Was bedeuten FM und AM bei Radiosignalen?

Im Radio hören wir oft: FM 96,6 MHz, AM 927 kHz. Was bedeuten FM und AM? Wie übertragen wir Musik vom Sender zum Radio?

Wir haben bereits erwähnt, dass Signale mithilfe eines Funksenders übertragen werden können und dass Menschen auf der Grundlage dieses Prinzips drahtlose Telegrafen entwickelt haben. Doch wie konnte die drahtlose Telegrafie Morsecodes übertragen und der Rundfunk die Übertragung von Ton erfordern?

Marconi, der Vater des Radios

Da Radiofrequenzen groß genug sein müssen, um effektiv senden zu können, liegen die meisten Sendefrequenzen beispielsweise im Bereich von Hunderten von Kilohertz bis Hunderten von Megahertz. Der nationale Rundfunksender Economic Voice of China sendet auf FM 96,6 MHz, was bedeutet, dass es 96,6 Millionen Zyklen elektromagnetischer Wellen pro Sekunde gibt. Die Frequenz der Schallwellen, die wir sprechen, ist jedoch viel niedriger, nämlich nur einige hundert Hertz. Wie können wir unsere gesprochenen Worte in Radiosignale umwandeln? Dabei handelt es sich um ein Konzept: Modulation.

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Signal-Debugging

Genau wie beim Expressversand müssen wir zum Verpacken der Waren einen Karton verwenden. Das Niederfrequenzsignal ist das, was wir übertragen müssen, genau wie die Fracht; wir erzeugen dann ein Hochfrequenzsignal, das unser Träger ist, wie eine Box. Wir lassen das Hochfrequenzsignal mit dem Niederfrequenzsignal wechseln, so als würden wir Güter auf einen Wagen laden. Dieser Vorgang wird Modulation genannt. Wenn wir die Frequenz eines Hochfrequenzsignals mit der eines Niederfrequenzsignals variieren lassen, wird dieser Vorgang als Frequenzmodulation oder FM bezeichnet.

Wird die Amplitude des Hochfrequenzsignals mit dem Niederfrequenzsignal verändert, nennt man diesen Vorgang

Amplitudenmodulation oder AM.

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Emission von Radiowellen

Das modulierte Signal kann schließlich gesendet werden. Ein Schaltkreis, der aus einem Kondensator und einer Induktivität besteht, wird als LC-Schleife bezeichnet. In der LC-Schleife wird ein oszillierendes elektromagnetisches Feld erzeugt, das elektromagnetische Wellen aussendet. Man hat herausgefunden, dass die ausgesendete Radiofrequenz umso höher ist, je kleiner der Kondensator im Schaltkreis ist. Um Hochfrequenzsignale übertragen zu können, reduzieren wir also die Fläche der beiden Platten des Kondensators. Um gleichzeitig die Reichweite der elektromagnetischen Wellenemission groß genug zu machen, können wir die beiden Platten des Kondensators, eine oben und die andere unten, platzieren, wodurch eine Antenne entsteht.

Wir laden das modulierte Stromsignal durch elektromagnetische Induktion auf die Antenne und die Antenne kann uns bei der Radioübertragung helfen.

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Ausbreitung von Radiowellen

Wie verbreitet sich Radio durch die Luft? Bitte beachten Sie, dass sich Radiowellen aufgrund der runden Erde nur schwer über eine große Reichweite ausbreiten können, wenn sie sich entlang einer geraden Linie ausbreiten. Wie können Menschen Funkübertragungen über größere Entfernungen ermöglichen? Insgesamt gibt es drei Möglichkeiten.

Radiowellen mit längeren Wellenlängen werden als Langwellen bezeichnet. Lange Wellen können Hindernisse problemlos umgehen. Dieses Phänomen wird als Beugung bezeichnet, sodass sich lange Wellen hauptsächlich über Bodenwellen ausbreiten. Die sogenannte Bodenwelle dient dazu, das Radio über den Boden zu bewegen, es wird von selbst gebeugt und gebogen und erreicht das Empfangsgerät. Dieser Funktyp wird im Allgemeinen für die drahtlose Kommunikation über große Entfernungen verwendet.

Radiowellen mit kürzeren Wellenlängen werden als Mittelwellen bezeichnet. Mittelwellen haben ein schlechtes Beugungsvermögen und können nicht durch Bodenwellen übertragen werden. Es gibt jedoch eine spezielle Schicht in der Atmosphäre, die Ionosphäre, die Mittelwellen reflektieren kann. Daher können Radiowellen übertragen werden, indem sie wiederholt zwischen dem Boden und der Ionosphäre reflektiert werden. Diese Methode wird als Raumwellen bezeichnet. Die Idee der Ionosphären- und Raumwellenübertragung wurde erstmals von Tesla vorgeschlagen. Telegrafie und Rundfunk nutzen im Allgemeinen die Raumwellenübertragung.

