В древности Китайская империя страдала от бесконечных набегов северных кочевников. Императоры перепробовали самые разные способы борьбы: военные походы, дипломатия и приглашения в союзники, но ни один из них так не дал должного результата. Однажды в голову великого императора Цинь Ши-хуанди пришла простая и в тоже время невероятная идея - огородиться от назойливых соседей стеной. Но даже после того как стена была воздвигнута, набеги не прекратились. Неистовые соседи взбирались на стену, используя канаты и лестницы, даже были попытки разрушить стену. 

Если на стене в это время не оказывалось стражников, которые дали бы отпор противнику - можно было говорить об успешном вторжении. Несомненно, великая стена была полезной, но ее полезность была максимальной лишь в тот момент, когда атаку отбивали стражники, находящиеся на ней. Длина стены составляла 21 000 км, и даже расставляя по одному охраннику каждые 100 метров, понадобилось бы 210 000 человек (!)

Китайцы придумали хитроумную и простую схему, которая впоследствии в применялась во многих других армиях.Недалеко от стены располагали базовый лагерь, который в случае нападения должен был прибыть на помощь. На самой стене располагали часовых, которые в случае опасности поджигали заранее подготовленный костер. Стражи сигнализировали об атаке (штурме стены) на определенном участке и на этот сигнал и устремлялась армия. Информацию подхватывали другие часовые и буквально за считанные минуты о нападении узнавали не только в военной ставке, но и в столице.  

Со временем возникла необходимость в передаче более сложных сигналов. Например: “нужна провизия”, “вышлите нам замену” или “нужен лекарь”? На Стене использовали множество других способов: били в барабаны, отправлялись почтовые голуби и гонцы.

Так или иначе, все перечисленные способы основаны на выборе “переносчика” сигнала. Весь процесс передачи информации можно описать следующим образом:

Шаг 1: запись сигнала на носитель (привязать послание к лапке голубя);

Шаг 2: перенос информации (голубь летит к адресату);

Шаг 3: получение сигнала (адресат снимает послание с лапки голубя).

Даже самый юркий голубь летел недостаточно быстро. В погоне за скоростью человечество постоянно совершенствовало “носитель”, до тех пор, пока не пришло к использованию самого быстрого носителя из всех возможных - электромагнитной волны! Теперь посылаемый нами сигнал распространяется со скоростью света, кроме того он еще и максимально точен!

“Волны” бывают разные: волна эпидемии, акустические волны и электромагнитные. Все они имеют очень схожую сущность. Поэтому мы можем, изучая один вид, например, колебания волн на поверхности воды, понять, как устроены другие. Такие как электромагнитные – невидимые и неосязаемые для человека волны.

Если Вы узнаете о главных свойствах волны, то сможете понять, как человечество научилось управлять ими для передачи информации.

Давайте перенесемся на берега большого озера, где мы могли бы порыбачить. Если периодически погружать предмет в воду, например поплавок, то на поверхности воды появятся волны. Они расходятся от точки погружения в разные стороны.

Рассмотрим эти колебания на воде в разрезе (обратите внимание, что подобные волны исходят во все направления плоскости воды) (рис.3)

Амплитуда (А) - максимальное значение смещения или изменения переменной величины от среднего значения при волновом движении.
Период (T) - наименьший промежуток времени за которое волна совершает полное колебание.
Частота (f) - характеристика периодического процесса, которая равна количеству повторений в единицу времени. Частота обратно пропорциональна периоду колебаний: f = 1/T.

Подобный тип волн принято называть - монохроматическими волнами. Иначе говоря, это волна, изменяющаяся согласно гармоническому закону или просто по функции синуса или косинуса. Точно с такими же волнами мы имели дело и в примере с великой китайской стеной. 

Распространение света костра напоминает движение гребня волны, если представить, что вслед за первым сигналом следует сразу же второй, то картина выглядит более похожей на синусоид (или косинусоид)

Что происходит с волнами, когда они сталкиваются друг с другом? Оказывается, что волны можно складывать и вычитать. Давайте покажем на графике, как происходит “наложение” волн А и B, в результате получается волна С.

Важным следствием этого принципа является то, что любую волну можно представить в виде суммы или разности монохроматических волн.

Каждый раз, когда вы слышите голос из радиоприемника - это значит, что волны уже успешно выполнили свою работу, донесли до вас сигнал. Как голос ведущего смог преодолеть тысячи километров и даже не исказиться? В этом ему помог так называемый принцип модуляции. Давайте разберемся в этом принципе, но прежде попытаемся понять, почему возникла необходимость что то “модулировать”. Вопрос, который мог у вас возникнуть: “Почему мы не можем передавать наш сигнал (голос ведущего), просто используя электромагнитные волны”? Давайте посчитаем длину электромагнитной волны, которая имеет колебание 300Гц (человеческий слух способен воспринимать звуки в диапазоне от 20 Гц до 20 000 Гц):

длина волны = λ=сf= 300000 м/с / 300 1/с = 3000м

с - скорость волны в среде, f- частота

Это значит, что для принятия указанной волны (а вместе с ней и информации на ней) нам понадобился бы приемник (антенна) длиною не меньше 3000 м! Согласитесь, выглядит нерационально. Из этого же соотношения видно как можно добиться уменьшения длины волны (и уменьшения длины антенны) - за счет увеличения его частоты. Но просто увеличить частоту исходного сигнала нельзя, это будет похоже на попытку слушать музыку в перемотке - вы ничего не поймете.

Задача модуляции заключается в том, чтобы представить исходный сигнал (голос радиоведущего) через высокочастотную волну. Это достигается путем изменения одного из параметров высокочастотной волны: либо ее амплитуды, тогда это будет амплитудная модуляция (Amplitude modulation - AM), либо ее частоты, соответственно частотная модуляция (Frequency modulation - FM).