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短波世界
淺談頻寬

No.42   1996 July   p104~105,   by 編輯部





    最近有許多朋友談到電台擁擠的情況時,有一位朋友曾發表意見說那還不簡單,現在每個電台不是相隔 5KHz 嗎?那何不把這個間隔縮小,例如每隔 2KHz 就好了,這個觀念雖好,但卻行不通,為什麼呢?因為無線電訊號需要頻譜空間。

    頻譜空間就是指每一道訊號所佔用的頻寬,例如選調 9500KHz 訊號,實際上這訊號佔有 9500KHz 上下幾 KHz 的頻率,而所佔的總頻譜寬度就稱為頻寬。一般而言,頻寬與訊號的調制方式以及調制波的形式有關,常見的頻寬可以窄到 100Hz,例如電報的 CW 訊號,而 FM 廣播訊號則頻寬可能佔到 150KHz。


訊號內的訊息需要空間

    談到無線電通訊頻率時,實際上很容易陷入這麼一個陷阱,也就是除了一般所說的工作頻率外,還需要有一定程度的頻譜空間。這可能導因於一般廣播或是提到工作頻率時,總是只會提到 810KHz 或是 9600KHz,而像是電台宣佈廣播頻率時,也是一樣:『這裡是法國廣播電台,使用的頻率是 7140KHz 』,這句話很容易讓人誤以為好像是只使用 7140KHz 這個頻率,其實這裡指的是廣播訊號的中央頻率,其所表達的意思,是相當於『使用的是以 7140KHz 為中心的 5KHz 頻譜』。像 AM 廣播訊號中的載波,雖然佔有很窄的頻寬,但是一旦加上調制波之後,整個訊號頻寬就會擴大。

    頻寬通常會隨著訊號載波內容訊息量的增加而擴大,這也就是為什麼 CW 訊號會佔有很窄的頻寬,因為 CW 只有滴答聲;如果把 CW 訊號的傳送速度增加,也就是增加單位時間內的訊息量,則 CW 訊號頻寬也會上升。像是電視訊號有影像、彩色、聲音等,這麼多的訊息量所佔去的頻寬高達 6MHz。

    如果你的接收機有各種不同頻寬選擇,可以選個最窄的頻寬,體驗一下訊號需要頻寬這一事實:接收機選擇最窄頻寬,然後調動旋鈕選擇電台,當接近電台頻率時,訊號強度指針慢慢上升,達到訊號載波頻率時,訊號強度最強,過了這頻率之後,強度又會慢慢下降,這雖不能像圖示那樣很清楚知道頻寬的存在,但卻可以體驗訊號需要頻寬這一事實。


訊號頻譜

Fig 1

    上圖是一般的 AM 訊號,也就是附有載波的振幅調制的訊號,相當於從一般測試儀器像是示波器等所看到的訊號圖樣,這就是前頭提過的 AM 訊號,其中特別醒目的就是中央頻率附近的載波,其訊號有最強大的振幅,這是因為一般 AM 發射訊號當中,載波就佔去了 2/3 以上的功率,因此這也是意料之中的。載波兩旁的曲線就是所謂的調制波,其中的一個曲線比載波頻率高,稱為上邊帶,另一個則比載波頻率低則是下邊帶,在一般的 AM 廣播訊號裡,那就是聲音內容了,這兩個曲線是獨立存在的,也就是 AM 訊號的旁波帶。

    圖 1 載波訊號的振幅雖然很大,但頻寬卻很窄,這就意味著,在 AM 訊號中,載波對於頻寬的影響很小,那麼又是什麼主宰著 AM 訊號的頻寬呢?這是調制在載波上的調制波訊號頻率,不論是上或下邊帶所佔有的頻寬都相當於調制波訊號的最高頻率。假設有一 AM 載波訊號是以 5KHz 來調制,這個 AM 訊號在上邊帶會佔去 5KHz,在下邊帶同樣佔去 5KHz,所佔的頻寬為 10KHz。

    這也就是為什麼每個電台頻道 2KHz 會行不通的道理,因為這樣將會產生彼此干擾,除非是把 AM 調制波的頻率降到 1KHz 以下,但是這麼窄頻寬,就算是語音要聽清楚內容也會很吃力,這樣播送的音樂聲,則將會形同廢物般。


