ラジオ信号の FM と AM はどういう意味ですか?

ラジオでよく聞くのは、FM 96.6 MHz、AM 927 kHz です。 FMとAMはどういう意味ですか?送信機からラジオに音楽を送信するにはどうすればいいですか?

信号は無線送信機を使用して送信できることを前に述べましたが、人々はこの原理に基づいて無線電信機を作りました。しかし、無線電信ではモールス信号を送信し、放送では音声の送信をどのように必要とするのでしょうか?

ラジオの父、マルコーニ

無線周波数は、効果的に送信できるほど十分に大きくなければならないため、たとえば、ほとんどの放送周波数は数百キロヘルツから数百メガヘルツです。中国国営放送局の経済音声はFM96.6MHzで、これは1秒間に9660万サイクルの電磁波があることを意味します。しかし、私たちが話す音波の周波数ははるかに低く、わずか数百ヘルツです。どうすれば話した言葉を無線信号に変換できるのでしょうか?これには「変調」という概念が関係します。

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シグナルデバッグ

速達便を送る場合と同様に、商品を梱包するには箱を使用する必要があります。低周波信号は、貨物と同様に、送信する必要があるものです。次に、箱のような搬送波となる高周波信号を生成します。荷物を馬車に積むときのように、高周波信号を低周波信号に変化させます。このプロセスは変調と呼ばれます。高周波信号の周波数を低周波信号の周波数に合わせて変化させるプロセスを周波数変調または FM と呼びます。

高周波信号の振幅が低周波信号によって変化すると、このプロセスは次のように呼ばれます。

振幅変調または AM。

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電波の放出

最終的に変調された信号を送信できます。コンデンサとインダクタで構成される回路を LC ループと呼びます。 LC ループ内に振動する電磁場が生成され、電磁波が放出されます。回路内のコンデンサが小さいほど、放射される無線周波数が高くなることが発見されました。そこで高周波信号を伝送するために、コンデンサの2つのプレートの面積を減らします。同時に、電磁波の放射範囲を十分に広くするために、コンデンサの 2 つのプレートを、1 つを上部に、もう 1 つを下部に配置してアンテナを形成することもできます。

変調された電流信号を電磁誘導によってアンテナに送り、アンテナが無線の送信を助けます。

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電波の伝播

ラジオはどのようにして空気中を伝わるのでしょうか?地球は丸いので、電波が直線的に伝わると、広範囲に届きにくくなるので注意してください。無線送信をより遠くまでするにはどうすればいいのでしょうか?全部で3つの方法があります。

波長の長い電波は長波と呼ばれます。長い波は障害物を簡単に回避できます。この現象は回折と呼ばれ、長波は主に地上波に依存して伝播します。いわゆる地上波は、電波を地面に沿って移動させ、自ら回折・屈折して受信装置に到達させます。このタイプの無線は、一般的に長距離無線通信に使用されます。

波長が短い電波は中波と呼ばれます。中波は回折能力が低いため、地上波では伝わりません。しかし、大気中には電離層と呼ばれる中波を反射できる特殊な層があります。そのため、電波は地面と電離層の間で反射を繰り返すことで伝送することができます。この方法はスカイウェーブと呼ばれます。電離層と空中波の伝送のアイデアは、テスラによって最初に提案されました。電信や放送では、一般的に空中波伝送が使用されます。

中波よりも波長が短い電波は短波やマイクロ波と呼ばれます。この波は波長が非常に短く回折しにくいため、地上波伝送は使用できません。同時に、このタイプの波は電離層を容易に貫通し、空中波によって伝達されることはありません。短波やマイクロ波の伝送方法は一般的に直線伝播であり、信号は高架塔の中継器を介してセグメントごとに受信され、増幅され、その後継続的に送信されます。

携帯電話の無線信号の伝播原理は直線伝播です。当初は、中国移動、中国聯通、中国網通、中国電信など大手モバイル通信事業者がそれぞれ塔と基地局を建設する必要があり、非常に無駄が多かった。最終的に、政府が調整に介入し、いくつかの大手事業者が共同で投資して中国タワー株式会社を設立し、基地局タワーの建設とリソースの共有を実現しました。

人工衛星の出現により、この信号を直接衛星に送信し、衛星を介して地上の別の場所に送信する可能性が高くなり、基地局を節約できるようになりました。

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電波の受信

ラジオにもアンテナが付いています。アンテナは導体です。無線信号が導体に遭遇すると、同じ法則で導体に誘導電流が発生しますが、この電流は比較的弱いものです。しかし、受信アンテナもLC回路であり、これも固有周波数を持ちます。受信アンテナの周波数が宇宙の無線周波数と同じであれば電磁共鳴が発生し、このときアンテナの誘導電流が最大になります。

たとえば、FM96.6 を聞きたい場合、受信装置の固有周波数を 96.6MHz に調整します。このとき、回路内の経済音によって発生する誘導電流が最も大きくなります。他のラジオ局の信号も回路内に誘導電流が発生しますが、共振がないため、電流は非常に小さくなります。

受信装置の固有周波数を調整するプロセスは、実際には無線機内のコンデンサのサイズを調整することです。このプロセスはチューニングと呼ばれ、日常生活でチャンネルを検索したり変更したりするのと同じです。

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信号復調

FM96.6MHz エコノミックボイスチャンネルを受信する場合、スピーカーに直接電流を流すことはできますか?答えはノーです。私たちが受信する信号は変調された高周波信号であるため、まず開封する必要がある速達小包を受け取るようなものです。高周波信号から低周波信号を検出する必要があり、このプロセスは復調と呼ばれます。

変調とは逆の方法で高周波信号をフィルタリングし、低周波信号を残します。この信号は増幅され、スピーカーに送られます。スピーカー内のコイルが電流の磁石の力で前後に振動し、音を出す振動板を駆動して、ラジオから流れる美しい歌声を聴くことができるのです。

まとめると、放送のプロセスは次のようになります。信号は高周波信号に変調され、アンテナを介して送信され、さまざまな手段を介して受信側に到達し、チューニング後に受信装置で受信され、その後復調されて元の信号になります。

テレビや携帯電話などの無線機器でも原理は同じです。しかし、少し違いがあります。放送信号は一般に連続的に変化し、このタイプの信号はアナログ信号と呼ばれます。一方、携帯電話の信号は一般的にデジタル信号を使用します。いわゆるデジタル信号には 0 と 1 の 2 つの状態しかなく、これはコンピューターの原理と同じです。デジタル信号を使用することで、情報処理や計算が簡単に実現できます。

終わり