เพราะเหตุใดคลื่นวิทยุระบบ FM จึงส่งไปได้ไม่ไกล

เพราะเหตุใดคลื่นวิทยุ FM จึงส่งสัญญาณได้ระยะทางสั้นกว่า AM? คำถามนี้มักเกิดขึ้นกับผู้ที่คุ้นเคยกับการฟังวิทยุทั้งสองระบบ แม้ว่าคลื่นวิทยุ FM จะให้คุณภาพเสียงที่ใสกว่าคมชัดกว่า AM แต่การรับสัญญาณที่จำกัดพื้นที่กลับเป็นข้อจำกัดที่ชัดเจน ความแตกต่างนี้ไม่ได้เกิดจากความลึกลับทางวิทยาศาสตร์แต่อย่างใด แต่เป็นผลมาจากหลักการพื้นฐานของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าและการออกแบบระบบส่งสัญญาณ

ความแตกต่างที่สำคัญที่สุดอยู่ที่ความถี่ของคลื่น FM ย่อมาจาก Frequency Modulation หรือการมอดูเลตความถี่ ซึ่งหมายความว่าการส่งสัญญาณเสียงจะทำโดยการเปลี่ยนแปลงความถี่ของคลื่นพาหะ โดยทั่วไปแล้วคลื่นวิทยุ FM มีความถี่อยู่ในช่วง 88-108 เมกะเฮิรตซ์ ซึ่งสูงกว่าคลื่นวิทยุ AM (Amplitude Modulation หรือการมอดูเลตแอมพลิจูด) ที่อยู่ในช่วงความถี่กิโลเฮิรตซ์ ความแตกต่างของความถี่นี้ส่งผลโดยตรงต่อพฤติกรรมการแพร่กระจายของคลื่น

คลื่นที่มีความถี่สูงเช่น FM มีพลังงานสูงกว่าต่อรอบคลื่น แต่จำนวนรอบคลื่นต่อหน่วยเวลา (ความถี่) มากกว่า ซึ่งทำให้พลังงานโดยรวมที่ส่งต่อหน่วยเวลาอาจไม่ต่างกันมากนัก อย่างไรก็ตาม คุณสมบัติที่สำคัญกว่าคือความสามารถในการเลี้ยวเบน (Diffraction) ของคลื่น คลื่นความถี่ต่ำเช่น AM มีความยาวคลื่นที่ยาวกว่า จึงสามารถเลี้ยวเบนผ่านสิ่งกีดขวางต่างๆ ได้ง่ายกว่า คลื่นจะโค้งงอไปรอบๆ ภูเขา อาคาร หรือแม้แต่ต้นไม้ใหญ่ได้ ส่งผลให้สัญญาณยังสามารถเดินทางไปถึงผู้รับได้แม้จะอยู่หลังสิ่งกีดขวาง

ในทางกลับกัน คลื่นความถี่สูงอย่าง FM มีความยาวคลื่นที่สั้นกว่า จึงมีความสามารถในการเลี้ยวเบนที่น้อยกว่า คลื่นวิทยุ FM เดินทางเป็นเส้นตรงได้ดีกว่า แต่ก็หมายความว่าสิ่งกีดขวางต่างๆ จะบดบังสัญญาณได้ง่ายกว่า อาคารสูง ภูเขา เนินเขา หรือแม้แต่กลุ่มต้นไม้ขนาดใหญ่ สามารถกลายเป็นอุปสรรคสำคัญที่ทำให้สัญญาณอ่อนลงหรือหายไปโดยสิ้นเชิง นี่จึงเป็นเหตุผลหลักที่ทำให้คลื่น FM ส่งสัญญาณได้ระยะทางที่สั้นกว่า AM

นอกจากคุณสมบัติทางกายภาพของคลื่นแล้ว กำลังส่งของสถานีวิทยุก็มีบทบาทสำคัญ สถานีวิทยุ FM ที่มีกำลังส่งสูงก็สามารถส่งสัญญาณไปได้ไกลกว่าสถานีที่มีกำลังส่งต่ำ แต่แม้สถานี FM จะมีกำลังส่งสูงมากเพียงใด ข้อจำกัดเรื่องการเลี้ยวเบนของคลื่นความถี่สูงก็ยังคงเป็นปัจจัยหลักที่จำกัดระยะการรับส่ง ดังนั้น แม้จะมีเทคโนโลยีที่พัฒนาขึ้น การขยายระยะการส่งสัญญาณ FM ก็ยังคงมีความท้าทายมากกว่า AM และการออกแบบเสาส่งก็ต้องคำนึงถึงปัจจัยด้านภูมิประเทศและสิ่งกีดขวางต่างๆ เพื่อให้ได้ประสิทธิภาพการส่งสัญญาณที่ดีที่สุด