Довідник, розділ 7. Модуляція: AM, SSB, FM, CW, цифра
Радіохвиля сама по собі не несе нічого. Рівна синусоїда на чотирнадцяти мегагерцах — це просто рівна синусоїда: увімкнули, вимкнули, більше в ній нічого немає.
Щоб вона щось передавала, її треба зіпсувати за домовленим правилом. Змінювати амплітуду, або частоту, або просто вмикати й вимикати. Правило й називається модуляцією, а спосіб її прочитати назад — демодуляцією.
Одна хвиля, чотири способи її зіпсувати
Три лінії: несуча посередині й дві бічні смуги. Уся інформація — у бічних, а несуча забирає більшу частину потужності й не несе нічого.
Верхня картинка — те, що побачив би осцилограф. Нижня — те, що побачив би приймач сусіда. Перемикайте моди й дивіться на обидві одразу: у цьому весь розділ.
AM: найпростіше й найдорожче
Амплітудна модуляція міняє висоту хвилі за голосом. Обвідна повторює звук, і демодулятор — це буквально діод із конденсатором. Так робили перші приймачі, і так досі працює мовлення на середніх хвилях.
Подивіться на спектр: три лінії. Несуча посередині й дві бічні смуги обабіч.
І тут ховається арифметика, через яку AM в аматорському ефірі майже зникла. Уся інформація — у бічних смугах. Несуча не несе нічого, а забирає щонайменше дві третини потужності. Дві бічні при цьому однакові — одна з них дублює другу.
Виходить, що з кожних ста ват на корисну справу йде близько шістнадцяти.
SSB: те саме, але без зайвого
Приберіть несучу. Приберіть одну бічну смугу. Лишиться одна лінія — і в ній усе, що потрібно, щоб відновити голос.
Це і є односмугова модуляція, і саме нею говорять на коротких хвилях майже завжди. Виграш подвійний і обидва рази великий:
- смуга вдвічі вужча — приблизно 2,4 кГц замість 6, а вужча смуга означає менше шуму в приймачі;
- вся потужність — у сигналі, бо ні несучої, ні дубля більше немає.
Разом це близько чотирьох балів шкали S проти AM тієї самої потужності. Такий виграш не дає жоден підсилювач за розумні гроші.
І є третя перевага, про яку згадують рідко, а користуються нею щодня. Коли на одній частоті опиняються два односмугові сигнали, вони не зливаються в кашу: вухо чує обидва голоси окремо й може зосередитися на потрібному. В AM або FM сильніший сигнал просто задавив би слабший. Саме тому в піле-апі, де одночасно кличуть десятки станцій, оператор DX-експедиції все-таки когось розбирає.
Ціна теж є, і вона чесна: односмуговий сигнал неможливо прийняти простим детектором. Приймач мусить відновити викинуту несучу сам, точно й стабільно. Помилка в сто герців — і голос стає бубонінням або писком. Звідси й уся складність трактів із розділу 8, і звідси ж потреба точно налаштовуватися на кожну станцію.
Викинути можна будь-яку з двох бічних, і домовленість тут проста: нижче 10 МГц працюють нижньою бічною (LSB), вище — верхньою (USB). Причина суто історична, і жодного фізичного сенсу в ній немає. Просто робіть, як усі, — інакше вас чути як нерозбірливе булькотіння.
FM: широка, чиста, для УКХ
Частотна модуляція не чіпає амплітуду взагалі — вона зсуває частоту вгору й вниз за голосом. Тому їй байдуже до тріскотів і до змін рівня: приймач дивиться на частоту, а не на гучність.
Плата — смуга. Перемкніть схему на FM і потягніть девіацію: ліній стає багато, і що більша девіація, то далі вони розповзаються. Аматорська FM займає близько 12 кГц — уп'ятеро більше за SSB.
На коротких хвилях така розкіш неприпустима, а на двох метрах і сімдесяти сантиметрах смуги вдосталь. Тому FM — це мова репітерів, автомобільних станцій і портативок, а далекий зв'язок на тих самих діапазонах ведуть однаково SSB і телеграфом.
CW: те, що чутно, коли не чутно нічого
Телеграф — найстаріша модуляція й найпростіша: несучу просто вмикають і вимикають. Формально це амплітудна модуляція з глибиною сто відсотків.
Смуга виходить крихітною. Приймач може звузити фільтр до 250 герців — удесятеро вужче за голосовий канал, а це десять децибелів менше шуму, і всі вони дістаються безкоштовно. Плюс людське вухо чіпляється за рівний тон там, де мова вже давно розсипалася.
Разом це та сама різниця, через яку телеграфом працюють, коли діапазон майже закритий.
Здається, що телеграфний сигнал — це одна лінія, і ширшим він бути не може. Насправді ширину задає різкість вмикання. Ідеально прямокутний ключ дав би нескінченну смугу; реальний із пологими фронтами вкладається в кількасот герців.
Тому в трансиверах є регулювання форми фронту, і тому надто «гострий» ключ чути на сусідніх частотах як клацання. Порахувати смугу для своєї швидкості можна калькулятором таймінгу.
Класи випромінювань: три символи в дозволі
У Регламенті радіозв'язку, у даташитах і в аматорських дозволах моди позначають трьома символами. Виглядає як шифр, читається просто:
| Позначення | Що означає |
|---|---|
| A1A | телеграф: амплітудна модуляція, один канал цифрової інформації, приймається на слух |
| J3E | SSB: односмугова з придушеною несучою, аналоговий телефонний канал |
| A3E | звичайна AM |
| F3E | FM-телефонія |
| J2D | цифрові моди в односмуговому каналі — сюди потрапляє FT8 |
Перший символ — тип модуляції несучої, другий — характер сигналу, третій — що саме передається. Знати напам'ять треба хіба що перші два, але впізнавати їх варто: саме в цих позначеннях написано, що вам дозволено на кожному діапазоні.
Цифра: та сама модуляція, інший вміст
Цифрові моди не є окремим видом модуляції. FT8, RTTY, PSK — це звук, який подається в той самий односмуговий передавач, і в ефір іде звичайний SSB-сигнал. Різниця тільки в тому, що звук формує не голос, а програма.
Тому й дозвіл на них той самий, і смугу вони займають у межах того самого каналу — а FT8 навіть у п'ятдесят разів менше.
Дерево коду, а не таблиця
Наостанок — про телеграфну абетку те, чого не видно в таблиці «літера — код».
Код Морзе побудований за частотою літер в англійській мові: E — одна крапка, T —
одне тире, бо вони найчастіші; Q, J, Z — по чотири знаки. Альфред Вейл рахував
літери в шухлядах друкарського набору за сто з гаком років до того, як Хаффман довів,
що це оптимально.
У плоскій таблиці ця оптимізація не проглядається ніяк. На дереві вона очевидна з першого погляду — разом із тим, що оптимізували його не під нашу мову: дерево коду Морзе, намальоване як друкована плата.
Далі — розділ 8, тракт: навіщо в приймачі власний генератор.