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CW FM AM SSB 調變模式的選擇

No.28   1995 May   p48~49,   by 陳錫棋 / BV6ER, P.O. Box 20-71 Tainan



    無線電設計者在設計一個特定應用通訊系統時,其實並沒有太大的彈性去選擇系統的調變模式。在不同的頻段上,大多已由政府主管機關或國際電訊權責機構,規定了工作模式。可是還會有少數例外的情況,容許有選擇調變模式的彈性,例如 27MHz 的 CB 頻帶,和多數的業餘頻帶。

    在容許的範圍內,依不同應用的需求,如何選出最適當的調變模式,正是本文所要討論的重點。至於各種調變模式的原理,則不在此贅言。


等幅波 (Continuous Wave) CW 模式

    CW 是所有模式中最簡單的一種。由於不作聲頻 (Audio) 訊號的傳送,所以發射部份可以省掉整個龐大的調變器 (Modulator),由電鍵取代。

    後級功率放大器 (Power amplifier) 只處理固定波幅的等幅波訊號,不必考慮放大器直線性 (Unearity) 的問題,設計的考慮非常單純,工作效率也高。整個發射機結構簡單,體積可以縮小。

    接收部份要求的輸入訊號雜訊比 (S/N ratio) 很低,只要超過 3dB 就行。電路結構和傳統的 AM 接收機相同,但須另加一個拍頻振盪器 (Beat frequency oscillator),以便在檢波之後,取得可聽的 CW 點劃訊號。

    CW 收發機結構簡單,體積小,對輸入訊號雜訊比要求低,誠然是一種很理想的調變模式。然而,CW 訊號的收發,需要特殊的技術,未經訓練的一般人員是無法操作的。發送 CW 訊號的電鍵操作,也不太適合在移動中工作。


調頻 (Frequency Modulation) FM 模式

    我們最熟知它有良好的雜訊免疫能力,較高的輸出訊號雜訊比。聲頻訊號的調變在低訊號位準的前級,調變器不須具大功率,體積可以大大縮小。

    後級功率放大器與 CW 模式一樣,只處理固定波幅的訊號 (雖然頻率會偏移),設計的考慮單純,工作效率高,且較少互調變 (Intermodulation) 問題,發射部份可做輕便短小,適合移動操作。

    其接收部份與傳統的 AM 接收機相類似,只要將 AM 檢波器 (Detector) 更換成 FM 鑑頻器 (Discriminator) 即可。

    在足夠強度的輸入訊號時,輸出訊號雜訊比會高出 AM 模式。然而輸入訊號的強度降低至某個位準時,輸出訊號雜訊比會迅速下降,然後掉進背景雜訊中,再也無法抄收訊號。而輸出訊號雜訊比與調變指數有關,參考圖 1 (註:FM 調變指數 m = 最大頻率偏移△f / 最大調變頻率 fm)。調變指數 m 越大,表示偏移頻率越大,由於特殊的解調方式,輸出訊號雜訊比也越高。可是接收頻寬越大,收進來的背景雜訊越多 (雜訊功率與頻寬成正比)。訊號強度降低時,輸出訊號雜訊比的下降也越早開始。

    FM 模式的輸出訊號比高,收發機輕便短小,早已使用在有移勒操作需求之處,如 144MHz, 430MHz 手機和車機。

    FM 模式一般應用固然表現不錯,然而由於低輸入訊號位準時,接收性能提早惡化,這在需要高可靠度的重要通訊,或遠距離通訊的情況,應儘是避免使用。例如航空通訊就不使用 FM 模式。

Fig 01
圖 1:FM 和 AM 模式輸出對輸入訊號雜訊比的比較



調幅 (Amplitude Modulation) AM 模式

    AM 訊號的調變是在高位準的後級功率放大器,故聲頻放大器和調變器必須有相對的大功率,發射部份的體積和重量 (調變變壓器) 因此頗為可觀。

    後級功率放大器須處理已調變訊號,訊號電壓可能從載波 (Carrier) 波幅的 0%,變化到 200%。對於失真問題的考慮,使得電路設計變得很複雜。而發射功率還包括不含調變訊號的載波,效率僅及 25%,非常不經濟。

    AM 接收部份的輸出雜訊比不高,雜訊免疫力不強。由於訊號包括上下邊帶 (Sideband) 的關係,頻寬為 SSB 模式的兩倍,但比 FM 模式窄。

    AM 是最早使用的通訊模式,應該算是傳統的調變模式。雖然有其不及之處,但還不失可靠、實用。職是之故,直至今日,在一般的應用上,仍有其存在的價值。


單邊帶 (Single SideBand) SSB 模式

    SSB 訊號比 AM 已調變波少了載波和一個邊帶,其發射效率大幅提昇,可達 4 倍之多 (100W 的收發機,SSB 模式可達 100W,AM 僅及 25W)。不過 SSB 須在前級做低位準的調變,調變器和濾除另一邊帶所需的濾波器,使電路結構較複雜,相對提高發射部份的成本。

    後級功率放大器與 AM 模式一樣,處理的訊號電壓大小變化極大,直線性的考慮,使電路設計增添複雜。對於最終發射頻率較高的情況,不能從振盪器輸出的較低頻率,以倍頻方式提高 (頻寬會增大),只能以混頻方式為之,再度增加了電路的複雜性。

    由於 SSB 訊號只傳送單一邊帶,比 AM 訊號所需的頻寬減少一半,可以提高頻譜使用效率。而相對地,其接收端的雜訊位準也降至原先的 l/ √ 2。

    接收部份與傳統 AM 接收機類似,須要有和 CW 接收機一樣的拍頻振盪器,以產生載波訊號,加入解調器 (Demodulator),取出聲頻訊號。

    SSB 模式具有高效率、窄頻寬、和低雜訊等優點,非常適合做長距離、高可靠度的通訊。然而,發射部份複雜電路所造成的高成本,使得諸多的優點打了折扣,影響其應用的普及性。 END



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