เฟสคลื่นเสียงไปทำให้คลื่นพาห์มีความถี่เปลี่ยนแปลง

หลักการเครื่องส่งวิทยุเบื้องต้น

1 หลักการเครื่องส่งวิทยุเบื้องต้น

2 การผสมคลื่น

การสื่อสารโดยการใช้คลื่นวิทยุเป็นการสื่อสารที่มีความสำคัญ ในปัจจุบันใช้กันอย่างแพร่หลายเพราะการสื่อสารโดยการใช้คลื่นวิทยุนั้น สามารถที่จะส่งข้อมูลข่าวสารไปได้ในระยะทางไกลๆ ได้โดยไม่ต้องใช้สาย สามารถส่งข้อมูลข่าวสาร ไปได้ทีละมากๆ สะดวก และยังไม่เกิดการสูญเสียของข้อมูลระหว่างทาง เป็นการประหยัดและรวดเร็วในการสื่อสาร

หลักการของการสื่อสารทางคลื่นวิทยุ คือว่า นำข้อมูลต่างๆ ทั้งภาพ เสียง หรือข้อมูลอื่นๆ ทำการผสมกับคลื่นวิทยุแล้วก็ส่งออกอากาศไป จากนั้นทางเครื่องรับก็จะรับสัญญาณวิทยุนี้โดยรับมาทางสายอากาศ แล้วทำการแยกคลื่นวิทยุและข้อมูลต่างๆออกจากกัน จากนั้นก็นำข้อมูลข่าวสารนั้นไปใช้

​

การผสมข่าวสารข้อมูลเข้ากับคลื่นพาหะในระบบสื่อสารด้วยคลื่นวิทยุที่นิยมใช้มี 3 แบบ คือ

​

2.1 การผสมคลื่นทางความสูงหรือแบบ AM

วิธีนี้เป็นการนำสัญญาณข่าวสารข้อมูล ไปผสมกับคลื่นพาหะโดยสัญญาณข่าวสารข้อมูลต่างๆนั้น จะไปควบคุมการเปลี่ยนแปลงระดับความสูง ของสัญญาณคลื่นพาหะให้เพิ่มขึ้นหรือลดลงตาม สัญญาณของข้อมูลข่าวสารนั้นโดยที่ความถี่ของคลื่นพาหะ ไม่เปลี่ยนแปลง

สำหรับการผสมคลื่นทางความสูง สามารถผสมคลื่นได้ไม่เกิน 100 % เท่านั้น ซึ่งถ้าหากผสมคลื่นไม่เกิน 100 % จะทำให้คลื่นสัญญาณข้อมูลข่าวสารสามารถเกาะติด ไปกับคลื่นพาหะได้ทั้งหมดทำให้การรับข้อมูลข่าวสารที่ปลายทางสามารถรับข้อมูลได้ไม่ผิดเพี้ยน จากของเดิมได้ข้อมูลที่สมบูรณ์ แต่ถ้าหากผสมคลื่นเกิน 100 % จะทำให้ข้อมูลข่าวสารบางส่วนไม่สามารถเกาะติดไปกับ คลื่นพาหะได้ทำให้การรับข้อมูลที่ปลายทางรับข้อมูลได้ ไม่สมบูรณ์ หรือข้อมูลมีความผิดเพี้ยนไป ซึ่งการผสมคลื่นเกิน 100 % เราเรียกว่า การผสมคลื่นมากเกินปกติ

​

​

2.2 การผสมคลื่นทางความถี่หรือ FM

วิธีนี้เป็นการนำสัญญาณข้อมูลข่าวสาร ไปผสมกับคลื่นพาหะโดยสัญญาณข่าวสารข้อมูลต่างๆ จะไปควบคุมการเปลี่ยนแปลงระดับ ความถี่ของ สัญญาณคลื่นพาหะให้เพิ่มขึ้นหรือลดลงตามสัญญาณของ ข้อมูลข่าวสารโดยที่ความสูงของคลื่นพาหะไม่เปลี่ยนแปลง

แถบคลื่นความถี่ของการผสมคลื่นแบบ FM เป็นแถบคลื่นความถี่ที่เกิดขึ้นจากการ นำสัญญาณข่าวสารข้อมูลผสมกับคลื่นพาหะ ทำให้ความถี่พาหะเกิดการเปลี่ยนแปลง ความถี่เพิ่มขึ้นหรือลดลง เกิดความถี่ค่าใหม่ขึ้นมา มากมาย ซึ่งอยู่ในรูปแถบความถี่ด้านข้าง ซึ่งจะเกิดขึ้นเป็นคู่ๆ กระจายห่างออกไปจากจากความถี่พาหะเป็นลำดับ มีทั้งความถี่ด้านข้างสูงหรือ ความถี่ด้านข้างต่ำทำให้สัญญาณข่าวสารข้อมูล ที่ผสมคลื่นแบบนี้มีการใช้งาน เป็นแถบความถี่ ความสัมพันธ์ของความถี่พาหะกับความถี่ด้านข้างในระบบ FM ขึ้นอยู่กับดัชนีการผสมคลื่นเนื่องจากดัชนีการผสมคลื่น เป็นตัวกำหนดจำนวนความถี่ด้านข้างและความแรง ของพาหะกับความแรงของความถี่ด้านข้าง

