📻 아날로그 변조 — AM / FM / PM
변조(Modulation) 란 정보 신호(신호파, 저주파)를 반송파(Carrier, 고주파) 에 실어 보내는 과정.
목적은 ① 안테나 크기 축소(λ4 안테나) ② 여러 채널의 주파수 다중화 ③ 잡음·간섭에 대한 내성 확보 ④ 장거리 전송.
🎯 각도변조를 포함한 3대 방식
AM · 진폭변조
Amplitude Modulation
반송파의 진폭을 신호에 따라 변화
주파수 · 위상은 일정
주파수 · 위상은 일정
FM · 주파수변조
Frequency Modulation
반송파의 주파수를 신호에 따라 변화
진폭은 항상 일정 → 진폭잡음에 강함
진폭은 항상 일정 → 진폭잡음에 강함
PM · 위상변조
Phase Modulation
반송파의 위상을 신호에 따라 변화
FM과 함께 각도변조(Angle) 로 분류
FM과 함께 각도변조(Angle) 로 분류
📐 AM 핵심 공식 — 변조도 · 대역폭 · 전력
① 변조도 (변조율)
m = AmAc
포락선으로 구할 때
m = Vmax − VminVmax + Vmin
② 대역폭 (양측파대)
BW = 2fm
상측파대(USB) + 하측파대(LSB)
SSB는 절반인 BW = fm
SSB는 절반인 BW = fm
③ 전송 전력
Pt = Pc (1 + m²2)
측파대 전력 합 = Pc·m²2
한쪽 측파대 = Pc·m²4
한쪽 측파대 = Pc·m²4
⚠ 과변조(Over Modulation) — m > 1 (100% 초과)이면 포락선이 잘려 일그러짐(왜곡) 이 발생하고 점유 대역폭이 넓어진다.
m = 1 (100%)일 때 Pt = 1.5 Pc 로, 전체 전력의 23는 정보가 없는 반송파 가 차지한다 → AM의 전력 효율이 낮은 이유.
📊 AM 계열 4종 비교
| 방식 | 구성 | 대역폭 | 전력효율 | 용도 |
|---|---|---|---|---|
| DSB-LC 표준 AM | 반송파 + 양측파대 | 2fm | 낮음 | AM 라디오 방송 (포락선 검파로 수신기가 저렴) |
| DSB-SC | 반송파 제거 + 양측파대 | 2fm | 중간 | 스테레오 부반송파, 동기 검파 필요 |
| SSB 단측파대 | 한쪽 측파대만 | fm (12) | 높음 | 장거리 무선, 아마추어 무선. 대역·전력 절약 |
| VSB 잔류측파대 | 한쪽 + 반대쪽 일부 | fm 보다 약간 큼 | 높음 | 아날로그 TV 영상, 디지털 TV 8-VSB(한국 ATSC) |
📐 FM 핵심 공식 — 변조지수와 카슨의 법칙
카슨의 법칙 (Carson's Rule)
BW = 2(Δf + fm) = 2fm(mf + 1)
변조지수 mf = Δffm
Δf : 최대 주파수 편이 [Hz] · fm : 신호 최고 주파수 [Hz]
FM 라디오 예) Δf = 75[kHz], fm = 15[kHz] → mf = 5, BW = 2(75+15) = 180[kHz]
FM 라디오 예) Δf = 75[kHz], fm = 15[kHz] → mf = 5, BW = 2(75+15) = 180[kHz]
FM은 왜 잡음에 강한가 — 정보가 주파수 에 실려 있고 진폭은 항상 일정하기 때문에,
진폭에 실려 들어온 잡음을 리미터(Limiter) 로 잘라내도 정보가 손상되지 않는다.
대신 대역폭을 AM보다 훨씬 넓게 쓴다(FM 수백 kHz vs AM 약 10 kHz) — 대역폭을 희생해 S/N을 얻는 교환 관계.
🔧 FM 수신기의 잡음 억제 회로 — 기출 단골
| 회로 | 역할 |
|---|---|
| 리미터 (Limiter) | 진폭 제한 — 진폭에 실린 잡음 제거. FM 특유의 회로 |
| 스켈치 (Squelch) | 무신호 구간의 잡음 출력 차단 (무음 처리) |
| 디엠퍼시스 (De-emphasis) | 수신 측에서 고역을 되낮춰 고주파 잡음 저감 (송신 측 프리엠퍼시스와 짝) |
| 디스크리미네이터 | 주파수 변화를 진폭 변화로 되돌리는 주파수 복조기 |
⚠ 함정 — Eliminator 회로 는 FM 잡음 억제 회로가 아니다. (기출 오답 보기)
📋 AM · FM · PM 종합 비교
| 구분 | AM | FM | PM |
|---|---|---|---|
| 변화 요소 | 진폭 | 주파수 | 위상 |
| 분류 | 진폭변조 | 각도변조 (Angle Modulation) | |
| 변조지수 | m = AmAc | mf = Δffm fm에 반비례 | mp = kp·Am fm과 무관 |
| 대역폭 | 좁음 2fm | 넓음 2(Δf+fm) | 넓음 |
| 잡음 내성 | 약함 | 강함 | 강함 |
| S/N · 음질 | 보통 | 우수 | 우수 |
| 회로 구성 | 간단 · 저렴 | 복잡 | 복잡 |
| 주 용도 | AM 라디오, 항공 무선 | FM 라디오, 무전기, TV 음성 | 위성·데이터 통신, PM 기반 디지털 변조 |
📝 시험 포인트
• FM 수신기 대역폭은 AM보다 넓다 (좁다고 하면 오답)
• FM 잡음억제 = 리미터 · 스켈치 · 디엠퍼시스
• AM 변조도 100%에서 전체 전력 = 1.5 Pc, 측파대는 13뿐
• SSB는 대역폭 절반, VSB는 TV 영상 (한국 디지털 TV = 8-VSB)
• PM의 변조지수는 신호 진폭에만 비례하고 신호 주파수와 무관
• FM 수신기 대역폭은 AM보다 넓다 (좁다고 하면 오답)
• FM 잡음억제 = 리미터 · 스켈치 · 디엠퍼시스
• AM 변조도 100%에서 전체 전력 = 1.5 Pc, 측파대는 13뿐
• SSB는 대역폭 절반, VSB는 TV 영상 (한국 디지털 TV = 8-VSB)
• PM의 변조지수는 신호 진폭에만 비례하고 신호 주파수와 무관