Радиовещательные приемники, тюнеры, магнитолы предназначены для приема монофонических и стереофонических радиопередач. Они выпускаются в соответствии с ГОСТ 5651-89 «Аппаратура радиоприемная бытовая». В зависимости от условий эксплуатации радиоприемные устройства разделяются на стационарные, переносные и носимые. Анализ выпускаемой аппаратуры отечественного и импортного производства свидетельствует о том, что наибольшее распространение получила аппаратура, построенная по супергетеродинной схеме. С развитием микроэлектронной базы производимая радиоаппаратура технологична и проста в настройке. Построение радиоприемных устройств для приема АМ- и ЧМ-сигналов имеет особенности. Эти особенности определяются видом модуляции, типом автоматических регулировок и способом обработки сигналов. При проектировании и расчете чувствительности приемников следует учитывать эти особенности.
Устройства приема и обработки АМ-сигналов. Диапазонные радиоприемные устройства, предназначенные для приема сигналов с амплитудной модуляцией, в подавляющем большинстве строятся по супергетеродинной схеме (рис. 3.3).
|
|
Рис. 3.3 - Структурная схема супергетеродинного радиовещательного приемника АМ-сигналов
Настройка радиоприемного устройства осуществляется за счет синхронной перестройки избирательных систем преселектора и частоты гетеродина. Точность синхронной перестройки обеспечивается качеством сопряжения контуров преселектора и гетеродина.Для обеспечения линейного режима работы АМ-детектора и исключения «перегрузки» работы оконечных каскадов радиоприемного устройства в структурную схему введена система автоматической регулировки усиления. Сигнал управления системой АРУ формируется из модулированного сигнала и через ФНЧ, который выделяет среднюю составляющую мощности принимаемого сигнала, подается в цепи регулирования на УРЧ (если он имеется) и на первые каскады усилителя промежуточной частоты.
Максимальный допустимый коэффициент шума первых каскадов радиоприемника определяется соотношением сигнала/помехи входа-выхода в соответствии с выражением:
, (3.9)
где mа – максимальный коэффициент модуляции сигнала;
k П – отношение максимального напряжения управляющего сигнала к действующему (для радиовещательного радиоприемника k П =0,7, для телефонных сигналов k П =3, gВЫХ = 3…10;
F ВЫХ=1,1 F MAX – полоса пропускания УНЧ.
Устройства приема и обработки ЧМ-сигналов используются для приема станций звукового вещания и приема звука в системе телевизионного вещания. Структурная схема радиоприемного устройства, как правило, выполняется по схеме супергетеродинного типа (рис. 3.4). Структурная схема радиоприемника имеет в своем составе преселектор, преобразователь частоты, усилитель промежуточной частоты (УПЧ), частотный детектор, цепи автоматической подстройки частоты и цепь компенсации предыскажений (ЦКП). Цепь системы АПЧ включает в себя фильтр нижних частот, выделяющее изменение центрального положения несущей радиосигнала и управитель, входящий в состав гетеродина (Г).
|
|
Рис. 3.4 - Структурная схема радиовещательного приемника ЧМ сигналов
Таким образом, особенностью тракта передачи ЧМ-сигнала является введение в его АЧХ предыскажений на передающем центре, а также возможность обеспечения объемного звучания в оконечном устройстве радиоприемного устройства передаваемого звукового стереосигнала. Уровни вводимого предыскажения в АЧХ тракта звукового вещания на передаваемом конце и компенсируемого предыскажения на приемном конце определяются эквивалентными схемами, изображенными на рис. 3.5. Постоянная времени цепей введения (ЦП) и компенсации предыскажений в тракте звукового вещания определяется стандартом формирования модулирующего стереосигнала. Эквивалентные схемы цепей введения и компенсации предыскажений представлены на рис. 3.5.
Рис. 3.5 - Эквивалентная схема цепи введения предыскажений (а) и цепи компенсации искажений АЧХ модулирующего сигнала
Стереофоническое вещание на территории Российской Федерации ведется в двух стандартах: на основе комплексного стереосигнала (КСС) с частичным подавлением поднесущей (Российский стандарт) в диапазоне радиочастот УКВ-1 и с пилот-тоном с полным подавлением поднесущей (стандарт США) в диапазоне радиочастот УКВ-2. Структурная схема тракта передачи радиосигнала по Российскому стандарту в системе стереофонического радиоприемного устройства УКВ – ЧМ-вещания на передающей части тракта представлена на рис. 3.6, а тракта приема - рис. 3.8.
Рис. 3.6 - Структурная схема тракта передачи стереосигнала системы на основе КСС и частичным подавлением поднесущей
Форма комплексного стереосигнала в Российском стандарте на выходе блоков формирования имеет вид, представленный на рис. 3.7. Основным требованием к модулятору ЧМ-сигналов является полоса частот модулирующего сигнала до 200 кГц. Это необходимо для обеспечения точности восстановления фазовых соотношений модулирующих сигналов тональной и надтональной частей спектра.
Рис. 3.7 - Осциллограммы напряжения стереосигнала на выходе полярного модулятора без предыскажений (а), с предыскажением АЧХ (б) и после устройства подавления поднесущей сигнала на 80% (в)
Структурная схема тракта приема стереосигнала звукового вещания представлена на рисунке 3.8. Эффективная ширина спектра частотно-модулированного стереофонического радиосигнала, в отличие от монофонического вида, определяется выражением
. (3.10)
Выражение для определения эффективной ширины спектра стереофонического сигнала справедливо для Российского стандарта и для ЧМ-сигнала с использованием пилот-тона. Сравнительная оценка эффективной ширины спектра показывает, что полоса частот для отечественного стандарта меньше на 10…15%. Полоса пропускания стереофонического радиоприемного устройства больше полосы монофонического на 20…25%. Технические параметры передачи стереофонического вещания представлены в таблице 3.4.