2.3 การผสมคลื่นทางเฟสหรือ PM

การผสมคลื่นทางเฟสหรือแบบ PM เป็นการนำสัญญาณข่าวสารข้อมูลไปผสม กับคลื่นพาหะโดยเฟสของสัญญาณข่าวสารข้อมูลต่างๆ จะไปควบคุมการเปลี่ยนแปลงของเฟสของคลื่นพาหะ โดยที่ระดับความสูงของคลื่นพาหะยังคงเดิม คือไม่เปลี่ยนแปลง

การผสมคลื่นนี้โดยการทำให้คลื่นพาหะถูกสัญญาณ ข่าวสารข้อมูลควบคุมระดับความถี่และ เกิดการเปลี่ยนแปลงสูงขึ้นหรือต่ำลงตามเฟสสัญญาณข้อมูลข่าวสาร สัญญาณข้อมูลข่าวสารช่วงเปลี่ยนเฟสจากบวกเป็นลบถูกผสมเข้ามา ทำให้คลื่นพาหะมีความถี่ต่ำลงกว่าปกติ และถ้าสัญญาณข่าวสารข้อมูลช่วงเปลี่ยนจากเฟสลบ เป็นบวกถูกผสมเข้ามาทำให้คลื่นพาหะมีความถี่สูงขึ้นกว่าปกติ ความถี่คลื่นพาหะจะเกิดการเปลี่ยนแปลงไปมากที่สุดในขณะที่สัญญาณข่าวสารข้อมูลเปลี่ยนระดับ ความแรงเลื่อนผ่านตำแหน่งศูนย์ คลื่นพาหะที่ได้รับการผสมแบบนี้ จะคล้ายกับการผสมแบบ FM จึงเรียกว่า การผสมแบบ FM โดยอ้อม

​

3 ไซด์แบนด์ของวิทยุระบบ AM

ในเชิงความถี่ดูว่าเป็นอย่างไรและมีองค์ประกอบอะไรบ้าง ในที่นี้สัญญาณ AM เกิดจากสัญญาณพาหะรูปซายน์ความถี่1 เมกะเฮิรตซ์ มอดูเลตสัญญาณเสียงรูปซายน์ความถี่ 10 กิโลเฮิรตซ์ น่าจะได้พาหะ 1 เมกะเฮิรตซ์กับสัญญาณเสียง 10 กิโลเฮิรตซ์เท่านั้นอย่างไรก็ตามถ้าถ้าเราป้อนสัญญาณทั้งคู่ให้แก่วงจรฟิลเตอร์ชนิดแบนด์พาส (bandpass filter) ความถี่กิโลเฮิรตซ์กับความทถี่ 1 เมกะเฮิรตซ์ เราจะพบว่าชนิดแบนด์พาสความถี่เป็นศูนย์ แต่เอาต์พุตจากวงจรฟิลเตอร์ความถี่ 1 เมกะเฮิรตซ์จะไม่ศูนย์สรุปได้ว่า สัญญาณพาหะ 1 เมกะเฮิรตซ์เมื่อถูกมอดูเลตด้วยสัญญาณเสียง 10 กิโลเฮิรตซ์แล้ว ผลปรากฏว่าสัญญาณ 10 กิโลเฮิรตซ์จะไม่มีอยู่ในคลื่นพาหะที่มอดูเลตแล้ว (คลื่นAM)เลย แต่ไปปรากฏเป็นกรอบคลื่นแทน อย่างไรก็ตามเรา

ทราบดีว่าคลื่นAM จะต้องมีส่วนประกอบของสัญญาณเสียงปนอยู่แน่นอนเพราะกรอบของรูปคลื่นเป็นสิ่งที่ยืนยันอย่างชัดเจน

