То, что мы привыкли называть радиоволнами, представляет собой колебание электромагнитной энергии. Эти волны распространяются со скоростью 300 миллионов метров в секунду, причем каждая имеет определенную длину. Чем меньше частота, тем длиннее волна, чем выше частота, тем короче волна. Колебания воздуха имеют частоту в пределах 20 Гц до 20 кГц, их могут слышать большинство людей. Волны с большей частотой недоступны для человеческого слуха. Однако ультразвуковые колебания могут излучать и воспринимать некоторые животные.
Поскольку физический размер антенны пропорционален длине волны, использование этого устройства для приема и передачи электромагнитных колебаний в звуковом диапазоне может быть непрактичным. Поэтому высокочастотная волна, выработанная генератором, смешивается с низкочастотной звуковой волной. При этом образуется модулированная волна, которая используется для транспортировки информации от передатчика к приемнику. На рис. 6.1 показан принцип амплитудной модуляции, при котором информация, то есть сигнал низкой звуковой частоты, изменяет амплитуду сигнала-носителя. Амплитудно-модулированная волна представляет собой комбинированный сигнал носителя, а также верхней и нижней боковой полосы частот.
Рис. 6.1.Две волны, которые образуют модулированную волну радиочастоты
Большинство схем AM являются супергетеродинными приемниками благодаря наличию внутреннего генератора (гетеродина) и каскада смесителя (рис. 6.2).
Рис. 6.2.Блок-схема приемника AM
Антенна принимает сигналы многих частот в заданном диапазоне. Входной избирательный контур, который состоит из переменного конденсатора и катушки, выделяет нужную частоту и передает сигнал этой частоты в смеситель.
В каскаде смесителя входные сигналы радиочастоты смешиваются с сигналом генератора (гетеродина) с постоянной амплитудой, который имеет частоту (обычно) на 465 кГц (это обычная промежуточная частота) выше, чем входной сигнал. С выхода смесителя комбинация этих сигналов проходит через колебательный контур, настроенный на 465 кГц.
Предположим, что входной контур настроен на прием сигнала 1000 кГц и промежуточная частота равна 465 кГц. При этом гетеродин автоматически настраивается на величину 1465 кГц, в результате чего образуется промежуточная частота 465 кГц, представляющая собой разность между входной частотой 1000 и 1465 кГц. Имейте в виду, что, хотя частота 465 встречается наиболее часто в диапазонах длинных (ДВ) и средних (СВ) волн, многие приемники имеют другие промежуточные частоты. Следующая стадия обработки сигнала — один или несколько (до трех) каскадов усиления промежуточной частоты. Каждый каскад усиления промежуточной частоты может содержать фильтр, настроенный на соответствующую промежуточную частоту для улучшения избирательности.
Функция детектора заключается в отделении звуковых колебаний, несущих полезную информацию, от несущей промежуточной частоты. Он делает это в два этана. Сначала происходит детектирование смешанного сигнала, при этом сначала выпрямляется верхняя положительная полуволна AM сигнала. Затем промежуточная частота отфильтровывается на землю через шунтирующий конденсатор, и далее проходит только низкочастотный звуковой сигнал. Схема автоматической регулировки усиления (АРУ) благодаря наличию обратной связи с использованием части выходного сигнала и воздействия на коэффициент усиления ВЧ каскадов, поддерживает относительное постоянство сигнала, то есть громкость звука на выходе приемника.
Звуковой сигнал от детектора поступает на усилитель звуковой частоты. Здесь звуковой сигнал достигает мощности, достаточной для приведения в действие динамик.
Технология передачи с использованием частотной модуляции (ЧМ) начинается с несущей волны радиочастоты и волны звуковой частоты, называемой модулирующим сигналом. Когда несущая радиочастота модулируется звуковым сигналом, частота несущей радиоволны изменяется вместе с амплитудой модулирующего сигнала (рис. 6.3).
Рис. 6.3. Принцип частотной модуляции — звуковая волна смешивается с несущей волной, создавая изменения частоты
Блок-схема приемника ЧМ показана на рис. 6.4. Антенна принимает сигналы ЧМ в пределах своего диапазона частот, а входной избирательный контур выбирает конкретный диапазон частот. Усилитель высокой частоты делает прием сигнала ЧМ более уверенным. Местный генератор (гетеродин) вырабатывает радиочастотный сигнал постоянной амплитуды, который смешивается с сигналом ЧМ, образуя промежуточную частоту. Каскады промежуточной частоты обычно настроены на 465 кГц. Один или более каскадов промежуточной частоты пропускают и усиливают сигнал промежуточной частоты.
Рис. 6.4.Блок-схема приемника ЧМ
Детектор ЧМ отличается от детектора AM. Детектор ЧМ должен выделить модулирующую низкочастотную составляющую промежуточной частоты. Затем выделенный звуковой сигнал подается через схему компенсации предыскажений. Эта схема восстанавливает амплитудно-частотную характеристику сигнала. В передатчике высокие частоты звукового сигнала еще больше усиливаются — это называется предыскажением — для улучшения отношения сигнал/шум при передаче. Поэтому в приемнике необходимо проделать обратную процедуру.
