Analog rundradio: AM och FM

Rundradio är radio som sänds till alla som vill lyssna, utan att sändaren vet vem som tar emot. Under hundra år har den gjorts på ett fåtal band och med två enkla modulationsmetoder: amplitudmodulation (AM) på lång-, mellan- och kortvåg, och frekvensmodulation (FM) på VHF. Artikeln förklarar varför banden fick så olika egenskaper, hur FM-stereo och RDS ryms i en och samma signal och hur läget ser ut i Sverige per oktober 2026.

Fyra band för rundradio#

Radioreglementet delar upp spektrum i band där olika tjänster får verka (se Radiotjänsterna enligt Radioreglementet). Rundradio har fått flera band, och i Europa och Afrika (ITU:s region 1, som Sverige ingår i) ser de ut som i tabell 1 och figur 1.¹ Våglängden i tabellen följer av $\lambda =c/f$, se frekvens, våglängd och periodtid.

Tabell 1. Analoga rundradioband i region 1. Kanalavstånden är de som används i de internationella planerna.

Skillnaden mellan banden handlar om fysik, inte om historiska tillfälligheter. Lägre frekvens ger längre våglängd, och långa vågor följer jordytan och böjer sig runt hinder (se markvåg och utbredning på låga frekvenser). På VHF är våglängden bara ett par meter och vågorna beter sig mer som ljus: de går rakt fram och skyms av horisonten (se VHF och UHF: radiohorisont och troposfären).

AM-radio: lång-, mellan- och kortvåg#

Vid amplitudmodulation (se amplitudmodulation) varierar bärvågens styrka i takt med ljudet. Spektrumet består av bärvågen och två sidband, ett på vardera sidan, och bandbredden blir därför två gånger den högsta ljudfrekvensen. Med 9 kHz kanalavstånd kan ljudet därför som mest innehålla frekvenser upp till 4,5 kHz. Det räcker för tal och är anledningen till att AM-radio låter ”burkigt” jämfört med FM, som bär ljud upp till 15 kHz. I praktiken filtrerar mottagare ofta bort det översta ljudet för att slippa störning från grannkanalen.

Utbredning dag och natt#

Mellanvågen har två utbredningssätt (figur 2). Markvågen följer jordytan och når beroende på sändareffekt och markens ledningsförmåga flera tiotals till ett par hundra kilometer. Dagtid dämpar jonosfärens lägsta skikt, D-skiktet, de vågor som går uppåt så kraftigt att de inte kommer tillbaka. På natten försvinner D-skiktet, och vågor som går snett uppåt reflekteras i E- och F-skikten och kommer ned flera hundra kilometer bort som rymdvåg (se jonosfären). Därför hör man på natten stationer från andra länder på mellanvåg och sändarna kan störa varandra över stora avstånd. Det är också skälet till att många mellanvågssändare sänker effekten eller byter antennmönster efter solnedgången.

Långvågen utnyttjar markvågen ännu bättre och har en stabil räckvidd. Kortvåg sänder däremot nästan uteslutande med rymdvåg, vilket gör att en sändare med måttlig effekt kan nå andra sidan jorden. Vilken frekvens som fungerar beror på tid på dygnet, årstid och solaktivitet. Det beskrivs i kortvågsutbredning: MUF, LUF och hopp. Kortvåg är därför det klassiska mediet för internationell rundradio.

Antenner på lång våglängd#

En effektiv sändarantenn ska vara ungefär en kvarts våglängd hög (se dipol och monopol). Mellanvågen på 1 MHz har våglängden 300 m, så en kvartsvågsmast är 75 m hög, och på långvåg krävs ännu högre master. Därför är mellan- och långvågssändarna stora anläggningar med mast, jordnät av nedgrävda radialer och byggnader för sändarna. Mottagarna löser samma problem på ett annat sätt: en ferritantenn, en spole lindad på en ferritstav, är mycket liten men fungerar eftersom den känner av vågens magnetiska fält. Den är riktningskänslig, och man vrider radion för bästa mottagning.

