Иногда на форумах возникает обсуждение преимуществ однополосной модуляции (SSB) перед частотной модуляцией (FM) для прямой связи между станциями на УКВ, обычно называемой симплексной связью. Здесь попытаемся объяснить различия между этими двумя типами модуляции таким образом, чтобы не усугублять путаницу. 

Начнём с того, что FM доминирует при использовании УКВ-репитеров, главным образом благодаря своей устойчивости к амплитудным шумам. И наоборот, SSB, похоже, является предпочтительным режимом для связи между станциями со слабым сигналом. Но почему так происходит? Чтобы объяснить это, давайте предположим, что у вас есть многорежимный трансивер для диапазона 144 МГц (2 метра), который может работать как в SSB, так и в FM. Также предположим, что вы использовали этот трансивер для связи через местные 2-метровые FM-репитеры с вертикально поляризованной антенной (например, штыревой или с противовесами), что является почти универсальной поляризацией для любительского FM.

Если бы вы решили настроиться на нижнюю часть двухметрового диапазона и перейти на режим SSB для связи «станция-станция» с вашей антенной с вертикальной поляризацией, ваши результаты были бы несколько ограничены. Дело в том, что подавляющее большинство радиолюбителей, работающих в SSB на УКВ, используют антенны с горизонтальной поляризацией, и вы бы столкнулись с потерями из-за перекрёстной поляризации до 20 дБ.

В теоретически идеальном мире такие потери были бы бесконечными, но поскольку ни один принимаемый сигнал не является чисто горизонтальной или чисто вертикальной волной, измерение потерь на паре реальных антенн, одной горизонтальной и одной вертикальной, составило бы около 20 дБ. Это всё ещё довольно серьёзно, потому что 20 дБ — это фактор 100, что означает, что если вы используете мощность 50 Вт, потери из-за перекрёстной поляризации будут иметь тот же эффект, что и снижение выходной мощности до 0,5 Вт!

Теперь, если вы решите перейти на SSB, чтобы поговорить с другом на некотором расстоянии, потому что FM вас не устраивает, и если у вас обоих есть вертикальные антенны, вы увидите улучшение, изменив режим, и не будете страдать от штрафа за перекрёстную поляризацию, поскольку вы оба используете вертикальную поляризацию. Существует возможный штраф в виде незначительно увеличенных потерь в пути, поскольку энергия с вертикальной поляризацией ослабляется (поглощается) на 1-2 дБ больше, чем энергия с горизонтальной поляризацией (деревья и т.д. вертикальны), но это не огромная потеря.

Если вы хотите общаться с другими радиолюбителями SSB в нижней части диапазона, вы можете установить антенну с горизонтальной поляризацией, например, небольшую антенну Яги, и получить выгоду от горизонтальной поляризации, а также от любого направленного усиления, которое может иметь антенна.

При одинаковой поляризации антенны, что же объясняет столь существенную разницу (до 12 дБ) в требуемой мощности сигнала для поддержания связи между FM и SSB? На самом деле, причина кроется не в антенне и не в передатчике, а в приёмнике.

Прежде всего, очевидное: FM требует более широкой полосы пропускания промежуточной частоты, чем SSB, поэтому внутренний уровень шума приёмника будет выше, что, в свою очередь, требует более сильного сигнала на входе для его преодоления. При типичных для любительского оборудования полосах пропускания для FM и SSB — от 12 до 15 кГц для FM и 2,5 кГц для SSB — разница в уровне фонового шума составит около 6-8 дБ, или от 1 до 2 единиц S-метра, что уже немало.

Однако проблема сложнее. Приём FM-сигнала требует многократного усиления и ограничения амплитуды входящего сигнала, а затем повторного усиления и ограничения, чтобы удалить шум, накладывающийся на сигнал. Это устраняет амплитудные вариации (шум) и оставляет только фазовые вариации (голос или данные), на которые реагирует FM-детектор, называемый дискриминатором.

Но по мере ослабления FM-сигнала появляется всё больше шума (амплитудных вариаций), который ограничитель не может полностью подавить, и в определённый момент дискриминатор начинает испытывать трудности с обнаружением фазовых вариаций, а звуковой выход полностью пропадает.

Нет медленного затухания с постепенным ухудшением слышимости до тех пор, пока сигнал не приблизится к уровню шума; он просто исчезает в какой-то момент до этого, потому что фазовые вариации «погребены» под амплитудными вариациями (шумом), накладывающимися на сигнал, и дискриминатору не на что реагировать. Когда дискриминатор перестаёт детектировать фазовые вариации, его выход просто падает до нуля.

Точка, в которой дискриминатор FM-приёмника способен обнаруживать изменения фазы и реагировать на них, выдавая звуковой сигнал, иногда называется «точкой захвата». По мере приближения сигнала к минимальному допустимому соотношению сигнал/шум звуковой выход дискриминатора может прерываться, делая приём практически невозможным.

Например, многие из нас сталкивались с тем, что при прослушивании FM-радиостанции во время движения в автомобиле желаемая станция внезапно исчезает и заменяется другой станцией на той же частоте. Иногда приёмник переключается между двумя станциями, что делает прослушивание крайне раздражающим! Это явление, называемое «эффектом захвата», происходит потому, что дискриминатор реагирует только на изменения фазы самого сильного присутствующего FM-сигнала. Именно поэтому вы никогда не услышите второй FM-сигнал на той же частоте «под» более сильным сигналом.

Нет точных данных о том, когда происходит пропадание FM-сигнала, так как это зависит от конструкции FM-приёмника. Однако, как правило, это случается при соотношении сигнал/шум около 7 дБ, а иногда и выше.

В отличие от этого, сигнал SSB должен быть полностью различим даже при уровне на 3 дБ выше шума, а иногда и ниже. Хотя он может испытывать замирания на несколько секунд или дольше, что затрудняет приём, отдельные фрагменты всё равно могут быть достаточно слышны, чтобы понять смысл сообщения.

FM-сигнал же, наоборот, начинает прерываться, а затем полностью исчезает задолго до достижения уровня шума, и вы не сможете разобрать то, что даже не слышно.

Таким образом, если не учитывать поляризацию антенны, можно сказать, что типичная любительская FM-радиостанция страдает не только от более высокого уровня шума из-за дополнительной необходимой полосы пропускания приёмника (потеря 6-8 дБ), но и от повышенного требуемого соотношения сигнал/шум (по крайней мере, на 4 дБ больше, чем для SSB) из-за принципа работы FM-детекторов.

В итоге, использование FM вместо SSB приводит к потере примерно 10-12 дБ, и именно поэтому SSB предпочтительнее для работы со слабыми сигналами: более узкая полоса пропускания (что означает меньше шума приёмника и большую чувствительность) и возможность принимать сигналы гораздо ближе к уровню шума, поскольку они просто не «выпадают».

K4MSG