Радиовещания с пилот-тоном (часть 1)

Известно, что на импортные радиоприемники нельзя принять передачи отечественных УКВ ЧМ вещательных радиостанций. Связано это прежде всего с несовпадением диапазонов. Отечественные УКВ радиостанции работают в диапазоне 65,8...73 МГц, западноевропейские — в диапазоне 8 8 ... 104 МГц, американские и японские — 88...108 МГц.

В прошлом году в журнале Радио были опубликованы две статьи, рассказывающие о том, как перестроить импортные приемники, чтобы на них можно было принимать программы отечественных УКВ радиостанций [1, 2]. Однако даже на переделанные импортные приемники принять стереофонические передачи УКВ вещания нельзя, вернее прием возможен, но они будут звучать, как монофонические. Объясняется это тем, что за рубежом и у нас приняты разные системы стереофонического вещания и для приема стереофонических программ на импортные приемники необходима коренная переделка стереодекодера . Но эта переделка может и не потребоваться, поскольку у нас в стране — пока только в Москве и Санкт-Петербурге — введены в действие УКВ радиостанции, работающие в диапазоне 100...104 МГц (чуть выше диапазона пятого телевизионного канала) по западной стереофонической системе. Цель настоящей статьи — познакомить радиолюбителей с новой для них системой стереофонического вещания.

При разработке систем стереофонического вещания прежде всего решали задачу совместимости, т. е. возможности приема стереофонического сигнала на приемник без стерео-декодера и монофонического сигнала на приемник со стерео-декодером . В обоих случаях передачи, естественно, будут звучать как монофонические. По названной выше причине во всех системах стереофонического вещания передаются не сигналы левого (А) и правого (В) каналов, а их сумма (A-f --f-B ) и разность (А—В). Сигнал несущей УКВ передатчика модулируется суммарным сигналом, как обычно, по частоте, и именно он принимается на монофонические приемники. Разностный сигнал передается с помощью поднесущей , частота которой выше спектра звуковых частот. Она также модулирует сигнал несущей передатчика по частоте.

Теперь рассмотрим коротко принцип реализации стереопере-дачи в отечественной полярной системе [1].

Сигнал поднесущей частоты (31,25 кГц) модулируется по амплитуде разностным сигналом (А—В) и добавляется к суммарному низкочастотному сигналу (A+B ). В результате образуется полярно-модулированный сигнал (ПМС). Его форма показана на рис. 1, а, спектр — на рис. 1, б. Полярным этот сигнал называется потому, что его верхняя огибающая соответствует звуковому сигналу левого канала (А), а нижняя — правого (В). Удобство работы с ПМС в том, что для его демодуляции пригоден простейший двуполярный детектор.

Подавать ПМС непосредственно на частотный модулятор передатчика невыгодно, поскольку большая часть разрешенной девиации частоты (±50 кГц) ушла бы на бесполезную модуляцию поднесущей . Поэтому поднесущую при передаче искусственно уменьшают в 5 раз (на 14 дБ) по амплитуде с помощью режекторного контура со стандартизованной добротностью 100±5. Одновременно контур ослабляет и нижние частоты боковых полос разностного сигнала (А—В), как показано на рис. 1, б штриховой линией. Сформированный таким образом сигнал называется комплексным стереофоническим сигналом (КСС). При подаче его на частотный модулятор передатчика девиация частоты сигналом поднесущей составляет всего ±10 кГц, а на полезные компоненты сигнала остается еще ±40 кГц.

Упрощенная схема стереоде-кодера с полярным детектором для отечественной системы показана на рис. 2. КСС с выхода частотного детектора приемника подается на цепочку восстановления поднесущей , состоящую из двух резисторов Rl , R2 и контура L1C1 с добротностью 100, настроенного на частоту 31,25 кГц. Контур поднимает уровень сигнала поднесущей на 14 дБ и компенсирует ослабление нижних частот разностного сигнала (А—В). Полученный ПМС усиливается усилителем А 1 и подается на полярный детектор на диодах VD1, VD2, который выделяет сигналы левого и правого каналов (А и В).

Как известно, в передатчике при частотной модуляции до формирования ПМС в звуковые сигналы левого (А) и правого (В) каналов вводятся предыскажения с целью поднять верхние частоты звукового спектра. Это выравнивает спектр реального звукового сигнала, основная мощность которого сосредоточена на низких частотах, и. повышает отношение сигнал/ шум всего тракта передачи. Предыскажения компенсируются в нагрузочной цепи полярного детектора элементами R3C2 и R4C3. Постоянная времени этих цепей в отечественной системе должна быть равна 50 мкс.