ถ้าเราใช้วงจรฟิลเตอร์ชนิดแบรนด์ แบบพิเศษที่สามารถจูนความถี่ใกล้เคียงกับความถี่ 1 เมกะเฮิรตซ์ หรือใช้สเปกตรัมอนาไลเซอร์ เพื่อค้นหาสัญญาณที่เข้าไปมดอูเลตบนพาหะว่าไปหลบซ่อนอยู่ในส่วนใดของพาหะ (วิเคราะห์ในเชิงความถี่) ด้วยวิธีนี้เราจะพบว่า สัญญาณ AM นี้นอกจากจะมีพาหะตัวเดิม 1เมกะเฮิรตซ์แล้ว ยังมีคลื่นข้างเคียงเกิดขึ้นอีก 2 ข้าง คือที่ความถี่ 1.01 เมกกะเฮิร์ตซ์กับ 0.99 เมกะเฮิรตซ์ คลื่นข้างเคียงทั้ง 2 ข้าง นี้เรียกว่าไซด์แบนด์(sideband) ซึ่งเราจะตรวจพบได้โดยใช้ฟิลเตอร์ที่มีความเคมหรือความละเอียดในการจูนตรวจค้นสัญญาณ

​

4 ไซด์แบนด์ของวิทยุระบบ FM

แสดงจำนวนคู่ไซด์แบนด์และแบนด์วิดท์ที่มีค่าดรรชนีการมอดูเลชั่นตั้งแต่ 0.2-25 จะเห็นได้ว่าเมื่อค่าดรรชนีการมอดูเลชั่นมีค่าเพิ่มขึ้นจะทำให้จำนวนไซด์แบนด์ยิ่งมากขึ้นและแบนด์วิดท์กว้างขึ้น ดังนั้นความเหมาะสมของการใช้งานจึงต้องกำหนดด้วยค่าดรรชนีการมอดูเลชั่น

5. เครื่องส่งวิทยุระบบ AM

เครื่องส่งวิทยุระบบ AM เป็นวิธีการผสมคลื่นหรือการมอดูเลต (Modulation) ที่ทำให้แอมพลิจูด (Amplitude) ของคลื่นพาหะเปลี่ยนแปลงไปตามแอมพลิจูดของความถี่เสียงหรือสัญญาณข่าวสารที่เข้ามา ซึ่งโดยปกติแล้วก็จะทำให้อัตราการขยาย (Gain) ของภาคขยายความถี่วิทยุ (RF Amplifier) นั้นเปลี่ยนแปลงไปตามแอมพลิจูดของสัญญาณความถี่เสียงนั่นเอง การผสมคลื่นแบบ AM จะนิยมใช้ในการส่งวิทยุกระจายเสียงย่านความถี่กลาง (Medium frequency) หรือเรียกว่า คลื่นกลาง (Medium Wave: MW) และย่านความถี่สูง (High frequency) หรือเรียกว่า คลื่นสั้น (Short Wave: SW)

นอกจากนี้แล้วยังนำมาใช้การส่งสัญญาณวิทยุโทรศัพท์ (Radio telephone) และการ ส่งสัญญาณโทรทัศน์ ซึ่งเป็นการผสมสัญญาณภาพกับคลื่นพาห์เพื่อทำการส่งออกไปในรูปสัญญาณ AM และผสมสัญญาณเสียงกับคลื่นพาห์เพื่อส่งออกไปในรูปสัญญาณ FM

​

​

6. เครื่องส่งวิทยุระบบ FM

ในการส่งข้อมูลข่าวสารระหว่างจุดสองจุดจะต้องผ่านสื่อกลางหรือตัวกลาง (Media) เพื่อเป็นตัวเชื่อมต่อในการส่งข้อมูลข่าวสาร สามารถแบ่งออกเป็นหลายรูปแบบด้วยกัน ดังนี้

1.ระบบที่ใช้สัญญาณไฟฟ้าเป็นพาหะ (Electrical Base Systems) ได้แก่ ระบบโทรศัพท์สาธารณะ ระบบโทรศัพท์บ้านทั่วไป ระบบสื่อสารข้อมูลแบบใช้สาย ระบบโทรเลขในอดีต เป็นต้น

2.ระบบที่ใช้คลื่นวิทยุเป็นพาหะ (Radio Base Systems) ได้แก่ ระบบโทรศัพท์เคลื่อนที่ ระบบวิทยุติดตามตัว ระบบสื่อสารผ่านดาวเทียม ระบบวิทยุกระจายเสียง และระบบไมโครเวฟ เป็นต้น

3. ระบบที่ใช้คลื่นแสงเป็นพาหะ (Light Base Systems) ได้แก่ ระบบสื่อสารข้อมูลผ่านแสงอินฟราเรดที่นำไปประยุกต์ใช้ เช่น ระบบเครือข่ายLAN ไร้สาย บลูทูธ (Bluetooth) เส้นใยนำแสง (Fiber Optic) รีโมทคอลโทรล (Remote Control) คอมพิวเตอร์แบบพกพา (Notebook)เลเซอร์ (Laser) เป็นต้น

