Kiedy mówisz do mikrofonu radiotelefonu VHF, nadajnik nie wysyła w eter samego głosu. Wytwarza falę nośną o ściśle określonym kształcie i parametrach, a następnie zmienia jedną z jej cech w rytm mowy. Na egzaminie SRC ten mechanizm sprawdza kilka pytań: jaki kształt ma fala nośna, czym jest jej amplituda, z czym związana jest jej częstotliwość, jaką modulację stosują morskie radiotelefony VHF i co oznacza kod G3E. Ten materiał rozwija pojęcia zapowiedziane w Fale radiowe - wprowadzenie i odpowiada na wszystkie te pytania po kolei.
Fala nośna
Fala nośna to fala o stałej, wysokiej częstotliwości, którą wytwarza nadajnik i którą wysyła antena. To ona rozchodzi się w przestrzeni i to jej częstotliwość odpowiada kanałowi ustawionemu w radiotelefonie. Sama w sobie nie przenosi żadnej treści - jest "pustym" nośnikiem, na który dopiero modulacja nakłada głos.
W radiotelefonii fala nośna ma kształt sinusoidy. Przebieg sinusoidalny zmienia się płynnie: napięcie rośnie od zera do maksimum, opada przez zero do minimum i wraca, a każdy kolejny cykl wygląda identycznie. Najważniejsza cecha sinusoidy z punktu widzenia radia jest taka, że zawiera tylko jedną częstotliwość. Dzięki temu nadajnik zajmuje wąski wycinek widma, a sygnał mieści się w swoim kanale i nie wchodzi na kanały sąsiednie.
Prostokątna i trójkątna
Na egzaminie obok sinusoidy pojawiają się fala prostokątna i trójkątna. Obie są przebiegami okresowymi, ale nie sinusoidalnymi, i właśnie to je dyskwalifikuje:
- Fala prostokątna zmienia napięcie skokowo, z jednej wartości od razu na drugą. Taki przebieg można rozłożyć na częstotliwość podstawową i całą serię jej wielokrotności, nazywanych harmonicznymi. Nadajnik z prostokątną nośną emitowałby więc wiele częstotliwości jednocześnie, zajmowałby bardzo szerokie pasmo i zakłócał sąsiednie kanały.
- Fala trójkątna narasta i opada liniowo, a jej wierzchołki są ostre, nie zaokrąglone. Jest łagodniejsza niż prostokątna, ale nadal nie jest sinusoidą, więc też zawiera harmoniczne. Z tego samego powodu nie nadaje się na nośną.
Zasada do zapamiętania: nośna musi mieć jedną, stabilną częstotliwość, a jedyny przebieg spełniający ten warunek to sinusoida.
Amplituda
Każdą sinusoidę opisuje kilka parametrów. Pierwszy z nich to amplituda, czyli maksymalna wartość napięcia, jaką osiąga przebieg w trakcie jednego cyklu, liczona od poziomu zerowego. Ponieważ chodzi o napięcie, amplitudę wyraża się w woltach. Nazywa się ją też wartością szczytową. Na wykresie sinusoidy amplituda to wysokość "grzbietu" fali nad osią poziomą.
Amplituda mówi, jak "silna" jest fala w danym punkcie toru nadawczego. Nie ma natomiast żadnego związku z tym, ile razy na sekundę fala drga - dwie sinusoidy o tej samej częstotliwości mogą mieć zupełnie różne amplitudy.
Wartość skuteczna i średnia
W pytaniu o amplitudę pojawiają się jeszcze dwie wielkości opisujące napięcie przemienne. Obie istnieją naprawdę, ale żadna z nich nie jest amplitudą:
- Wartość skuteczna (oznaczana skrótem RMS) to wielkość używana do porównywania napięcia przemiennego ze stałym pod względem przenoszonej mocy. Dla sinusoidy jest równa amplitudzie podzielonej przez pierwiastek z dwóch, czyli wynosi około 0,7 wartości szczytowej. Jest więc zawsze mniejsza od amplitudy i nie może być jej definicją.
