا این باند به عنوان پشتیبان یا باند رزرو برای باند مسیریابی هوا نوردی در نظر گرفته شده است.
- موج متوسط (MW ): یکی از رایج‌ترین باندهای پخش امواج در ایستگاه‌های رادیویی AM است.
- موج كوتاه (SW) : توسط ایستگاه‌هایی به کار می‌رود که قصد انتشار امواج خود را به فواصل بسیار دورتر از محل ایستگاه دارند. صدای دریافتی از این امواج در فواصل دورتر دارای کیفیت کمتری نیز خواهد بود.
امواج متوسط وكوتاه باندAM ، در شب و روز رفتار و اثرات متفاوتی را از خود نشان می‌دهند. در طول روز سیگنالهای AM بوسیله امواج (انتشار ) زمینی منتقل می‌شوند. در انعکاس از زمین امواج AM، سیگنالها قادرند تا چند صد كیلومتری ایستگاه ارسال شوند واین در حالی است که این امواج بعد از غروب آفتاب بر اساس تغییرات لایه یونسفر جو به شیوه انتشار آسمانی منتقل می‌گردند که در این حالت امواج منتشر شده از ایستگاه تا فواصل دورتری نسبت به روز قابل ارسال و دریافت خواهند بود. سیگنالهای رادیوییAM در فضاهای شهری می‌توانند براحتی توسط ساختمانهای مرتفع وآسمان خراش‌ها گسیخته ومختل شوند. به علاوه دیگر منابع انتشار امواج رادیویی نیز می توانند اثرات مخرب و نامطلوبی بر فرایند انتقال این امواج بر جای گذارند.
قسمت بالای شکل (۱) نشان دهنده سیگنال صوتی است که بر روی امواج حامل سوار شده وبه صورتAM تلفیق می‌شوند. در قسمت پایین همین شکل نتیجه تلفیق دو موج یاد شده نشان داده شده است و در حقیقت موج خروجی از فرستنده AMبه شکل نهایی فوق در خواهد آمد.
بنابر این یک فرستنده AM دستگاهی است كه با تلفیق و سوار كردن سیگنالهای صوتی بر روی امواج حامل، یك موج AM را تشکیل داده و از طریق آنتن، آن را منتشر می‌نماید.یك گیرنده‌ AM نیز مجهز به یك قسمت فیلتر و یك قسمت آشكارساز می‌باشد كه عمل جداسازی سیگنالهای صوتی از امواج حامل و آشكار نمودن آنها را برعهده دارد.
●مدولاسیون FM
" ادوین آر مستر انگ " یک مخترع و مهندس الکترونیک در آمریکا بود. وی در سال ۱۸۹۰ به دنیا آمد، مهندسی خود را از دانشگاه کلمبیا گرفت. وی همچنین یکی از فعالیترین مخترعین در عصر رادیو بود، به طوری که "مدولاسیون فرکانسی " رادیو یا (FM ) بزگترین اختراع وی به شمار می‌رود از دیگر اختراعات ادوین در دوران دانشکده، اختراع سیستم احیا کننده مدار درسال ۱۹۱۴بود.
با این حال حقیقت غم انگیز در مورد او این بود که بسیاری از اختراعات وی بعداز مرگش به نام دیگران ثبت شد. اما آرمسترانگ در سال ۱۹۳۳روش مدولاسیون فرکانسی رابه نام خود ثبت کرد.
مزیت این روش در زمینه انتقال اصوات بوسیله امواج رادیویی، درکیفیت و وضوح بالاتر آن نسبت به روشهای AM و قبل از آن بود. آرمسترانگ پس از موفقیت در آزمایشهای مقدماتی توانست تا نظر FCC را برای اختصاص یك باند ویژه رادیویی به نام FM جلب کند این باند ابتدا در محدوده ۴۲ الی ۵۰mhzقرار داشت.
نخستین ایستگاه رادیو پخش همگانی FMدر سال ۱۹۳۷با مجوز کمیته ملی ارتباطات آمریکا (FCC)، با علامت (W۱xoj )آغاز به کار کرد.در آن زمان رادیوهای FM هنوز در محدوده فركانسی ۴۲ تا۵۰ مگاهرتزکار می‌کردند، که پس ازجنگ جهانی دوم، کمیته در ۲۷ ژوئن ۱۹۴۵،گستره فرکانسی FM را به ۸۸ الی MHZ ۱۰۶ تغییر داد.این تغییر به منظور جلوگیری ازتداخل‌های رادیویی و همچنین افزایش ظرفیت كانالها انجام شد.
به علاوه این تغییر، باعث تحمیل هزینه‌های زیادی به ایستگاه‌های پخشFM به علت تعویض تجهیزات قدیمی خود با تجهیزات پخش بر روی باندجدیدFM شد.در کشور ما ایستگاه‌های رادیویی پخش همگانی FM در محدوده فركانسی ۸۸ الی ۱۰۸ مگاهرتز یعنی با گستره‌ای برابر ۲۰ مگاهرتز كار می‌كنند. این گستره تقریبا به ۱۰۰ کانال تقسیم شده است، هر کانال با گستره‌ای برابر . ۰/۲ mhz
قسمت بالا شکل (۲)نمایشگر سیگنالهای صوتی سوارشده بر روی امواج حامل درروش FM است و قسمت پایین آن در واقع نشان دهنده نتیجه نهایی ترکیب فوق بوده وسیگنال خروجی FM را نشان می‌دهد. روش FM نسبت به AM پهنای باند بیشتری را نیاز دارد، اما در مقابل سیگنالهای FM نسبت بهAM از نظر تداخل محفوظ‌تر و قوی‌تر می‌باشند. همچنین در برابر پدیده محو شدگی نیز مقاومت بیشتری خواهند داشت.
برای دریافت امواج FM می‌بایست از یك گیرندهFM استفاده نمود و برای شنیدن هر کانال باید گیرنده را دقیقا بر روی فرکانس مرکزی هر کانال تنظیم کرد. برای مثال بالاترین کانال پهنایی برابر ۸/۱۰۷ مگا هرتز الیMHZ۱۰۸ را در بر می‌گیرد، بنابراین بسامد مرکزی آن ۹/۱۰۷مگا هرتز است.
ایستگاه‌های پخش همگانی FM در کشورهای مختلف از توان خروجی بسیار بالایی درحدKW۱۰۰ (كیلو وات ) ویا حتی بیشتر استفاده می‌شود با چنین توانی امواج رادیویی تا فواصل ۱۶۰کیلومتری از ایستگاه فرستنده بخوبی قابل دریافت و شنیدن
هستند. توان خروجی برخی از ایستگاه‌ها حتی تا ۳۰۰ یا ۵۰۰ کیلو وات نیز افزایش می‌یابد.
· ۱)Frequency Modu lation
· ۲)Carrier Wave
·۳)Amplitude Modulation

منبع : ماهنامه دنیای مخابرات و ارتباطات