Radio mit kürzeren Wellenlängen als Mittelwelle wird als Kurzwelle und Mikrowelle bezeichnet. Diese Welle hat eine sehr kurze Wellenlänge und lässt sich nur schwer beugen, sodass die Übertragung von Bodenwellen nicht möglich ist. Gleichzeitig kann dieser Wellentyp leicht die Ionosphäre durchdringen und kann nicht durch Raumwellen übertragen werden. Die Übertragungsmethode von Kurzwelle und Mikrowelle ist im Allgemeinen eine lineare Ausbreitung, d. h. das Signal wird abschnittsweise über Repeater auf erhöhten Türmen empfangen, verstärkt und dann weitergesendet.

Das Prinzip der Funksignalausbreitung bei Mobiltelefonen ist die lineare Ausbreitung. Zu Beginn mussten mehrere große Mobilfunkbetreiber, darunter China Mobile, China Unicom, China Netcom und China Telecom, jeweils eigene Sendemasten und Basisstationen bauen, was eine große Verschwendung war. Schließlich griff der Staat koordinierend ein und mehrere große Betreiber investierten gemeinsam in die Gründung der China Tower Corporation, die speziell für den Bau von Basisstationstürmen und die gemeinsame Nutzung von Ressourcen zuständig war.

Mit der Entstehung künstlicher Satelliten ist es wahrscheinlicher, dass man dieses Signal direkt an den Satelliten sendet und es dann über den Satelliten an einen anderen Ort auf der Erde überträgt, wodurch Basisstationen eingespart werden.

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Empfang von Radiowellen

Am Radio ist auch eine Antenne vorhanden. Die Antenne ist ein Leiter. Trifft das Funksignal auf den Leiter, wird es nach dem gleichen Gesetz einen induzierten Strom im Leiter anregen, dieser Strom ist jedoch relativ schwach. Allerdings ist auch die Empfangsantenne ein LC-Schaltkreis und verfügt ebenfalls über eine Eigenfrequenz. Wenn die Frequenz der Empfangsantenne mit der Radiofrequenz im Weltraum übereinstimmt, tritt eine elektromagnetische Resonanz auf und der induzierte Strom an der Antenne ist zu diesem Zeitpunkt am größten.

Wenn wir beispielsweise FM96.6 hören möchten, stellen wir die Eigenfrequenz des Empfangsgeräts auf 96,6 MHz ein. Zu diesem Zeitpunkt ist der durch den wirtschaftlichen Ton im Stromkreis verursachte induzierte Strom am größten. Obwohl auch die Signale anderer Radiosender Ströme im Schaltkreis induzieren, gibt es keine Resonanz, sodass der Strom sehr gering ist.

Der Vorgang der Anpassung der Eigenfrequenz des Empfangsgeräts ist eigentlich eine Anpassung der Größe des Kondensators im Radio. Dieser Vorgang wird als Tuning bezeichnet und entspricht dem, was wir im Alltag mit der Suche oder dem Wechseln von Kanälen meinen.

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Signaldemodulation

Können wir den Strom direkt an den Lautsprecher weiterleiten, wenn wir den FM96,6 MHz Economic Voice-Kanal empfangen? Die Antwort ist nein. Da es sich bei dem Signal, das wir empfangen, um ein moduliertes Hochfrequenzsignal handelt, ist es, als würden wir ein Expresspaket erhalten, das wir erst öffnen müssen. Wir müssen das Niederfrequenzsignal vom Hochfrequenzsignal unterscheiden, und dieser Vorgang wird Demodulation genannt.

Wir filtern das Hochfrequenzsignal auf die entgegengesetzte Weise zur Modulation heraus und lassen das Niederfrequenzsignal übrig. Dieses Signal wird dann verstärkt und an den Lautsprecher weitergeleitet. Die Spule im Lautsprecher vibriert unter der Kraft des Magneten auf den elektrischen Strom hin und her und treibt die klangerzeugende Membran an, und dann können wir den schönen Gesang empfangen, der im Radio gespielt wird!

Zusammenfassend läuft der Sendevorgang wie folgt ab: Das Signal wird in ein Hochfrequenzsignal moduliert, über eine Antenne gesendet, erreicht die Empfangsseite über verschiedene Mittel, wird nach der Abstimmung vom Empfangsgerät empfangen und dann demoduliert, um wieder das ursprüngliche Signal zu erhalten.

Bei Funkgeräten wie Fernsehern und Mobiltelefonen ist das Prinzip dasselbe. Aber es gibt einen kleinen Unterschied. Rundfunksignale können sich im Allgemeinen kontinuierlich ändern und dieser Signaltyp wird als analoges Signal bezeichnet. während bei Mobiltelefonsignalen im Allgemeinen digitale Signale verwendet werden. Die sogenannten digitalen Signale haben nur zwei Zustände, 0 und 1, was dem Prinzip von Computern entspricht. Durch die Verwendung digitaler Signale können Informationsverarbeitung und Berechnung einfach realisiert werden.

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