Как видим, отечественная система стереовещания строилась в расчете на применение амплитудных детекторов, и основным доводом в ее пользу была простота стереодекодера Известная схема стереодекодера на одной лампе 6НШ содержала всего полтора десятка элементов ([1], с. 158). Однако с появлением интегральных микросхем сложность схемы перестала быть ограничивающим фактором, и тогда высветились главные недостатки системы: необходимость точного подъема поднесущей именно на 14 дБ и только контуром с добротностью 100 (отклонения параметров ведут к ухудшению разделения каналов), и повышенные искажения огибающей при амплитудном детектировании сигнала. Последний недостаток усугубляется очень низкой поднесущей частотой, фактически всего вдвое превосходящей верхнюю звуковую частоту 15 кГц. Из-за этих искажений от полярного детектирования скоро отказались, перейдя к использованию суммарно-разностных [1] стереодекодеров , называемых также матричными. В них КСС разделяется фильтрами на тональную и надтональную части. Последняя после подъема поднесущей детектируется двух-полупериодным или мостовым детектором, частота пульсаций на выходе которого вдвое выше и легче сглаживается. Проде-тектированный разностный сигнал (А—В) затем складывается и вычитается в резисторной матрице с тональным суммарным сигналом (A+B), образуя на выходе стереодекодера сигналы левого и правого каналов А и В. Разработаны и еще более сложные высококачественные стереодекодеры , например, с временным переключением каналов. Некоторые из них описаны на страницах журнала Радио.

Западная система стереовещания на УКВ возникла на базе разработок фирм Zenith Radio и General Electric (США), послуживших основой американского стандарта. Западноевропейский стандарт отличается очень незначительно. В этой системе также используются непосредственная модуляция передатчика по частоте суммарным сигналом (А+В), что обеспечивает совместимость, и амплитудная модуляция поднесущей разностным сигналом (А—В). Однако сама поднесущая с частотой 38 кГц подавляется полностью, и в КСС входят лишь боковые полосы модулированного сигнала поднесущей , причем без частотных искажений. Амплитудная модуляция поднесущей и ее подавление обеспечивается обычно балансным модулятором.

В стереодекодере приемника предусматривается синхронное детектирование с использованием образцовых колебаний частотой 38 кГц. Для получения или синхронизации этих колебаний в КСС вводится также пилот-тон на половинной частоте поднесущей 19 кГц. Амплитуда его невелика и подбирается так, чтобы можно было модулировать ЧМ сигнал передатчика на 8...10 % от полной девиации +75 кГц. Предыскажения с постоянной времени 75 мкс (50 мкс в Европе) вводятся в звуковые сигналы левого и правого каналов еще до формирования КСС на передающей стороне и компенсируются сглаживающими RC-цепочками на выходе стереодекодера .

Структурная схема формирования КСС с пилот-тоном на передающей стороне показана на рис. 3. Звуковые сигналы каналов А и В через микрофонные усилители A1, A2 и цепи предыскажений Z1, Z2, поднимающие верхние частоты, подаются на суммарно-разностную матрицу U1, на выходе которой образуются суммарный (A+B) и разностный (А—В) сигналы. Последний поступает на балансный модулятор U3, где модулирует напряжение поднесущей 38 кГц, поступающее от кварцевого генератора пилот-тона G1 (19 кГц) через удвоитель частоты U4. КСС образуется на выходе сумматора U5, на который подаются три сигнала: суммарный А +B (через линию задержки U 2, компенсирующую задержку сигнала в балансном модуляторе), сигнал боковых полос А—В (с модулятора U3) и пилот-тон 19 кГц (с генератора G1). Сформированный КСС поступает на частотный модулятор радиовещательного передатчика.

Спектр КСС показан на рис. 4, причем шкала по вертикали взята в процентах от максимальной девиации частоты передатчика. Полная ширина спектра КСС при диапазоне звуковых частот 30 Гц... 15 кГц — 53 кГц, т. е. шире, чем в отечественной системе (46,25 кГц), что, впрочем, компенсируется и большей девиацией частоты передатчика, принятой в стандарте FCC равной 15 кГц. Отношение сигнал/шум на выходе приемника при этом должно быть даже лучше, чем в отечественной системе.