Digital kortvåg#

AM kan ersättas med en digital teknik. Standarden DRM (Digital Radio Mondiale) använder samma kanalavstånd på lång-, mellan- och kortvåg men sänder digitalt, med flerbärvågsmodulation (se OFDM). Den har använts för vissa internationella sändningar men har aldrig slagit igenom som ersättare till AM i Europa.

FM-bandet 87,5–108 MHz#

I region 1 är 87,5–108 MHz tilldelat rundradio som primär tjänst, och så ser det ut i Sveriges frekvensplan.¹ Frekvenserna delas ut på ett 100 kHz-raster: 87,5; 87,6; 87,7 och så vidare upp till 108,0 MHz, alltså 206 möjliga mittfrekvenser. Kanalerna är förstås inte 100 kHz breda. Planeringen i Europa bygger på den regionala planen från Genève 1984 (GE84), som reglerar hur långt från varandra sändare på samma eller närliggande frekvenser måste ligga.²

Frekvenssving, bandbredd och Carsons regel#

FM-sändningar i rundradion har en största frekvenssving på ±75 kHz, vilket betyder att sändarens frekvens vid full modulation pendlar 75 kHz över och under mittfrekvensen.³ Ljudet kan innehålla frekvenser upp till 15 kHz. Bandbredden uppskattas med Carsons regel (se frekvens- och fasmodulation):

Varför låter FM bättre?#

FM har tre praktiska fördelar mot AM. Den första är brusprestanda: mycket av störningen, till exempel åska och tändningsstörningar, ändrar signalens amplitud, och FM-mottagaren bryr sig bara om frekvensen och kapar amplituden. Den andra är bandbredden: genom att använda 180–256 kHz i stället för 9 kHz byter FM bandbredd mot bättre signal-brusförhållande, vilket är en kompromiss som Shannons sats beskriver (se bandbredd, kanalkapacitet och Shannons gräns). Den tredje är fångsteffekten (eng. capture effect): när två sändare på samma frekvens når mottagaren väljer den den starkare och trycker ned den svagare, om skillnaden är några decibel. AM-mottagare hör i stället båda.

Preemfas ökar prestandan ytterligare. Brus i FM har mest effekt på höga ljudfrekvenser, så sändaren förstärker dem i förväg med ett filter vars tidskonstant i Europa är 50 µs (brytfrekvens ca 3,2 kHz), och mottagaren gör motsatsen.³ Resultatet är att höga toner och brus dämpas samtidigt när signalen avkodas, medan ljudet blir opåverkat.

FM:s räckvidd#

Vid 100 MHz är våglängden 3 m, och vågorna går i princip rakt fram. Räckvidden bestäms av radiohorisonten, som med standardatmosfär kan uppskattas med $d\approx \mathrm{4,12}(\sqrt{h_1}+\sqrt{h_2})$ km där höjderna anges i meter.

FM-stereo och RDS#

När stereosändningar infördes på 1960-talet måste de gamla monoradiomottagarna fortsätta fungera. Lösningen är ett multiplexsignal (MPX) som är uppbyggt så att en monomottagare bara hör summan av vänster och höger kanal (figur 3).³

• L+R ligger i basbandet, 30 Hz–15 kHz. Det är den vanliga monosignalen.
• Pilottonen på 19 kHz är en svag sinussignal som visar mottagaren att det är en stereosändning.
• L−R (skillnaden mellan kanalerna) ligger på en undertryckt underbärvåg på 38 kHz, alltså dubbla pilottonen. Den upptar frekvenserna 23–53 kHz. Mottagaren återskapar underbärvågen genom att fördubbla pilottonen, demodulerar L−R och räknar sedan fram $L=\frac{1}{2}[(L+R)+(L-R)]$ och $R=\frac{1}{2}[(L+R)-(L-R)]$.
• RDS (radio data system) ligger på 57 kHz, det tredje överslaget av pilottonen, och bär ett digitalt datafält på 1 187,5 bit/s.⁵

Stereo kostar en del brusprestanda: L−R-signalen ligger på högre frekvens, där FM-bruset är större, och stereo kräver högre signalstyrka för samma kvalitet. Därför växlar många mottagare till mono när signalen blir svag.

