AM/FM-radio voi tuntua puhtaalta taikalta. Kytke radio päälle ja kuuntele musiikkia, keskusteluohjelmia tai muuta ääniviihdettä, joka on lähetetty satojen, ellei tuhansien kilometrien päässä olevasta lähteestä. Mutta radio ei ole taikuutta. Se on yksinkertainen mutta kiehtova prosessi. Tässä on katsaus siihen, kuinka radioaaltoja luodaan ja lähetetään.
Mitä radioaallot ovat?
AM tarkoittaa amplitudimodulaatiota ja FM taajuusmodulaatiota. Sekä AM- että FM-radio-ohjelmat lähetetään ilmassa käyttämällä radioaaltoja, jotka ovat osa sähkömagneettisia aaltoja, mukaan lukien gammasäteet, röntgensäteet, ultraviolettisäteet, näkyvä valo, infrapuna ja mikroaaltouuni. Sähkömagneettisia aaltoja on kaikkialla, kaikkialla, eri taajuuksilla. Radioaalloilla on samanlaisia ominaisuuksia kuin valoaalloilla (kuten heijastus, polarisaatio, diffraktio ja taittuminen), mutta radioaaltoja esiintyy taajuudella, jolle silmäsi eivät ole herkkiä. Sähkömagneettisia aaltoja tuottaa vaihtovirta (AC), sähkövirta, jota käytetään useimpiin kodin ja elämän tekniikoihin, pesukoneista televisioihin ja mobiililaitteisiin. Yhdysvalloissa vaihtovirta toimii 120 voltilla 60 Hz:n taajuudella. Tämä tarkoittaa, että virta muuttuu (muuttaa suuntaa) 60 kertaa sekunnissa. Muut maat käyttävät 50 Hz vakiona. Vaikka sekä 50 että 60 Hz katsotaan suhteellisen mataliksi taajuuksiksi, vaihtovirrat tuottavat sähkömagneettisen säteilyn (EMR) perustason. Tämä tarkoittaa, että osa sähköenergiasta karkaa johdosta ja siirtyy ilmaan. Mitä korkeampi sähkön taajuus, sitä enemmän energiaa pääsee karkaamaan johdosta avoimeen tilaan. Tästä syystä sähkömagneettista säteilyä kuvataan joskus löyhästi «ilmassa olevaksi sähköksi».
Modulaation käsite
Ilmassa oleva sähkö on satunnaista melua. Sähkö on ensin moduloitava, jotta se muunnetaan hyödyllisiksi signaaleiksi, jotka välittävät tietoa (musiikkia tai ääntä). Siksi modulaatio on AM- ja FM-radiosignaalien perusta. Toinen sana modulaatiolle on muutos. Sähkömagneettista säteilyä on moduloitava tai muunnettava, jotta se olisi hyödyllinen radiolähetyksenä. Ilman modulaatiota radiosignaali ei voi lähettää tietoa. Radiolähetyksissä sähkömagneettista säteilyä (ilman sähköä) on moduloitava siirrettävällä tiedolla. Ajattele visiota ymmärtääksesi paremmin modulaation käsitteen. Tyhjä paperiarkki on hyödytön, ennen kuin sitä mukautetaan tai muutetaan mielekkäällä tavalla. Sinun on kirjoitettava tai piirrettävä paperille välittääksesi hyödyllistä tietoa.
AM-radiolähetykset
AM-radio käyttää amplitudimodulaatiota, yksinkertaisinta radiolähetystapaa. Ymmärtääksesi amplitudimodulaation, ajattele vakaata signaalia (tai aaltoa), joka lähettää taajuudella 1000 kHz AM-kaistalla. Vakiosignaalin amplitudi (tai korkeus) on modifioimaton tai moduloimaton, joten se ei sisällä hyödyllistä tietoa. Tämä jatkuva signaali tuottaa vain kohinaa, kunnes se on moduloitu tiedolla, kuten puheella tai musiikilla. Tämä modulaatio johtaa muutokseen vakaan signaalin amplitudin voimakkuudessa, joka kasvaa ja pienenee suoraan suhteessa informaatioon. Vain amplitudi muuttuu. Taajuus pysyy vakiona. AM-radio Amerikassa toimii taajuusalueella 520 kHz – 1710 kHz. Muissa maissa ja alueilla on erilaiset taajuusalueet. Tietty taajuus tunnetaan kantoaaltotaajuutena, joka on ajoneuvo, jonka kautta todellinen signaali siirretään lähettävästä antennista vastaanottavaan virittimeen. AM-radio lähettää pitkiä matkoja. Siinä on enemmän asemia tietyllä taajuusalueella, ja vastaanottimet voivat poimia sen helposti. Mutta AM-signaalit ovat herkempiä kohinalle ja staattisille häiriöille, kuten ukkosmyrskyjen aikana. Salaman tuottama sähkö tuottaa melupiikkejä, joita AM-virittimet poimivat. AM-radiolla on myös rajoitettu äänialue 200 Hz:stä 5 kHz:iin, mikä tekee siitä paremman puheradiolle kuin musiikille. Musiikin AM-signaalien äänenlaatu on huonompi kuin FM-signaalin.
FM-radiolähetykset
FM-radio käyttää taajuusmodulaatiota. Harkitse signaalia, jolla on vakiotaajuus ja amplitudi, ymmärtääksesi taajuusmodulaation. Signaalin taajuus on modifioimaton tai moduloimaton, joten siinä ei ole hyödyllistä tietoa. Kun lisäät tähän signaaliin informaatiota, taajuus muuttuu suoraan suhteessa informaatioon. Kun taajuutta moduloidaan matalan ja korkean välillä, kantoaaltotaajuus lähettää musiikkia tai puhetta. Vain taajuus muuttuu seurauksena. Amplitudi pysyy vakiona koko ajan. FM-radio toimii 87,5–108,0 MHz:n taajuudella, joka on korkeampi taajuusalue kuin AM-radio. FM-lähetysten etäisyys on rajoitetumpi kuin AM, yleensä alle 100 mailia. FM-radio soveltuu kuitenkin paremmin musiikin kuunteluun. Korkeampi kaistanleveysalue 30 Hz – 15 kHz tuottaa äänenlaadun, josta nautimme ja josta pidämme. Laajemman peittoalueen saamiseksi FM-lähetykset vaativat lisäasemia välittämään signaaleja pidemmälle. FM-lähetykset tehdään yleensä stereona (jotkin AM-asemat voivat lähettää myös stereosignaaleja). Vaikka FM-signaalit ovat vähemmän herkkiä melulle ja häiriöille, fyysiset esteet, kuten rakennukset ja kukkulat, voivat rajoittaa niitä ja vaikuttaa yleiseen vastaanottoon. Tästä syystä joitakin radioasemia on helpompi poimia joissakin paikoissa kuin toisia, tai miksi menetät asemia ajaessasi eri alueiden läpi.