Ещё раз об АМ и FM модуляции в радиостанциях

16 January

Я уже ранее писал об особенностях применения разных типов модуляции в радиостанциях (прежде всего - переносных радиостанциях диапазона 27 МГц).

В этой статье постараюсь ещё раз разобрать эту тему с учётом поступивших вопросов и комментариев.

На одну из моих статей о переносных cb радиостанциях был оставлен такой комментарий:

А кто вам сказал, что ЧМ эффективнее АМ, или однополосной ?
На практике АМ получается дальнобойнее ЧМ, кто не верит, может проверить.

Я не верю - и неоднократно проверял на практике.

Если рассматривать импортные переносные радиостанции диапазона 27 МГц с плохо реализованным режимом FM (ЧМ, частотной модуляции) - тогда дальность связи в условиях чистого (полное отсутствие природных и техногенных электромагнитных помех, что бывает крайне редко) эфира в режиме АМ (амплитудной модуляции) может быть на уровне или даже чуть больше дальности связи в FM.

Сразу оговорюсь - что означает "плохо реализованный FM":

это означает отсутствие возможности работы со слабым сигналом за счёт недостаточно хороших параметров приёмника (низкая избирательность, малая ширина динамического диапазона, неэффективная схема амплитудного шумоподавителя не дают возможности в импортных радиостанциях диапазона 27 МГц работать с сигналом слабее 0,5 мкВ - выделить из эфирного шума более слабый сигнал в применённых схемах не получится).

В такой ситуации FM не даёт ощутимого преимущества перед АМ.

Впрочем, даже не лучшим образом реализованный режим FM модуляции в импортных Си-Би (27 МГц) радиостанциях обеспечивает более стабильную связь в условиях наличия электромагнитных помех, чем амплитудная модуляция в тех же радиостанциях (где и сигнал, и шум носят амплитудный характер - поэтому АМ модуляция объективно самый неудачный тип модуляции).

Если совокупность параметров приёмника обеспечивает возможность работы с действительно слабым сигналом (как в рациях производства КБ Беркут- 0,05-0,07 мкВ), что возможно только в случае высокой избирательности (избирательность по побочным каналам в современных моделях КБ Беркут 100 дБ против 60 дБ в импортных рациях), достаточной ширине динамического диапазона приёмника (правильная схема смесителя), умной схеме спектрального - а не амплитудного, как в импортных переносных Си-Би рациях - шумоподавителя, тогда такая радиостанция (например, AM/FM радиостанции Штурман-80М или Штурман-90) в режиме FM модуляции работает раза в 2 раза дальше, чем в режиме АМ модуляции (проверено практически).

Обусловлено это тем, что в режиме FM действительно слабый сигнал (0,05-0,07 мкВ) можно принимать с гораздо более высоким качеством в силу существенно более высокой помехозащищённости режима частотной модуляции относительно режима амплитудной модуляции.

Почему в авиации применяют амплитудную модуляцию?

Комментарий:

Возникает следующий вопрос - а зачем вообще эта ЧМ оказалась в связной аппаратуре ? А вот не знаю ! Наверное, опять для этого злополучного комфорта. Ведь ЧМ хорошо подавляет АМ , но только при большом уровне сигнала. Значит можно ожидать подавление импульсных помех от зажигания, например.
Но на дальности связи переход от АМ к ЧМ скажется только отрицательно.
Недаром авиация до сих пор использует АМ.

Так почему в авиации применяют амплитудную модуляцию?

На заре рождения авиационной радиосвязи (1940-е годы) АМ-радиостанции создавать было на порядок проще и дешевле, чем FM (ЧМ).

Связано это прежде всего с тем, что АМ модуляция в практическом использовании в радиосвязи с конца 19 века, а принципы построения радиостанций на базе частотной модуляции только в 30-е годы 20-го века были сформулированы, плюс к этому конструкция радиостанций с частотной модуляцией была более сложной и дорогой, чем радиостанций с амплитудной модуляцией.

А далее - для преемственности - чтобы старые "борты" могли связываться с землёй без проблем - так и оставили в авиации АМ (амплитудную модуляцию).

Есть еще одна версия- почему в авиации оставили АМ (главная причина всё-же преемственность): в секторах УВД большой протяженности используется метод радиосвязи с двух наземных точек, со сдвигом частоты наземных передатчиков на 6-8 кГц друг от друга.

При этом обе несущие попадают в полосу пропускания бортового АМ приемника, частота биений отфильтровывается в ФНЧ.

Экипаж даже не подозревает, что принимает сигнал с двух точек сразу.

В случае FM (ЧМ) так не получится - там более сильный сигнал в полосе пропускания канала полностью "забьёт" более слабый.

Но в любом случае - главная причина - преемственность.

Кто ещё применяет амплитудную модуляцию?

Прежде всего - водители- дальнобойщики. Связано это опять же с преемственностью и с традициями.

Ещё в середине 20-го века у дальнобойщиков - в начале в США, а далее по всему миру - в машине обязательным атрибутом профессии стала радиостанция диапазона 27 МГц с амплитудной модуляцией. В те далёкие годы FM модуляция была экзотикой, радиостанции с FM стоили сильно дороже и - при том уровне реализации FM - не давали ощутимого преимущества над АМ.

А далее - в силу традиций - дальнобойщики продолжают использовать режим амплитудной модуляции (АМ) и поныне, для русскоязычных дальнобойщиков это частота 27,135 МГц (15 канал основной Си-Би-шной сетки) в режиме АМ (хотя чем дальше, тем больше появляется "бунтарей", работающих на той же частоте в FM).

