หลักการของเครื่องส่งและเครื่องรับระบบ FM

หลักการของเครื่องส่งวิทยุระบบ FM

    เนื่องจากการสื่อสารวิทยุระบบเอเอ็มนั้นจะถูกรบกวนด้วยสัญญาณรบกวน (Noise) ที่เกิดขึ้นจากธรรมชาติ (Natural statics noise) หรือจากที่มนุษย์สร้างขึ้น (Man-made noise) ทำให้มีผลต่อการเปลี่ยนแปลงทางแอมพลิจูดของคลื่นพาหะ ดังนั้นในงานด้านการติดต่อสื่อสารด้วยคลื่นวิทยุได้พยายามปรับปรุงและค้นคว้าให้การรับ - ส่งมีประสิทธิภาพสูงขึ้นเพื่อหลีกเลี่ยง หรือป้องกันสัญญาณรบกวนที่เกิดขึ้นจึงได้มีผู้คิดค้นการสื่อสารด้วยคลื่นวิทยุระบบเอฟเอ็มขึ้นมาเพื่อแก้ปัญหาการรบกวนของสัญญาณทางแอมพลิจูดได้เป็นผลสำเร็จ การส่งวิทยุระบบเอฟเอ็มเริ่มต้นคิดค้นโดย พันตรี เอ็ดวิน เอช อาร์มสตรอง (Major Edwin H. Armstrong) แห่ง มหาวิทยาลัยโคลัมเบีย สหรัฐอเมริกา ในป ค.ศ. 1934 (พ.ศ. 2477) โดยที่อาร์มสตรองเชื่อว์าสัญญาณรบกวนต่าง ๆ ที่เกิดขึ้นระหว่างเครื่องส่งและเครื่องรับวิทยุนั้นเป็นการรบกวนทาง แอมพลิจูดของคลื่นวิทยุ ดังนั้นถ้าระบบการผสมคลื่น (Modulation) และระบบการรับเป็นอิสระจากการเปลี่ยนแปลงทางแอมพลิจูดของคลื่นวิทยุแล้วการรบกวนในลักษณะดังกลาวยอมจะไมมีผลตอการติดตอสื่อสาร ซึ่งจะทำใหประสิทธิภาพในการรับ-ส่งสัญญาณข่าวสารสูงขึ้นกว่าระบบเอเอ็มซึ่งใช้กันอยู่ในขณะนั้นได้มาก

ในปี ค.ศ. 1936 (พ.ศ. 2479) อาร์มสตรองได้ทำการทดลองจริง ๆ ในภาคสนามและได้ค้นพบว่าระบบเอฟเอ็มสามารถที่เอาชนะสัญญาณรบกวนต่าง ๆ ได้จริง และใช้งานได้ดีในรถยนต์ซึ่งในขณะนั้นระบบเอเอ็มจะมีปัญหาเรื่องสัญญาณรบกวนจากไฟฟ้าสถิตและสัญญาณรบกวนจากระบบจุดระเบิดของรถยนต์ ซึ่งทำให้คุณภาพของสัญญาณเลวลงมากและมีระยะทางในการติดต่อสื่อสารได้ไม่ไกลเท่าที่ควร โดยปกติแล้วค่าสัญญาณรบกวนที่เกิดขึ้นจะเป็น สัดส่วนโดยตรงกับแบนด์วิดท์ของเครื่องส่งและเครื่องรับแต่สามารถทำให้ลดลงได้โดยการทำให้แบนด์วิดที่ลดลงมากที่สุดเท่าที่จะทำได้

ดังนั้นในระบบเอฟเอ็มสามารถกำจัดสัญญาณรบกวนที่เกิดขึ้นได้โดยใช้วงจรจำกัดแอมปลิจูด (Amplitude Limiterหรือ Noise Limiter) ที่เครื่องรับวิทยุจึงทำให้มีการนำระบบเอฟเอ็มมาใช้ในการติดต่อสื่อสารทางวิทยุที่มีประสิทธิภาพสูงกว่าระบบเอเอ็ม และในเดือนกรกฎาคม ค.ศ. 1939 (พ.ศ. 2482) อาร์มสตรองได้เริ่มมีรายการเปิดการกระจายเสียงวิทยุระบบเอฟเอ็มขึ้นในเมืองแอลไพน์ มลรัฐนิวเจอร์ซี สหรัฐอเมริกา