其他頻寬

    頻寬會隨著訊號種類不同而異,你或許已經猜到了,單邊帶訊號與 AM 訊號比較,前者只佔了一半的頻寬,也就是說,單邊帶訊號所佔的頻寬就相當於調制訊號的最大頻率。

    至於 CW 訊號,它是透過對發射機做開關的動作而產生 CW 碼,所以 CW 頻寬很窄,典型的 CW 訊號所佔頻寬不會超過 150Hz,但是 CW 訊號頻寬會隨著傳送速度加快而增大。在 RTTY 方面,因為這種在代表 "0" 與 "1" 不同頻率之間擺動的訊號,是與兩頻率之間的差有關,這頻率差一般叫做頻移 (Shift),這些 RTTY 訊號的頻寬大都受到頻移大小的影響。

    FM 調制也是載波連續出現,而頻率則隨著調制波擺動,也與調制訊號有關,FM 訊號受到調制波作用所產生的頻率偏移稱為偏擺量 (Deviation),如果 FM 訊號的偏擺量是 5KHz,則頻寬就是 10KHz。一般商業的 FM 廣播,其偏擺量是 75KHz,也就是頻寬有 150KHz。


頻寬與帶通濾波器

    上面這些解釋同時也告訴你為什麼接收機需要提供許多不同頻寬供選擇,只有選擇與接收訊號相稱的頻寬,才能有最好的接收效果,例如大多數單邊帶接收機的頻寬是 2.5KHz 左右,這對於單邊帶接收機而言是個很恰當的頻寬,如果硬要利用單邊帶頻寬去接收 AM 訊號,則接收到的聲音將會因為訊息成份有很大部分無法通過,而出現很大的失真。

    如果用 AM 的 6KHz 頻寬去接收單邊帶訊號呢?實際上因為單邊帶訊號的本質就沒有佔用那麼大的頻寬,所以這對接收單邊帶訊號不但無益反而有害,因為過大頻寬會有過量的背景雜音,單邊帶訊號反而得不到頻寬大的好處。

    這也並不是說,非墨守成規使用匹配的頻寬不可,選用頻寬也必須靈活才行,萬一碰到有嚴重干擾時,可以試著採用窄一些的頻寬,例如在 AM 廣播有嚴重干擾的情況下,以單邊帶頻寬來收聽也許是最恰當的權宜之計,此時聲音轉來雖然感覺失真不少,但是總比讓聲音陷在雜音堆中癱瘓還好吧!在某些情況下,可能連頻寬只有 1.8KHz 的 RTTY 濾波器都可以用來接收 AM 訊號,此時聲音品質,已經是內容剛好可以聽清楚的邊緣,但這總比雜訊或干擾嚴重時什麼都聽不到還好。

    活用頻寬的最好例子應該是接收 CW,通常我是以頻寬 2.7KHz 的單邊帶頻寬來選擇CW 訊號,一但選中之後,在把頻寬切換到 500Hz 頻寬或是 250Hz 頻寬濾波器,然後再修正接收頻率。


混附干擾及其他雜訊

    有一項算是很平常的事,就是接收時常會有來自隔壁頻率很強的混附干擾。一般正常收聽時不會有明顯的干擾,但是有時會出現破裂聲,這個時候的感覺就像是住在沒有堅固圍牆的屋內。會發生這種情況以接收 AM 時最常見,當接收頻率附近有極強的電台廣播時,就有很大的機會感受到混附干擾,這是因為過強的調制訊號使調制超過 100% 時,發射機出現頻率偏移正常頻寬範圍的訊號。

    碰到混附干擾時,只能說是束手無策,此時改用更窄頻寬也無濟於事。而在業餘無線電的單邊帶通訊當中,也很容易碰到混附干擾問題,當使用過大麥克風增益或者是壓縮(另稱語音處理)太厲害時,混附干擾就隨之出現。

    光憑想像,很難說出無電線訊號也要佔一些空間,但訊號的卻是需要某種程度的空間,一般就叫做頻寬。這突然讓我想起了日常生活常會碰到的,就是門牌號碼,這號碼也不是很抽象嗎?這號碼對郵差先生而言,也許只代表著信箱,對於貨運送貨的司機,可能是指庭院,而對於訪客,那也許就是屋內了。相信了解頻寬對於使用接收機會很有幫助。 END



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