Владимир Поляков - Посвящение в радиоэлектронику

Частотная модуляция имеет много важных преимуществ. Во-первых, спектр модулирующих частот (звуковых) удалось расширить до 15 кГц. Это резко повысило качество приема. Во-вторых, и это особенно важно, при ЧМ происходит как бы обмен ширины спектра сигнала на отношение сигнал-шум, т. е. при детектировании относительно «зашумленного» ЧМ сигнала получается сравнительно «чистый» звуковой сигнал. Помехи естественного (грозовые разряды) и искусственного происхождений, особенно импульсного характера, хорошо подавляются приемником сигналов с ЧМ. Все это, вместе взятое, позволяет получать отношение сигнал-шум на выходе приемника примерно 50…70 дБ, что обеспечивает высококачественное радиовещание.

Частотная модуляция.

Не испугал ли я вас сухими цифрами? На деле это выгладит так: настраиваем приемник на радиостанцию в диапазоне ДВ или СВ. Слышно хорошо, но вместе с передачей прослушивается и шум, а верхних звуковых частот нет (звон колокольчика или тонкий писк просто не воспроизводится). Иное дело в диапазоне УКВ: верхние частоты в воспроизводимом спектре есть, а шума почти не слышно. Слушатели в таких случаях говорят, что передача «идет очень чисто».

Радиовещание на УКВ вполне оправдано в густонаселенных районах. В Москве, например, передачи одной УКВ станции могут одновременно слушать десять миллионов человек!

Следующий шаг в развитии радиовещания — переход к стереофоническим передачам. Согласитесь, что не очень естественно, когда звучание целого оркестра исходит из одной точки — громкоговорителя. Чтобы полностью передать звуковую панораму реальной сцены, необходимо несколько (чем больше, тем лучше) микрофонов, несколько независимых трактов передачи и несколько громкоговорителей. Разумеется, это очень сложно и дорого. Но даже при двух микрофонах и двух громкоговорителях, т. е. при стереофонической системе, получается существенное повышение качества передачи. Такая система и принята сейчас повсеместно. Более сложные системы, например квадрофоническая, распространения не получили, поскольку примерно двукратное усложнение аппаратуры дает лишь небольшой прирост качества звучания по сравнению со стереофонической системой.

Стереофоническое радиовещание.

Итак, при стереофонии надо передавать уже не один, а два звуковых сигнала. В магнитофонах поступают просто: записывают два канала на две разные дорожки магнитной ленты. А как быть в радиовещании? Строить две радиостанции? Дорого, и к тому же при этом не решается проблема совместимости. Имеется масса радиослушателей с монофоническими приемниками. Настроившись на радиостанцию, ведущую стереофонические передачи, они должны слышать суммарный сигнал левого и правого каналов, а вовсе не один из них.

На УКВ проблему решили следующим образом. Передатчик модулируют, как обычно, суммарным сигналом левого и правого стереоканалов. Но к модулирующему сигналу добавляют поднесущую, лежащую в ультразвуковом диапазоне (31,25 кГц по отечественному стандарту). Поднесущая, в свою очередь, модулирована разностным сигналом двух стереоканалов. Обычный приемник, настроенный на станцию, ведущую стереопередачи, примет лишь суммарный сигнал. Чтобы принять стереопередачу, приемник оснащают специальным устройством — стереодекодером. Он выделяет сигнал поднесущей, детектирует его, полученный разностный сигнал стереоканалов комбинирует с суммарным так, чтобы получились исходные сигналы двух стереоканалов.

Введение поднесущей расширяет спектр модулирующих частот радиостанции до 46 кГц (31,25 + 15 кГц), поэтому описанная система стереофонического вещания может применяться только на УКВ, где она широко и используется. Предложены и другие системы стереофонического вещания, не требующие расширения спектра модулирующих частот. Они могут применяться даже в диапазонах ДВ и СВ. Одна из таких систем предусматривает излучение двух независимых боковых полос AM сигнала, причем одна из боковых полос соответствует левому стереоканалу, другая — правому. Обычный двухполосный AM приемник будет воспроизводить суммарный сигнал двух боковых полос. Но специальный однополосный приемник с синхронным детектором позволит выделить два отдельных сигнала стереоканалов.

На этом главу о радиовещании можно было бы и закончить, если бы — если бы не внедрение во многие отрасли науки и техники цифровой электроники и космической техники. Цифровая электроника и радиовещание — казалось бы, совсем несовместимые вещи! Но мы уже говорили о том, что цифровая техника используется в синтезаторах частоты задающих генераторов радиопередатчиков.

А нельзя ли сделать то же самое и в приемнике? На первый взгляд — сложно и дорого, но только на первый! Стали ведь дешевыми и микрокалькуляторы, и электронные часы, а техника в них ничуть не проще, чем в синтезаторе частоты. Но нужен ли он в приемнике?

Давайте разберемся.

Слушая КВ радиостанцию на простеньком приемнике, вы то и дело тянетесь к ручке настройки, чтобы проверить, нельзя ли настроить приемник получше? И очень часто это удастся. Частота настройки приемника определяется частотой его гетеродина, а она «плывет», «уходит» при изменениях температуры, напряжения сети или батарей и от многих других факторов. Лишь в диапазонах ДВ и отчасти СВ можно быть уверенным, что уход частоты гетеродина будет невелик: намного меньше ширины полосы пропускания приемника.

Поясню сказанное примером. Относительная нестабильность частоты простого гетеродина радиовещательного приемника составляет 10 -3…10 -4(0,1…0,01 %). Если гетеродин настроен на частоту 1 МГц (в диапазоне средних волн), абсолютный уход его частоты будет не более 10 -3·10 6Гц = 1 кГц. При этом сигнал радиостанции еще не выйдет из полосы пропускания приемника, составляющей 4…10 кГц. Но при частоте настройки 10 МГц (в КВ диапазоне 31 м) уход частоты может достигнуть 10 кГц, что приведет к полной потере сигнала станции. Но и значительно меньшие уходы частоты вызывают заметное изменение качества приема.

Неизмеримо более высокие требования к стабильности частоты гетеродинов предъявляются при синхронном приеме двухполосных AM сигналов и при однополосном приеме, когда несущая принимаемого сигнала генерируется в самом приемнике. Исследования показали, что если при приеме речи еще допустима неточность восстановления частоты несущей в несколько десятков герц, то при приеме музыкальных передач ошибка не должна превосходить 1…1,5 Гц. При синхронном приеме несущая должна восстанавливаться с точностью до фазы, при этом частотная ошибка должна равняться нулю. Такого результата добиваются применением специальных систем синхронизации — фазовой автоподстройки гетеродина по несущей сигнала. Но и для работы этих систем точность предварительной установки частоты должна быть высокой, не хуже нескольких десятков, в крайнем случае — сотен герц. Таким образом, новые, прогрессивные методы радиовещания требуют в первую очередь повышения стабильности частоты и передатчиков, и приемников.