Verstehen, wie AM/FM-Radio funktioniert
AM/FM Radio kann sich wie pure Magie anfühlen. Schalten Sie das Radio ein und hören Sie Musik, Talkshows oder andere Audiounterhaltung, die von einer Quelle gesendet werden, die sich Hunderte, wenn nicht Tausende von Kilometern entfernt befindet. Aber Radio ist keine Magie. Es ist ein einfacher, wenn auch faszinierender Prozess. Hier ist ein Blick darauf, wie Radiowellen erzeugt und gesendet werden.
Was sind Radiowellen?
AM steht für Amplitudenmodulation und FM steht für Frequenzmodulation. Sowohl AM- als auch FM-Radioprogramme werden über Funkwellen übertragen, die Teil einer Reihe von elektromagnetische Wellen, darunter Gammastrahlen, Röntgenstrahlen, ultraviolette Strahlen, sichtbares Licht, Infrarot und Mikrowelle.
Elektromagnetische Wellen sind überall, überall, mit unterschiedlichen Frequenzen. Funkwellen haben ähnliche Eigenschaften wie Lichtwellen (wie Reflexion, Polarisation, Beugung und Brechung), aber Funkwellen existieren mit einer Frequenz, für die Ihre Augen nicht empfindlich sind.
Elektromagnetische Wellen werden erzeugt durch Wechselstrom (AC), die elektrische Energie, mit der die meisten Technologien in Ihrem Zuhause und Leben betrieben werden, von Waschmaschinen über Fernseher bis hin zu mobile Geräte.
In den Vereinigten Staaten wird Wechselstrom mit 120 Volt bei 60 Hz betrieben. Dies bedeutet, dass der Strom 60 Mal pro Sekunde wechselt (die Richtung ändert). Andere Länder verwenden 50 Hz als Standard.
Obwohl sowohl 50 als auch 60 Hz als relativ niedrige Frequenzen gelten, erzeugen die Wechselströme ein grundlegendes Maß an elektromagnetischer Strahlung (EMR). Dies bedeutet, dass ein Teil der elektrischen Energie aus dem Draht entweicht und in die Luft übertragen wird.
Je höher die Frequenz des Stroms, desto mehr Energie kann aus dem Draht in den freien Raum entweichen. Aus diesem Grund wird elektromagnetische Strahlung manchmal lose als "Elektrizität in der Luft" bezeichnet.
Das Konzept der Modulation
Elektrizität in der Luft ist zufälliges Rauschen. Um in nützliche Signale umgewandelt zu werden, die Informationen (Musik oder Sprache) übertragen, muss Strom zunächst moduliert werden. Daher ist die Modulation die Grundlage für AM- und FM-Radiosignale.
Ein anderes Wort für Modulation ist Veränderung. Elektromagnetische Strahlung muss moduliert oder verändert werden, um als Funkübertragung nutzbar zu sein. Ohne Modulation kann ein Funksignal keine Informationen übertragen.
Bei Radiosendungen muss die elektromagnetische Strahlung (Strom in der Luft) mit den zu sendenden Informationen moduliert werden.
Um das Konzept der Modulation besser zu verstehen, denken Sie über das Sehen nach. Ein leeres Blatt Papier ist nutzlos, bis es moduliert oder auf sinnvolle Weise verändert wird. Sie müssen auf dem Papier schreiben oder zeichnen, um nützliche Informationen mitzuteilen.
AM-Radiosendungen
AM-Radio verwendet Amplitudenmodulation, die einfachste Form der Rundfunkübertragung. Um die Amplitudenmodulation zu verstehen, stellen Sie sich ein stabiles Signal (oder eine Welle) vor, das bei 1.000 kHz im AM-Band ausgestrahlt wird. Die Amplitude (oder Höhe) des konstanten Signals ist unverändert oder unmoduliert, sodass es keine nützlichen Informationen enthält.
Dieses stetige Signal erzeugt nur Rauschen, bis es mit Informationen wie Stimme oder Musik moduliert wird. Diese Modulation führt zu einer Änderung der Amplitudenstärke des stationären Signals, die direkt proportional zur Information zu- und abnimmt. Nur die Amplitude ändert sich. Die Frequenz bleibt konstant.
AM-Radio in Amerika arbeitet in einem Frequenzbereich von 520 kHz bis 1.710 kHz. Andere Länder und Regionen haben andere Frequenzbereiche. Die spezifische Frequenz ist als Trägerfrequenz bekannt, die das Vehikel ist, mit dem das eigentliche Signal von einer Sendeantenne zu einem Empfangstuner übertragen wird.
AM-Radio überträgt über größere Entfernungen. Es hat mehr Sender in einem bestimmten Frequenzbereich und kann problemlos von Empfängern aufgenommen werden. AM-Signale sind jedoch anfälliger für Rauschen und statische Störungen, etwa bei einem Gewitter. Die durch Blitze erzeugte Elektrizität erzeugt Rauschspitzen, die von AM-Tunern aufgenommen werden.
AM-Radio hat auch eine begrenzte Audiobereich, von 200 Hz bis 5 kHz, wodurch es besser für Talkradio als für Musik geeignet ist. Bei Musik haben AM-Signale eine geringere Klangqualität als FM.
UKW-Radiosendungen
UKW-Radio verwendet Frequenzmodulation. Um die Frequenzmodulation zu verstehen, betrachten Sie ein Signal mit einer konstanten Frequenz und Amplitude. Die Frequenz des Signals ist unverändert oder unmoduliert, daher sind keine nützlichen Informationen enthalten.
Wenn Sie diesem Signal Informationen hinzufügen, ändert sich die Frequenz direkt proportional zu den Informationen. Wenn die Frequenz zwischen niedrig und hoch moduliert wird, überträgt die Trägerfrequenz Musik oder Sprache. Dadurch ändert sich nur die Frequenz. Die Amplitude bleibt die ganze Zeit konstant.
UKW-Radio arbeitet im Bereich von 87,5 MHz bis 108,0 MHz, einem höheren Frequenzbereich als AM-Radio. Der Entfernungsbereich für FM-Übertragungen ist begrenzter als AM, normalerweise weniger als 100 Meilen.
Für Musik ist jedoch UKW-Radio besser geeignet. Der höhere Bandbreitenbereich von 30 Hz bis 15 kHz erzeugt die Klangqualität, die wir genießen und bevorzugen. Um einen größeren Abdeckungsbereich zu haben, benötigen FM-Übertragungen zusätzliche Stationen, um die Signale weiter zu übertragen.
UKW-Sendungen werden häufig in Stereo (einige AM-Sender können auch Stereosignale ausstrahlen). Obwohl FM-Signale weniger anfällig für Rauschen und Interferenzen sind, können sie durch physische Barrieren wie Gebäude und Hügel eingeschränkt und der Gesamtempfang beeinträchtigt werden.
Aus diesem Grund können Sie an manchen Orten bestimmte Radiosender leichter aufnehmen als an anderen, oder Sie verlieren Sender, wenn Sie durch verschiedene Gegenden fahren.