Рис. 3.8 - Структурная схема тракта приема радиосигнала системы стереофонического вещания в Российском стандарте
Сигнал с радиоприемного устройства подается на стереодекодер, в котором производятся выделения сигналов канала А и канала В. Для компенсации предыскажений в каналах A и B, вводимых на передающем конце радиоканала сигнал проходит через цепь компенсации предыскажений.
|
|
Структурная схема тракта передачи стереофонической системы с пилот-тоном отличается наличием дополнительного сигнала – пилот-тона для необходимости восстановления поднесущей частоты на приемном устройстве (рис. 3.9). Формирование стереосигнала осуществляется по принципу, как и в отечественном стандарте, с той разницей, что поднесущая комплексного стереосигнала подавляется на 100 %.
Рис. 3.9 - Структурная схема тракта передачи радиосигнала системы стереофонического вещания с пилот-тоном
Структурная схема стереофонического радиоприемного устройства отличается от схемы (рис. 3.8) наличием устройства выделения пилот-тона, необходимого для восстановления поднесущей стереосигнала для дальнейшего его удвоения. Точность восстановления этого сигнала по разности фазы между передаваемым и принимаемым сигналами не должна превышать единиц градусов.
Рис. 3.10 - Структурная схема тракта приема радиосигнала системы стереофонического вещания с пилот-тоном
Амплитудно-частотная характеристика спектра стереофонического сигнала отечественного стандарта и стандарта с пилот-тоном характеризуется амплитудно-частотной характеристикой тональной и надтональной частей (рис. 3.11). Различием форм рассматриваемых стандартов являются величина наклона АЧХ цепи предыскажения низкочастотного спектра модулирующего сигнала, частота и величина передаваемой поднесущей и наличие пилот-тона, передающего информацию о приеме стереосигнала. Основные технические параметры тракта передачи стереофонического сигнала системы УКВ – ЧМ звукового вещания представлены в таблице 3.4.
Рис. 3.11 - Амплитудно-частотная характеристика спектра комплексного стереосигнала ПМК – КСС (а) и с пилот-тоном
Таблица 3.4 - Технические параметры тракта передачи стереофонического УКВ – ЧМ вещания [17]
Наименование параметров | Система с полярной модуляцией (РФ) | Система с пилот-тоном (США) |
Диапазон передаваемых звуковых частот для каждого канала, Гц | 30…15000 | 50…15000 |
Отклонение АЧХ канала во всем диапазоне частот, дБ, не более | ±1,0 | ±1,0 |
Отношение сигнал/шум, дБ, не хуже | ||
Коэффициент гармоник, %, не более, на частотах, Гц | ||
100…10000 | 1,0 | - |
30…15000 | 1,5…2,0 | - |
Нестабильность несущей частоты передатчика, не более | ±2,0×10–5 | |
Частота поднесущей, Гц | 31250±2 | |
Частота пилот-тона, Гц | - | |
Верхняя граничная частота спектра КСС, кГц | 46,25 | |
Подавление поднесущей частоты, дБ | 14±0,2 | ³ |
Максимальная глубина модуляции КСС, %, не более | ||
Постоянная времени цепи предыскажений сигналов А и В стереопары, мкс | ||
Максимальная девиация частоты передатчика | ||
Полоса частот радиопередатчика, кГц | 165…192 | 190…206 |
Переходное затухание между каналами на выходе передатчика, дБ, не менее | ||
Ширина полосы пропускания радиоприемника, кГц | 140…192 | 180…206 |
Ухудшение отношения сигнал/шум по сравнению с монофонической передачей, дБ (теоретическое значение) | 24,7 | |
Расположение стереоканалов | ||
Увеличение несущей частоты | А (левый) | |
Уменьшение несущей частоты | В (правый |
При расчете эффективной ширины спектра ЧМ-сигнала оценка верхней частоты модулирующего стереофонического сигнала определяется максимальным ее значением в надтональной части
|
|
, (3.11)
где – частота поднесущей;
– максимальная частота модулирующего монофонического сигнала.
Качество воспроизведения стереофонического звучания при радиоприеме характеризуется величиной переходного затухания, т.е. степенью изолированности каналов А и В друг от друга на выходе стереомодулятора или стереодекодера радиоприемного устройства и определяется выражением
дБ. (3.12)
Выражение справедливо для оценки переходного затухания при отсутствии напряжения сигнала (U вх В = 0) на входе канала В стереомодулятора.
Величина переходного затухания в радиоканале стереофонического радиоприемного устройства зависит от величины полосы его пропускания, от точности настройки радиоприемного устройства на центральную частоту несущей и в значительной степени от частоты модулирующего сигнала и от мгновенного значения девиации частоты несущей ЧМ-сигнала [15 – 17]
[дБ], (3.13)
где – неточность настройки радиоприемного устройства на центральную частоту несущей радиопередатчика.
Девиация частоты в выражении (3.13) с целью обеспечения избирательности по соседнему каналу и заданной величины переходного затухания уменьшается на 20 процентов. Величина переходного затухания также зависит от степени разбаланса поднесущей частоты по фазе на передающей и принимающей сторонах системы радиовещания и определяется выражением
[дБ]. (3.14)
При расчете допустимого коэффициента шума радиовещательного приемника ЧМ-сигнал связь отношения сигнал/шум вход-выход определяется соотношением [1, 2]:
, (3.15)
где k П = 1,4.
Если отношение сигнал/помеха на выходе радиоприемного устройства не задано, то g ВЫХ = 10...16 дБ.