- Wartość średnia sinusoidy liczona po pełnym okresie wynosi zero. Dodatnia połówka przebiegu jest dokładnie taka sama jak ujemna, więc obie się znoszą. Wielkość, która dla każdej sinusoidy daje zero, nie może opisywać jej "wysokości".
Krótko: amplituda to maksimum, a nie wartość skuteczna ani średnia.
Częstotliwość a długość
Drugim parametrem fali nośnej jest częstotliwość, czyli liczba pełnych cykli, jakie fala wykonuje w ciągu jednej sekundy. Mierzy się ją w hercach (Hz), a w łączności VHF w megahercach (MHz).
Częstotliwość jest nierozerwalnie związana z długością fali, czyli odległością, jaką fala pokonuje w czasie jednego pełnego cyklu. Fala radiowa w wolnej przestrzeni porusza się ze stałą prędkością, więc im więcej cykli zmieści się w jednej sekundzie, tym krótszy odcinek przypada na każdy z nich. Zależność jest odwrotna: wyższa częstotliwość oznacza krótszą falę, a niższa częstotliwość - dłuższą. Dlatego mówi się, że częstotliwość fali nośnej zależy od jej długości: znając jedną z tych wielkości, zawsze można wyznaczyć drugą. Dla morskiego pasma VHF, z częstotliwościami w okolicy 150 MHz, długość fali wynosi około 2 metrów, co zgadza się z nazwą "fale metrowe" opisaną w materiale Pasmo VHF. Wzór i przeliczenia omawia kolejny materiał w ścieżce, poświęcony długości, częstotliwości i prędkości fali.
Amplituda i faza
Dwie błędne odpowiedzi w tym pytaniu dotyczą parametrów, które również opisują falę, ale nie decydują o jej częstotliwości:
- Amplituda to wysokość fali, czyli maksymalne napięcie. Możesz ją zwiększyć lub zmniejszyć, a fala nadal wykona tyle samo cykli na sekundę.
- Faza opisuje, w którym miejscu cyklu fala znajduje się w danej chwili, czyli o ile jest przesunięta w czasie względem punktu odniesienia. Dwie fale o tej samej częstotliwości mogą być względem siebie przesunięte w fazie, a mimo to drgają dokładnie tak samo szybko. Faza ma duże znaczenie przy modulacji, ale nie definiuje częstotliwości nośnej.
Modulacja VHF
Modulacja to zmienianie jednej z cech fali nośnej w rytm sygnału, który chcemy przesłać - na przykład głosu. Fala sinusoidalna ma trzy cechy, które można zmieniać: amplitudę, częstotliwość i fazę. Od tego, która z nich odzwierciedla głos, zależy rodzaj modulacji:
- modulacja amplitudy (AM) - głos zmienia amplitudę nośnej, a częstotliwość pozostaje stała,
- modulacja częstotliwości (FM) - głos zmienia chwilową częstotliwość nośnej, a amplituda pozostaje stała,
- modulacja fazy (PM) - głos zmienia fazę nośnej, a amplituda pozostaje stała.
Modulację częstotliwości i modulację fazy łączy się we wspólną grupę nazywaną modulacjami kątowymi. W obu przypadkach amplituda nośnej się nie zmienia, a informacja jest zapisana w "kącie" sinusoidy, czyli w tym, jak szybko fala przechodzi przez kolejne cykle i w którym miejscu cyklu znajduje się w danej chwili. Większość zakłóceń radiowych zniekształca właśnie amplitudę sygnału, więc odbiornik, który odczytuje częstotliwość lub fazę, jest na nie znacznie mniej wrażliwy.
W nadajnikach morskich radiotelefonów VHF stosuje się modulację częstotliwości lub fazy. Regulamin Radiokomunikacyjny określa dla fonii w morskim paśmie VHF klasę emisji F3E/G3E: litera F oznacza modulację częstotliwości, a litera G modulację fazy. Dlatego w pytaniu egzaminacyjnym poprawna odpowiedź łączy oba rodzaje: "częstotliwości / fazy".
