מה ההבדל בין שיטת השידור AM ו FM, מדוע קל יותר לשדר ב AM והאותות ב AM מגיעים יותר רחוק? סיוון

ההבדל בין שיטות השידור קשור במושג שנקרא "אפנון", שפירושו העברת מידע על גבי גל נושא. ההבדל בין השיטות נעוץ באופן שבו "מלבישים" את המידע שרוצים לשדר (דיבור, מוסיקה) על גבי גל הרדיו הנושא אותו מתחנת השידור אל מקלט הרדיו בבית או ברכב.

לפני שאסביר את שתי השיטות עליי לפרט מעט מושגים הקשורים בגלים בכלל ובגלי רדיו בפרט:
משרעת: "גובה" הגל. המשרעת היא למעשה עוצמת הגל.
אורך גל: המרחק בין שני "שיאים" או שני "עמקים" סמוכים בגל. מסומן באות היוונית למבדא: λ.
תדר: מספר המחזורים ליחידת זמן. מסומן באות היוונית נו: ν.
בתרשימים ניתן להבחין בין תדרים על-ידי הצפיפות של הגל: ככל שהגל צפוף יותר (יותר מחזורים ליחידת אורך של הציר האופקי) כך התדר גבוה יותר.

תמונה נלקחה מויקיפדיה.

גלים אלקטרומגנטיים (וגלי רדיו בתוכם) מתקדמים במהירות האור c, ומתקיים בהם הקשר: c = λ∙ν, ומאחר ומהירות האור קבועה, ככל שתדר הגל גדול גבוה יותר כך אורך הגל קצר יותר ולהיפך. חשוב לציין שאין כל קשר בין אורך הגל והתדר למשרעת. באיור מימין ניתן לראות שני גלים בעלי אותה משרעת, אך אורך גל ותדר שונים ואילו באיור משמאל ניתן לראות גלים בעלי אותו תדר ואותו אורך גל, אך משרעת שונה.

תמונה נלקחה מאתר Dive and Discover

שיטת AM פירושה אפנון משרעת ובאנגלית Amplitude-Modulation, כלומר המידע "מולבש" על המשרעת של הגל הנושא. שיטת FM פירושה אפנון תדר ובאנגלית Frequency-Modulation, כלומר המידע "מולבש" על התדר של הגל הנושא. באיור הבא ניתן לראות איך המידע (Signal) מולבש על הגל הנושא בשיטות השונות: בשיטת AM (באדום) אין כל השפעה על תדר הגל אבל המשרעת משתנה בהתאם למידע, ואילו בשיטת FM (בכחול) המשרעת נותרת קבועה אבל התדר משתנה בהתאם למידע.

תמונה נלקחה מויקיפדיה.

השימוש בשיטת AM קל יותר שכן קל יותר לשנות את עוצמת (משרעת) השידור בהתאם למידע המשודר וכן למקלטי הרדיו קל יותר לפענח את השינויים בעוצמה ולתרגמם לתנודות ברמקול שהם הצלילים. שידור FM דורש מעגלים המסוגלים לבצע עיבוד מתמטי יותר מורכב הקשור באפנון התדר. אבל לפשטות של שידור AM יש מחיר והוא באיכות השידור. איכות האות בשידור AM דועכת עם המרחק וכן מושפעת מרעשי רקע וממזג אוויר. כמו כן, שידור סטריאו בשיטת AM מאוד מורכב ולא מעשי. מסיבות אלה, שידורי AM יותר פופולאריים בקרב תחנות המשדרות דיבורים (חדשות, ראיונות וכו') ופחות בקרב תחנות המשדרות מוסיקה.

