Fagstoff

Magnetbånd og analog lagring

Publisert: 05.10.2010, Oppdatert: 04.03.2017
  • Innbygg
  • Enkel visning
  • Lytt til tekst
  • Skriv ut
Magnetbånd

Magnetbånd er det eldste mediet for magnetisk lagring som fortsatt er i bruk. Den største ulempen ved bruk av magnetbånd er lang aksesstid, men der aksesstid ikke betyr noe, som sikkerhetskopier som skal legges tilbake i sin helhet ved behov, er magnetbånd fortsatt konkurransedyktige og er fortsatt under utvikling for å øke datatettheten. Magnetbånd kan brukes til både analog og digital lagring, og i denne artikkelen ser vi på grunnleggende egenskaper og analog lagring.

Beskrivelsen i denne artikkelen av magnetbånd som medium er selvsagt gyldig enten vi lagrer analogt eller digitalt, og bør leses som bakgrunnsstoff også for artikkelen om digital lagring på bånd.


Hovedprinsipper for lagring på magnetbånd

For lagring på magnetbånd brukes to forskjellige teknologier, lineær og spiralformet lagring.

Lineær lagring med opptaker med stasjonære inn- og avspillingshoder som gir flere parallelle spor på langs av transportretningen til båndet. Den relative hastigheten mellom båndet og hodet er bestemt av transporthastigheten til båndet. Metoden er velegnet for kontinuerlige signaler uten større krav til båndbredde.

Spiralformet lagring på opptaker med roterende hoder som gir spor som går fra kant til kant på båndet, med en ganske høy vinkel på transportretningen. Her er den relative hastigheten mellom bånd og hode fullstendig dominert av rotasjonshastigheten til hodene.

Spiralavsøking av magnetbånd (engelsk: helical scan)   

For analog lagring var metoden velegnet, og i sin tid mye brukt, for video for TV hvor hvert spor tilsvarte en linje i bildet og eventuell støy i overgangen fra et spor til det neste ikke utgjorde noe problem.

Sammenlikning av lineær og spiralformet båndlagring.  Forhold mellom båndhastighet og frekvensrespons.Forhold mellom båndhastighet og frekvensrespons 

De viktigste egenskapene til de to teknologiene er oppsummert i tabellen over. Hvor høye frekvenser vi kan lagre, og dermed hvor stor båndbredde eller datatetthet vi kan oppnå, avhenger av den relative hastigheten mellom hode og bånd. Vi ser at datatettheten er lav for lineær lagring til tross for høy båndhastighet.

Tabellen til høyre viser sammenheng mellom båndbredde og båndhastigheter typisk for lineær lagring.

Forvrengning av signalene

Innenfor det frekvensområdet vi kan lagre er ikke frekvensresponsen lineær. Figuren under viser typisk frekvensrespons for en gitt båndhastighet.

Frekvensrespons ved lagring på magnetbånd Vi kan langt på vei kompensere for ulineariteten med aktive filtre (eng: equalizer) som har en karakteristikk som vist i kurve a) i figuren under. Siden frekvensresponsen er avhengig av båndhastighet må også frekvenskompensasjonen i filtret endres om vi endrer båndhastighet. Det sier seg selv at analog lagring av amplitudevariasjoner er svært følsom for unøyaktigheter i denne frekvenskompensasjonen.

Frekvenskompensering ved lagring på magnetbånd.  

Vi ser av figurene over at vi ikke har noen respons ved og nært 0 Hz. Vi kan altså ikke uten videre lagre en eventuell DC-komponent i inngangsignalet.

Et annet problem ved magnetisk lagring er fenomenet vi kaller hysterese. Når vi skifter retningen på magnetiseringsstrømmen i hodene får vi en forsinkelse før dette viser seg i magnetiseringen av partiklene i båndet. Vi kan kanskje beskrive det som en ”ketsjupeffekt” hver gang strømmen bytter polaritet, noe som gir forvrengning rundt nullgjennomganger i signalet. Dette kan vi kompensere for med en høyfrekvent forspenning (eng. bias).

Kurveformer ved HF-forspenning i båndopptaker.  Frekvensforspenningen er typisk en sinus med en amplitude 10 ganger maksimal signalamplitude, og frekvens 3,5 ganger maksimal frekvensrespons til innspillings- og avspillingsforsterkerne, men den ideelle verdien avhenger av typen magnetisk belegg som er brukt på båndet.

Figuren til høyre viser A) et signal før og etter lagring uten HF-forspenning, B) signaler ved innspilling i et system med HF-forspenning og C) signal før og etter lagring når HF-forspenning er brukt.

Figuren fokuserer på forvrengning, men vi forstår at dynamikken også bedres siden signaler med liten amplitude ga liten eller ingen respons uten forspenning.

 

Figuren under viser prinsippskisse av et komplett system for inn- og avspilling med forspenning og frekvenskompensasjon.
Innspilling av magnetbånd.  


En metode som har vært brukt for analog lagring av svært lavfrekvente signaler, helt ned til DC, er FM-lagring. Da frekvensmoduleres inngangssignalet, vanligvis i selve opptakeren, før lagring på bånd. Signalet må demoduleres igjen ved avspilling. Siden informasjonen ligger i frekvensen til det lagrede signalet løses også problemene med ulinearitet vi har beskrevet over så lenge frekvensen på det modulerte signalet holdes innenfor et begrenset område. Ulempen med metoden er en betydelig reduksjon i båndbredden på nyttesignalet i forhold til båndhastigheten.


Utstyr for analog lagring på magnetbånd

Utstyr for spiralformet lagring har i praksis alltid brukt kassetter med fødespole og opptakspole i en lukket enhet. Flere systemer har vært brukt. Det mest kjente for analog lagring er nok VHS, men spiralformet lagring har i telemetrisammenheng først og fremst vært forbundet med digital lagring.
For lineær lagring har multisporopptaker med løse båndspoler vært dominerende. De 14-spors båndstasjonene som fortsatt er i bruk ved Andøya Space Center bruker spoler med 1 tomme bredde på båndet og typisk 9200 fot bånd på spolen. Mens dette gir god kapasitet ved lave båndbredder, ser vi fra tabellen over at vi kan lagre mindre enn åtte minutter ved maksimal båndbredde på 4 MHz.
Relatert innhold