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TOITAの「航空無線通信士受験塾」第29期無線工学第6章通信方式その他 (2)FM通信方式の特徴

2021年11月21日 | 「工学」見本記事

          第6章通信方式その他
         (2)FM通信方式の特徴

今回お話をしますAM (DSB:A3E)に比べての FM(F3E)の
特徴は、平成23年8月期からの新設問題です。
残念ながら参考書には、記載されていない事項です。
この問題は、平成23年、平成27年、平成28年の 各8月期
に出題されています。
その問題は  年を追うごとに範囲が広くなり難しくなって
います。過去に3回出題された問題は、全て別物です。
無線従事者試験の最高峰である 第 1 級陸上無線技術士の
試験では、同じ問題は、2度と出ないのが当たり前ですが
、航空無線通信士の試験の難易度は  中程度ですので、同
じ問題が出題されるのが普通でした。 今後、 どの様に変
化していくか分かりませんが、 理解していれば、 どの様
な変化にも対応出来ます。
それでは、FM の特徴について、過去に出題されました内
容を全てお話し致します。

1.音質が良い(忠実度が良い)
 搬送波の周波数:F と音声信号:Vp が比例しますので
 歪みが少なく、 また、 音声信号の帯域周波数を広くし
   て有りますので、音質が良いと言う特徴があります。
 中波帯のラジオ放送(AM)とVHF帯のFM放送を比較して
   みます。
   AM放送
 音声信号の最高周波数:fp ・・・・7.5 [KHz]
   FM放送
 音声信号の最高周波数:fp ・・・・ 15 [KHz]
   AMとFMの信号対雑音比
  FM放送の変調指数:mf = 5 ですので、
  連続雑音でAMの1/15 
  衝撃性雑音でAMの1/10

2.占有帯域幅:B広い
 
こちらも、AM放送とFM放送で比較してみます。 
 音声信号の最高周波数をfp としますと
   AM放送
  B = 2・fp = 15 [KHz]
   FM放送
  B = 2・(⊿F + fp) = 2・(75[KHz] + 15 [KHz])    
                               = 180 [KHz]

  ※ ⊿F:最大周波数偏位で⊿F =m・fp  の関係があり
   ます。

3.ノイズに強い
 1項の後半でお話をしました様に ノイズに強い のです
    がパルス性のノイズには  弱いのです。しかし、FMの
    受信機には、中間増幅器の後に続くリミッター回路 (
    振幅制限器)で、FM変調波の 振幅制限をする事でノイ
    ズに強
くなっています

4.受信電波のレベルがある値以下で急激にS/N比が悪化
  下の図は、 受信機に到達した電波の強さと受信機の出
    力の信号対雑音(S/N)比を表したグラフです。
    (S/N比とは、ノイズの大きさに対して信号が何倍であ
    るかを表します。S/N 比は、 受信機の性能を表す感度
    にも使われます。)
  
  AMの場合  受信レベルと受信機出力の S/N比が比例
     しますので、受信レベルが上がれば、出力の S/N比
   が比例して良くまります。また、受信レベルが下がっ
     ても急激にS/N比が悪化する事は、ありませんが FM
     の場合、受信レベルが  "A" 以下になりますと、受信
     出来なくなります。
   受信レベルが "A"以上になる事でS/N比が "B"迄改善
     します。この"A"のレベルをスレッシュ・ホールド・
     レ
ベルと言います。
     これらの事をイメージでお話ししますと、AM の場合
     電波が弱い場合  雑音の中に遠くで小さな声で話てい
   る様に聞こえます。
     一方、FMは、電波が弱いと全然聞こえませんが 電波
     が多少、強くなっただけで急に聞こえる様になります
  。
   まるで、忍び足で来た友人が後ろから声を掛ける様に
   です。

5.受信レベルによる出力の変動がない
  AMの場合、受信レベルが上がりますと受信機の音か
  ら雑音が少なくなります。つまり S/N 比が良くなる
      のですが、 変調波の振幅が大きくなりまので受信機
      の出力が大きくなります。 逆に受信レベル小さくな
      れば、受信機から出る音も小さくなります。
  FMの場合、音の情報は、搬送波の周波数の偏位に有
     りますので  受信レベルがスレッシュ・ホールド・レ
     ベル以上であれば、 受信機から出る 音の大きさに変
     化がありません

6.  同じ周波数の2つの電波を同時に受信しても電波の強
     さ
が違えば、混信にならない

   この現象を弱肉強食特性と言います。
   FM 受信機で周波数弁別器の前段の振幅制限器で完全
     にFM 変調波から、振幅の変化分が取り除かれます。
   その為 同一周波数の2つの局からのFM変調波を受信
     すると  少しでも弱い方の変調波が強い方の変調波に
     よってマスキングされてしまいます。
   よって、受信者には  強い電波の局の方しかその通信
   の存在が分かりません。
   航空無線の管制にAM変調が使われるのは、 混信が生
    じたとしても弱い電波の存在が分かる必要があるから
    です。
  仮に、遭難通信の弱い電波を受信している時に近くを
  飛行する航空機から同一周波数で強い電波を受けたと
    しますと、FM 変調でしたら 遭難局の電波を受信出来
    なくなってしまします。

今回、 お話しをした内容は、試験で全て必要な知識にな
りますが、2項の FMは、占有帯域幅が広いと言う事だけ
は、 特に忘れないで下さい。
 

次回は、デジタル信号の変調についてのお話しです。   

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