Vad RDS kan#

RDS skickar små mängder text och styrdata parallellt med ljudet. De viktigaste funktionerna är:

• PI (programidentifiering) och PS (programtjänstens namn, åtta tecken) som visas i displayen.
• RT (radiotext), upp till 64 tecken fri text, till exempel artist och titel.
• AF (alternativa frekvenser), som låter bilradion byta till samma program på en annan sändare under en resa.
• TP/TA (trafikprogram och trafikmeddelande), som kan avbryta ljudkällan för trafikinformation, och PTY (programtyp).
• CT (klocktid), som ställer klockan i mottagaren. Trafikinformation som skickas som digital data, RDS-TMC, tas upp i Radio i järnväg och vägtrafik.

Sändare och sändarnät#

En FM-sändare är uppbyggd enligt figur 4: ljudet från studion behandlas (dynamikkomprimering och preemfas), en stereokodare bildar multiplexsignalet inklusive RDS, och en exciter frekvensmodulerar bärvågen. Effektförstärkaren höjer effekten, ett filter tar bort övertoner och oönskade utsändningar, och antennen sprider signalen. Stora stationer har flera tusen watt, medan en närradiosändare använder betydligt mindre.

Eftersom FM-signalen har konstant amplitud kan sändarens slutsteg arbeta i klass C eller liknande, med hög verkningsgrad. Det är en praktisk fördel mot AM, där slutsteget måste återge amplitudvariationerna (se sändaren: oscillatorer och förstärkare).

Ett sändarnät för FM består av många sändare på olika frekvenser. Frekvenser som återanvänds placeras tillräckligt långt från varandra för att samkanalstörningen ska vara låg (planeringsvärdena finns i ITU-R BS.412).⁶ Samma program kan sändas på olika frekvenser från olika orter, vilket är orsaken till att RDS-funktionen AF behövs.

Lång-, mellan- och kortvåg i Sverige#

Sverige var tidigt ute med lång- och mellanvågsrundradio. Den svenska rundradions historia, med Radiotjänst och Motala långvågsstation, beskrivs i Radio i Sverige: från Radiotjänst till DAB+. I dag har de stora svenska lång- och mellanvågssändningarna upphört och rundradion sänds i praktiken på FM och i digital form. Lyssnare i Sverige kan däremot fortfarande ta emot mellan- och kortvågsstationer från andra länder, särskilt på kvällen och natten, vilket är ett populärt radiointresse (se mottagaren för hur en superheterodynmottagare väljer ut en station).

Att ta emot analog rundradio#

För FM räcker en enkel antenn. En kvartsvågsantenn på FM-bandet är ca 75 cm lång, vilket stämmer med längden på en teleskopantenn.

Flervägsutbredning, där signalen reflekteras mot byggnader och kommer fram på flera vägar med olika fördröjning, ger fädning och förvrängning, framför allt i bilar. En FM-mottagare i rörelse kan därför tappa kvalitet på en plats och få klar signal en meter längre bort. Se fresnelzoner, diffraktion och flervägsutbredning.

Små FM-sändare som skickar ljud från en telefon till bilradions FM-mottagning räknas som kortdistansradio. Vilka effektgränser och villkor som gäller för sådan utrustning ska kontrolleras hos PTS, se Tillståndsfri radio: vad får man använda?. Att sända med högre effekt än tillåtet kan störa andra lyssnare.

Framtiden för analog rundradio#

Rundradio flyttar till digitala metoder. DAB+ (se DAB+ och digital-tv) ger fler program per sändare och bättre ljudkvalitet, och strömmad radio över internet och mobilnät når lyssnare utan sändarnät. Norge stängde som första land sina nationella FM-nät 2017 och flera länder har följt efter eller planerar att göra det. Alternativet att behålla FM är ett säkert, enkelt system som fungerar utan internet och som finns i miljontals bilar och mottagare, vilket är en viktig tanke i totalförsvarssammanhang.

Kontrollfrågor#