การนำเอาระบบเอฟเอ็มมาใช้กับวิทยุกระจายเสียงเนื่องจากมีข้อดีในด้านสัญญาณรบกวนต่ำ จึงทำให้มีประโยชน์อย่างยิ่งกับการกระจายเสียงด้านบันเทิงและยังไม่มีระบบการผสมคลื่นแบบใดที่ให้คุณภาพทัดเทียมกันด้วยราคาที่ประหยัดกว่า เวลาต่อมาได้มีการพัฒนาระบบเอฟเอ็มแบนด์แคบ (Narrow Band FM) เพื่อการสื่อสารขึ้นที่ส่ง ออกอากาศไปทำให้มีแถบความถี่แคบ ๆ ในย่านความถี่ที่กำหนดช่วงหนึ่ง ๆ ซึ่งจะสามารถบรรจุข้อมูลข่าวสารได้หลาย ๆ ช่องนั่นเอง และในปัจจุบันระบบเอฟเอ็มแบนด์แคบได้มีการนำมาใช้งานกันอย่างแพร่หลายใน ย่านความถี่ VHF, UHF และ SHF ในการสื่อสารด้านต่างๆ เช่น ทหาร ตำรวจ รัฐวิสาหกิจ องค์การต่าง ๆ และวิทยุสมัครเล่น  เป็นต้น

คลื่นตรง (Direct wave propagation) มีลักษณะการแพร่กระจายคลื่นวิทยุเหมือนกับการเดินทางของแสง คือพุ่งเป็นเส้นตรง และการกระจายคลื่นชนิดนี้จะอยู่ในระดับสายตา(Line of Sight) การกระจายคลื่นชนิดนี้จะมีการถ่างของRadio beam และมีการแตกกระจายหรือสะท้อนได้ เมื่อพบกับสิ่งกีดขวาง เช่น ตึก ภูเขาโดยที่ระยะทางของการแพร่กระจายคลื่นจะมากหรือน้อยนั้นต้องขึ้นอยู่กับความสูงของสายอากาศเป็นสำคัญ การแพร่กระจายคลื่นชนิดนี้จะมีผลต่อการแพร่กระจายคลื่นในย่านความถี่ที่สูงกว่าย่านVHF ขึ้นไปแต่ส่วนใหญ่จะใช้ความถี่ในย่านที่สูงกว่า UHFขึ้นไปเนื่องจากการใช้ความถี่ในย่าน VHF และ UHF (LOW BAND) จะมีการสะท้อนบนพื้นดินด้วย (Reflection propagation) เกิดขึ้นเป็นอย่างมาก

การส่งวิทยุกระจายเสียง FM จะมีสถานีวิทยุที่ทำการส่งคลื่นวิทยุกระจายเสียงออกไปมากมายหลายสถานี และช่วงความถี่ในการส่งวิทยุกระจายเสียงระบบ FM ในประเทศไทย กำหนดใช้งานอยู่ในช่วง 88 MHz - 108 MHzและมีความถี่เบี่ยงเบนสูงสุดเท่ากับ ประเทศไทยมีจำนวนกว่า 100 สถานี กระจายอยู่ตามจังหวัดต่างๆ ทั่วประเทศ ให้คุณภาพเสียงดีเยี่ยม ไม่เกิดสัญญาณรบกวนจากสภาพอากาศแปรปรวน แต่ส่งได้ในระยะประมาณไม่เกินประมาณ 150 กิโลเมตร ปัจจุบันนิยมส่งในแบบสเตอริโอ ที่เรียกว่าระบบ FM Stereo Multiplex ซึ่งเครื่องรับวิทยุสามารถแยกสัญญาณแอกเป็น 2 ข้าง คือ สัญญาณสำหรับลำโพงด้านซ้าย (L) และสัญญาณสำหรับลำโพงขวา (R)

หลักการของเครื่องรับวิทยุระบบ FM

• วงจรเลือกรับความถี่วิทยุ เนื่องจากสถานีส่งวิทยุหลายๆสถานี แต่ละสถานีจะมีความถี่ของตนเอง ดังนั้นจะต้องเลือกรับความถี่ที่ต้องการรับฟังในขณะนั้น
• วงจรขยายความถี่วิทยุ ทำหน้าที่นำเอาสัญญาณความถี่วิทยุที่เลือกรับเข้ามา มาทำการขยายสัญญาณให้มีกำลังแรงมากขึ้นเพียงพอกับความต้องการ
• วงจรดีเทคเตอร์ ทำหน้าที่ตัดคลื่นพาหะออกหรือดึงคลื่นพาหะลงดินให้เหลือเฉพาะสัญญาณความถี่เสียง (AF) เพียงอย่างเดียว
• วงจรขยายสัญญาณเสียง ทำหน้าที่ขยายสัญญาณทางไฟฟ้าของเสียงให้มีกำลังแรงขึ้น ก่อนที่จะส่งออกยังลำโพง
• ลำโพง เมื่อได้รับสัญญาณทางไฟฟ้าของเสียงก็จะเปลี่ยนพลังงานจากสัญญาณทางไฟฟ้าของเสียงให้เป็นเสียงรับฟังได้

เครื่องรับวิทยุ AM แบบ Superheterodyne วิทยุกระจายเสียงแบบ AM จะ มีช่วงความถี่อยู่ที่ประมาณ 535 KHz - 1,605 KHz แต่ละ สถานีจะมี Bandwidth ประมาณ 10 KHz ความถี่ IF เท่ากับ 455 KHz