После коррекции предыскажений звуковой сигнал усиливается каскадом усиления низкой частоты для подачи на динамик. Обратите внимание на наличие каскада автоматической регулировки частоты (АРЧ), который поддерживает правильную настройку гетеродина приемника.
Некоторые части схемы AM могут быть использованы в приемнике ЧМ. На рис. 6.5 показана блок-схема комбинации приемника AM и ЧМ. Когда вы переключаетесь с AM на ЧМ, одновременно включаются все схемы, предназначенные только для этого режима работы.
Рис. 6.5.Блок-схема приемника АМ/ЧМ
Когда вы слушаете стереорадиостанцию ЧМ, то через два динамика идут два совершенно отдельных звуковых канала (рис. 6.6). На радиостанции стереоразделение начинается с двух отдельных микрофонов для приема звуковых сигналов. Сигналы обозначены L (левый) и R (правый), в соответствии с положением микрофонов. Сигналы L и R подаются на стереокодер, который формирует два выходных сигнала. Один сигнал представляет собой сумму (L + R), а другой — разность (L — R).
Рис. 6.6.Компоненты сигнала с разделением каналов
Выход L — R представляет собой поднесущую частоту 38 кГц с амплитудной модуляцией, которая образует боковые полосы частот выше и ниже 38 кГц. Поднесущая 38 кГц затем подавляется после модуляции, оставляя только боковые полосы. Боковые полосы L — R подаются затем на передатчик ЧМ. Передатчик ЧМ частотно модулируется выходом L + R и L — R и подавленной несущей 19 кГц. На рис. 6.7 изображена блок-схема стереопередатчика ЧМ. Обратите внимание на стереокодер.
Рис. 6.7.Бок-схема стереопередатчика ЧМ
Анализ частотного спектра несущей модулированного стереосигнала с разделением каналов показан на рис. 6.8. Обратите внимание, что нижняя часть частотного спектра содержит сигнал L + R дня монофонических приемников (от 30 Гц до 15 кГц). Боковые полосы частот L — R с подавленной несущей (23–53 кГц) занимают верхнюю часть.
Рис. 6.8.Спектр частот стерео ЧМ
Рис. 6.9.Блок схема обработки боковых полос и матрицы демодуляции
Подавленная несущая 19 кГц также передается как часть комплексного сигнала для синхронизации и восстановления частоты 38 кГц в приемнике при демодуляции. Цель подавленной несущей заключается в уменьшении энергии в комплексном стереосигнале для оптимального отношения сигнал/шум. сигнал в частоту 38 кГц. Выходной сигнал 38 кГц представляет собой точную копию подавленной несущей частоты с двумя боковыми полосами.
При пропускании сигнала L — R и сигнала 38 кГЦ через нелинейную схему демодулятора AM получаются суммы и разности сигналов, один из которых представляет собой сигнал L — R (в диапазоне от 30 ГЦ до 15 кГЦ), выделенный низкочастотным фильтром. Сигналы L — R и L + R подаются на стереодекодер и обрабатываются, как показано на рис. 6.10.
Рис. 6.10.Блок-схема матрицы
Обратите внимание, что один канал складывает L + R и L — R и дает в результате сигнал L. Сигнал L — R проходит через фазовый инвертор, который изменяет знак L — R на — L + R. Сигналы L + R и — L + R складываются, формируя сигнал R. Сигналы R и L подаются на соответствующие усилители и затем на динамики.
Другой метод демодуляции заключается в электронном переключении (рис. 6.11).
Рис. 6.11.Блок-схема демодуляции с помощью электронного ключа и сигнал ЧМ
Поступающий от детектора сигнал проходит через схему восстановления поднесущей частоты и затем подается на электронный переключатель. На рисунке также показан сигнал, который подается на переключатель, который переключает положительные и отрицательные полуволны комплексного звукового сигнала и демодулирует стереосигнал. Комплексный звуковой сигнал включает сигнал L + R, L — R и подавленную несущую 19 кГц (рис. 6.12).
Рис. 6.12.Схема стереодекодера с электронным переключением
Подавленная несущая 19 кГц усиливается и подается на удвоитель частоты (CR1 и CR2), что позволяет регенерировать поднесущую 38 кГц. Сигнал поднесущей затем смешивается со звуковым сигналом для восстановления комплексного стереосигнала. Мостовая переключающая схема, состоящая из CR3, CR4, CR5, CR6, управляется за счет смены полярности полуволн напряжения поднесшей 38 кГц; при этом два плеча моста проводят по очереди. Таким образом, положительная и отрицательная составляющая комплексного стереосигнала квантуется частотой 38 кГц и на выходах моста присутствуют демо