สำหรับระบบการสื่อสารไร้สายอยู่หลายรูปแบบ เช่น วิทยุกระจายเสียง โทรทัศน์ โทรศัพท์มือถือ และสาเหตุสำคัญที่ทำให้การสื่อสารแบบไร้สายเข้ามามีบทบาทในปัจจุบัน เนื่องจากการวางสายสื่อสารแบบที่ต้องเดินสายสัญญาณในบางพื้นที่นั้นไม่สามารถทำได้ หรืออาจทำได้แต่ไม่คุ้มค่าทั้งในแง่การลงทุน การดูแลรักษาและซ่อมบำรุง เป็นต้น ในการสื่อสารระบบไร้สายสื่อตัวกลางจะมีคุณสมบัติเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า จะมีความถี่ในระดับต่าง ๆ ดังนั้นในการจัดสรรการใช้ความถี่จึงเป็นสิ่งที่สำคัญ

​

7 เครื่องส่งระบบ FM สเตอริโอมัลติเพล็ก

การส่งกระจายเสียงวิทยุระบบ FM STEREO MULTIPLEX เป็นระบบที่คิดค้นภายหลังจากการกระจายเสียงแบบอื่นๆ โดยในปี พ.ศ. 2460 อาร์มสตรองได้คิดค้นการกระจายเสียงระบบ FM ได้เป็นผลสำเร็จ ต่อมาปี พ.ศ. 2490 มีผู้ทดลองส่งกระจายเสียงระบบสเตอริโอโดยใช้ความถี่เสียงหนึ่งส่งกระจายเสียงซีกขวา และใช้อีกความถี่หนึ่งส่งสัญญาณเสียงซีกซ้ายซึ่งทำให้เกิดความสิ้นเปลือง เพราะจะต้องมีเครื่องรับสองเครื่อง กล่าวคือ เครื่องรับเครื่องแรกจะรับสัญญาณเสียงซีกซ้ายไปขยายออกลำโพง ส่วนเครื่องรับเครื่องที่สองจะรับสัญญาณเสียงซีกขวาไปขยายออกลำโพงเช่นกัน

เวลาต่อมาจึงได้มีการพัฒนาการส่งวิทยุระบบ FM โดยใช้เครื่องส่งเพียงเครื่องเดียวที่สามารถส่งทั้งสัญญาณเสียงด้านซ้าย (L) และสัญญาณเสียงด้านขวา(R) ไปพร้อมๆกัน โดยการติดตั้งอุปกรณ์พิเศษเข้าไปที่เครื่องส่งเรียกว่า เครื่องกำเนิดสัญญาณสเตอริโอหรือมัลติเพล็กซ์เอนโคเดอร์ (Multiplex encoder)และผู้ฟังก็มีเครื่องรับ FM เพียงเครื่องเดียว ซึ่งจะติดตั้งอุปกรณ์พิเศษเพิ่มเติมเข้าไปที่เครื่องรับเรียกว่า สเตอริโอดีมอดูเลเตอร์ (Stereo demodulator) หรือมัลติเพลกซ์ดีโคเดอร์ (Multiplex decoder) ก็สามารถทำให้รับฟังเสียงเป็นแบบสเตอริโอจากเครื่องขยายเสียงสองชุดได้

จากนั้นอาร์มสตรองและคณาจารย์มหาวิทยาลัยโคลัมเปีย ประเทศสหรัฐอเมริกา ได้คิดค้นระบบการส่งกระจายเสียงที่พัฒนาขึ้นเรียกระบบนี้ว่า สเตอริโอมัลติเพล็กซ์ โดยมีหลักการคือการนำเอาสัญญาณเสียงซีกซ้าย (L) และสัญญาณเสียงซีกขวา (R) มามัลติเพล็กซ์หรือรวมกันแล้วผสมกับคลื่นพาห์ก่อนส่งออกไปยังเครื่องรับหลังจากนั้นที่เครื่องรับก็จะมีกระบวนการในการแยกเอาสัญญาณเสียงซีกซ้าย (L) และสัญญาณเสียงซีกขวา (R) ออกจากคลื่นพาห์อีกครั้ง

​

8. วิธีการส่งระบบ SSB และ DSB

DSR

การส่งแบบดับเบิลไซด์แบนด์หรือไซด์แบนด์คู่ประกอบด้วยไซด์แบนด์ทางด้านต่ำ (Lower Sideband: LSB) และไซด์แบนด์ทางด้านสูง (Upper Sideband: USB) รวมกับคลื่นพาห์ (Carrier) ซึ่งจะถูกส่งออกไปยังเครื่องรับ เช่น การส่งวิทยุกระจายเสียงในปัจจุบัน เป็นต้น