AM i impulsowa
Pozostałe odpowiedzi w tym pytaniu opisują modulacje, które na statku istnieją, ale nie w radiotelefonie VHF:
- Modulacja amplitudy nie jest stosowana w morskich radiotelefonach VHF. Emisje z rodziny amplitudowych spotyka się w łączności morskiej na falach średnich i krótkich (MF/HF), gdzie fonia pracuje w emisji jednowstęgowej SSB, oznaczanej J3E. W VHF klasa emisji to F3E/G3E, czyli modulacja kątowa.
- Modulacja impulsowa polega na wysyłaniu krótkich impulsów energii. Jest charakterystyczna dla radaru, a nie dla przesyłania mowy przez radiotelefon.
Emisja G3E
Sposób nadawania opisuje się krótkim, trzyznakowym kodem nazywanym klasą emisji. Każda pozycja kodu ma swoje znaczenie, więc kod G3E można "przeczytać" znak po znaku:
| Pozycja | Znak w G3E | Co opisuje | Znaczenie |
|---|---|---|---|
| 1 | G | rodzaj modulacji fali nośnej | modulacja fazy |
| 2 | 3 | charakter sygnału modulującego | jeden kanał z informacją analogową |
| 3 | E | rodzaj przesyłanej informacji | telefonia, czyli fonia |
G3E to więc emisja z modulacją fazy, przenosząca analogowy sygnał mowy jednym kanałem. W tej emisji radiotelefon morski VHF pracuje podczas zwykłej rozmowy głosowej. Dla porównania wywołanie cyfrowe DSC na kanale 70 nadawane jest w emisji G2B: pierwsza litera nadal oznacza modulację fazy, ale druga pozycja wskazuje sygnał cyfrowy, a nie analogowy.
Dlaczego nie amplitudowa
Pierwsza litera kodu emisji mówi o rodzaju modulacji nośnej. Emisje amplitudowe oznacza się literami A, H, R, J, B lub C - przykładem jest wspomniana J3E na falach MF/HF. Litera G do tej grupy nie należy: oznacza modulację kątową, konkretnie modulację fazy. Kod zaczynający się od G nie może więc opisywać emisji amplitudowej.
Dlaczego nie cyfrowa
O tym, czy emisja jest analogowa, czy cyfrowa, decyduje druga pozycja kodu. Cyfra 3 oznacza jeden kanał z informacją analogową, a mowa przesyłana przez radiotelefon jest właśnie sygnałem analogowym. Emisje z informacją cyfrową mają na drugiej pozycji inne cyfry, na przykład 1, 2 lub 7. Stąd DSC to G2B, a fonia to G3E. Mylenie tych dwóch kodów to częsta pułapka: oba zaczynają się od G, ale tylko G2B jest emisją cyfrową.
Co zapamiętać
- Fala nośna w radiotelefonii jest sinusoidalna. Sinusoida ma jedną częstotliwość, więc sygnał mieści się w swoim kanale. Fala prostokątna i trójkątna zawierają harmoniczne i zajmowałyby szerokie pasmo.
- Amplituda fali nośnej to maksymalna wartość napięcia wyrażona w woltach. Wartość skuteczna jest od niej mniejsza (amplituda podzielona przez pierwiastek z dwóch), a wartość średnia sinusoidy po pełnym okresie wynosi zero.
- Częstotliwość fali nośnej zależy od jej długości: wyższa częstotliwość oznacza krótszą falę. Amplituda i faza nie zmieniają liczby cykli na sekundę.
- W nadajnikach morskich radiotelefonów VHF stosuje się modulację częstotliwości / fazy (klasa emisji F3E/G3E). AM nie występuje w morskim VHF, a modulacja impulsowa to domena radaru.
- G3E to emisja z modulacją fazy: G - modulacja fazy, 3 - jeden kanał analogowy, E - telefonia. Nie jest amplitudowa (litery A, H, R, J, B, C) ani cyfrowa (DSC to G2B).
Slug: fala-nosna-modulacja-i-emisja-g3e