לגבי מרחק השידור, למעשה אין קשר לשיטת השידור. המרחק אליו יכולים להגיע הגלים תלוי בתדר הגל הנושא, ומסיבות היסטוריות של חלוקת תדרים, שידורי AM מבוצעים בתדרים נמוכים יותר (550-1700 kHz, כלומר 550-1700 אלף מחזורים בשנייה) מאשר שידורי FM (88-108 MHz, כלומר 88-108 מיליון מחזורים בשנייה). המספר אליו מכוונים את הרדיו מייצג את התדר אותו קולטים, למשל רדיו אקו 99FM משדר בתדר של 99 MHz.

שידור הרדיו מועבר מאנטנת המשדר לאנטנת המקלט במספר דרכים:
1. שידור ישיר: מעבר מאנטנה לאנטנה בקו ישר דרך האוויר. לצורך כך יש צורך ב"קשר עין" בין שתי האנטנות. כל התדרים עוברים בשיטה זו, והמרחק הגדול ביותר שניתן להניח את האנטנות כך שנשמר ביניהן קשר העין הוא מרחק השידור (בהתחשב בגובה האנטנות, תנאי הקרקע, איכות המשדר והמקלט ועוצמת השידור וכמובן עקמומיות כדור הארץ). באופן זה מרחק השידור הוא כמה עשרות ק"מ.
2. גלי קרקע (Groundwaves): מאחר והאדמה מוליכה חשמל, גלי הרדיו מסוגלים לעקוב אחרי עקמומיות כדור הארץ. מאחר והאדמה אינה מוליך אידיאלי, הגלים נחלשים ככל שהם מתקדמים. ההחלשות תלויה בתדר ותדרים גבוהים יותר מוחלשים מהר יותר. לפיכך, גלי ה-FM המשודרים בתדרים גבוהים יותר לא מתקדמים רחוק בדרך זו. מרחק השידור לא תלוי רק בתדר אלא גם במוליכות הקרקע (מי ים רגועים הם הטובים ביותר) ובמזג האוויר. מרחק טיפוסי של שידור AM באופן זה הוא מאות ק"מ.
3. גלי שמים (Skiwaves): גלי רדיו בתדר נמוך מוחזרים מהיונוספרה (השכבה העליונה והמיוננת באטמוספרה). ניתן לתאר זאת כמעין מראה בשמיים שמחזירה את השידור אל הקרקע ובכך מגדילה מאוד את מרחק השידור. גלים בתדר גבוה חודרים ליונוספרה ויוצאים לחלל. בתנאים מסוימים הגלים יכולים לחזור שוב מהקרקע ליונוספרה ומשם שוב לקרקע וכך המרחק גדל אף יותר. באופן זה יכול מרחק השידור להגיע לאלפי ק"מ. התקדמות הגלים בדרך זו תלויה בעונות השנה, בפעילות על פני השמש ובעיקר בשעות היום, שכן היונוספרה מושפעת מאוד מרוח השמש (חלקיקים טעונים המגיעים מהשמש לכדור הארץ). בצד היום של כדור הארץ רוח השמש דוחפת את היונוספרה אל עבר האדמה ומקטינה מאוד את טווח השידור. לעומת זאת, בצד הלילה רוח השמש דווקא מרחיקה את היונוספרה ולכן מגדילה את טווח השידור. מסיבה זו, תחנות המשדרות ב-AM בארצות הברית ומקבלות רישיונות לשדר לטווחים ספציפיים, מחויבות להקטין את עוצמת השידור אחרי השקיעה.

באיורים הבאים ניתן לראות איך הגלים השונים מתקדמים, אולם חשוב לזכור שההבדלים נובעים מהתדרים בהם נעשה שימוש ולא משיטת השידור:

תמונה נלקחה מאתר cyber college

מאת: גיא רוזנצוויג
המחלקה לפיסיקה של חלקיקים
מכון ויצמן למדע

הערה לגולשים
אם אתם חושבים שההסברים אינם ברורים מספיק או אם יש לכם שאלות הקשורות לנושא, אתם מוזמנים לכתוב על כך בפורום. אנו נתייחס להערותיכם. הצעות לשיפור וביקורת בונה תמיד מתקבלות בברכה.