Радиолюбители (прежде всего - в диапазоне КВ) так же используют режим АМ (но гораздо чаще - SSB - режим однополосной амплитудной модуляции с подавленной несущей и одной из боковых полос, подробнее о том, почему в переносных радиостанциях применение SSB нецелесообразно, а имеет смысл только в радиостанциях с большими стационарными антеннами - см. в другой статье).

А больше режим АМ модуляции не использует никто, в повседневной жизни подавляющая часть радиостанций работает в режиме частотной модуляции (FM).

Вопрос:

Поляков "о прямом преобразовании"- это касается SSB/ преимущества перед АМ и ЧМ

Ответ:

при всём уважении к творчеству В.Т. Полякова, который, будучи радиолюбителем, в 70-е и 80-е годы написал немало статей в журнале "Радио" и внёс большой вклад в популяризацию радиосвязи и радиолюбительства, принимать его мнение как истину в последней инстанции не стоит - он имел ввиду классические - далеко не самые удачные - схемы ЧМ, которые были доступны в те далёкие годы.

Он утверждал о том, что в приёмник прямого преобразования в режиме SSB имеет преимущества по работе со слабым сигналом перед выполненным по схеме супергетеродина ЧМ приёмником, т.к. классический дискриминатор для ЧМ в схеме супергетеродина 70-х годов при уменьшении уровня принимаемого сигнала в какой-то момент начинает подавлять полезный сигнал, у него есть порог, выше которого сигналы выделяются из шумов, а ниже - подавляются.

Т.к. схемотехника 70-х годов и применяемые тогда примитивные схемы амплитудного шумоподавителя физически не могли обеспечить возможность выделения в ЧМ сигнала слабее 1 мкВ, то он считал это главным недостатком ЧМ детектирования, по сравнению например с SSB (режим SSB в те годы в лучших образцах аппаратуры мог обеспечить возможность выделения из эфирного шума более слабого сигнала).

В ЧМ приёмнике прямого преобразования - по мнению Полякова - этот недостаток отсутствует, слабый сигнал детектируется при любом уровне, вплоть до полного пропадания - поэтому Поляков пропагандировал ЧМ, выполненный по схеме прямого преобразования (а вовсе не указывал на преимущества SSB перед ЧМ, как Вы написали).

Сейчас, при наличии современной элементной базы (качественных кварцевых фильтров, которые при применении в схеме супергетеродина обеспечивают на голову лучшую избирательность, чем в схемах прямого преобразования частоты, наличия полевых транзисторов, применение которых в смесителе супергетеродина позволяют обеспечить гораздо большую ширину динамического диапазона (чем в схемах прямого преобразования частоты), схем умного спектрального (а не примитивного амплитудного) шумоподавителя - в современном ЧМ на базе правильно сделанного супергетеродина с двумя ПЧ (например, в рациях производства КБ Беркут) можно выделять в ЧМ из эфирного шума уникально слабый сигнал 0,05-0,07 мкВ.

НИЧЕГО ПОДОБНОГО схемы прямого преобразования ни в SSB, ни в ЧМ НЕ МОГУТ (а что касается SSB - то и современные супергетеродины не могут обеспечить работу с таким слабым сигналом)

Но вот есть ли практическая польза от сигнала в сотые доли микровольта? Я так понимаю, современная цивилизация настолько загадила радиоэфир, что само наличие полезного, но очень слабого сигнала не так уж много значит?

Практическая польза возможности выделения из эфирного шума уникально слабого сигнала 0,05-0,07 мкВ в том, что радиостанции диапазона 27 МГц производства КБ Беркут в условиях плотного леса и перепадов высот (особенно с густой листвой-хвоей) работают в несколько раз дальше импортных переносных радиостанций диапазона 27 МГц и дальше (не в несколько раз - но ощутимо) мощных радиостанций диапазона 136-174 МГц.

Отечественные переносные AM/FM радиостанции диапазона 27 МГц Штурман-80М и Штурман-90 - в режиме FM модуляции в условиях плотного леса и перепадов высот работают дальше мощных импортных высокочастотных (136-174/400-520 МГц) радиостанций
Отечественные переносные AM/FM радиостанции диапазона 27 МГц Штурман-80М и Штурман-90 - в режиме FM модуляции в условиях плотного леса и перепадов высот работают дальше мощных импортных высокочастотных (136-174/400-520 МГц) радиостанций

Вот пример недавно проведённого теста (одна из точек связи в городе - в 100 м от промышленной зоны, а остальные точки связи в плотном лесе):

А что касается "загаженности" радиоэфира - в 90-е годы он был "загажен" в диапазоне 27 МГц (прежде всего массово работающими с незаконными и дающими широкополосные помехи усилителями) таксистами, причём таксисты в Си-Би (27 МГц) с мощными (100-500 Вт) усилителями работали по всему миру, что при прохождении (отражении от ионосферы) давало кошмарный эффект.

Сейчас таксисты по всему миру и в России не используют Си-Би - все сидят на сотовых телефонах, яндекс и т.п. навигаторах.

Эфир в диапазоне 27 МГц сейчас очень чистый - надо ещё постараться найти канал, на котором будут работать.

А вот в крупных городах и вблизи них "загажен", как раз, эфир на частотах 136-174 МГц и - особенно - в 400-520 МГц.

Вот пример теста работы раций, проведённого в лесу на территории Новой Москвы (примерно в 25 км за МКАД-ом, но всё-равно - видно, что эфир в высокочастотной части спектра более загружен, чем в диапазоне 27 МГц):

Пожалуйста, ставьте лайки и подписывайтесь на наш канал, если Вы хотите новых обзоров и видео-тестов!

Посетите сайт Конструкторского Бюро Беркут, если интересуетесь радиостанциями.