Виды радиовещательных сигналов

Радиоприемные тракты бытовой аудиоаппаратуры служат для приема и обработки радиосигналов в частотных диапазонах длинных (ДВ), средних (СВ), коротких (KB) и ультракоротких (УКВ) волн. Обозначения зарубежных радиовещательных диапазонов соответствуют прямому переводу этих названий:

1. LW (long wave - длинные волны);
2. MW (middle wave - средние волны);
3. SW (short wave - короткие волны).

Их частотные границы в различных странах несколько отличаются друг от друга. В таблице 4.1. приведены параметры, соответствующие российскому стандарту, а также предельные значения частотных границ, упоминаемые в технической документации на радиоприемники зарубежного производства.

Как следует из приведенных данных, основное отличие зарубежных радиоприемников от российских - другие параметры диапазона ультракоротких волн, который имеет частотные границы 87,5-108 МГц и обозначается аббревиатурой FM (frequency modulation - частотная модуляция). В последнее время в этом промежутке начали работать и отечественные радиовещательные станции, что позволяет использовать зарубежные модели радиоприемников диапазона FM в нашей стране. Кроме того, некоторые фирмы-производители аудиотехники, учитывая потребности восточноевропейского и российского рынков, вводят в своих аппаратах так называемый расширенный диапазон FM, охватывающий оба указанных участка частот (УКВ и FM). Часто встречается дополнительное дробление FM диапазона на несколько поддиапазонов, обозначаемых как FM1, FM2, FM3 и т.д.

Таблица 4.1. Частотные границы радиовещательных диапазонов.

Диапазон волн	Диапазон частот, МГц	Длины волн, м
ДВ	0,150-0,408	2000,0-735,3
LW	0,144-0,290	2083,3-1034,5
СВ	0,525-1,605	571,4-186,9
MW	0,522-1,710	574,7-175,4
KB	3,95-12,1	75,9-24,8
SW	3,8-26,1	78,9-11,5
УКВ	65,8-73	4,56-4,11
FM	87,5-108	3,43-2,78

Радиовещание ведется не во всем диапазоне KB (3-30 МГц), а лишь в нескольких относительно узкополосных поддиапазонах по 200-500 кГц в каждом, выбранных из соображений лучшего распространения радиоволн. Границы таких поддиапазонов, названных по округленному значению длины волны в метрах, приведены в таблице 4.2.

Таблица 4.2. Частотные границы коротковолновых поддиапазонов.

Поддиапазон	Диапазон частот, МГц	Длины волн, м
75 м	3,95-5,25	75,9-57,1
49 м	5,95-6,2	50,4-48,4
41 м	7,1-7,3	42,2-41,1
31 м	9,5-9,775	31,6-30,7
25 м	11,7-12,1	25,6-24,8
19 м	15,1-15,45	19,9-19,4
16 м	17,7-17,9	16,9-16,8
13 м 11 м	21,45-21,75 25,6-26,1	14,0-13,8 11,7-11,5

Наличие тех или иных диапазонов рабочих частот определяется назначением и классом сложности радиоприемника. Так, переносные малогабаритные аппараты обычно принимают радиосигналы лишь на длинных и средних волнах. Коротковолновый диапазон в последнее время встречается довольно редко, что связано с невысоким качеством приема в этой области частот. В зарубежных радиоприемниках его вводят обычно в модификациях «Tourist», предназначенных для использования в удаленных от передающих станций местах. Модели высокого класса практически всегда комплектуются трактом приема УКВ или FM. Это связано с тем, что в указанном диапазоне, в отличие от всех предыдущих, ведется стереовещание, благодаря чему в приемнике имеется возможность качественного прослушивания стереофонических программ.

В радиовещании используются два вида сигналов: с амплитудной и частотной модуляциями. Первые применяются в диапазонах длинных, средних и коротких волн, а вторые - в диапазонах УКВ и FM.

Рис. 4.1. Спектр амплитудно-модулированного сигнала.

При амплитудной модуляции (AM) огибающая гармонического несущего колебания является линейной функцией полезного сообщения. Спектр G(f) сигнала AM (рис. 4.1) состоит из несущей f₀ и двух боковых полос (нижней и верхней). Если предположить, что максимальная частота спектра сообщения равна F_B, весь спектр сигнала AM займет на частотной оси диапазон от значения f₀ - F_B до значения f₀ + F_B. Следовательно, ширина ΔF_C этого спектра равна 2 F_B. Полезная информация о передаваемом сообщении содержится только в боковых полосах, поэтому энергетически амплитудная модуляция оказывается не слишком эффективной: затрачивается мощность передатчика на передачу несущей, но информации она не содержит.

При частотной модуляции (ЧМ) отклонение мгновенной частоты несущего колебания f от своего центрального значения f₀ пропорционально передаваемому непрерывному сообщению. Максимальное отклонение частоты от среднего значения f₀ называется девиацией частоты Δf_m. В радиовещании в диапазоне УКВ принята величина девиации, равная 50 кГц.

Если ввести понятие индекса частотной модуляции

_,

то ширина спектра ЧМ сигнала может быть определена по формуле

.

При ψ>5 эта величина определяется в основном девиацией частоты, и в инженерных расчетах радиовещательных приемников часто используется формула

.

Как уже было сказано выше, в диапазонах УКВ и FM передаваемое сообщение несет стереофоническую информацию, то есть в нем содержатся сигналы левого (А) и правого (Б) каналов. Чтобы использовать для передачи стереофонической информации только одну несущую частоту, из сигналов А и Б в результате предварительной обработки формируется комплексный стереосигнал (КСС).

Стандарты стереофонического радиовещания России и зарубежных стран отличаются друг от друга. У нас принята система OIRT с полярной модуляцией. Эта система предполагает формирование на передающей стороне комплексного стереосигнала на частоте поднесущей F_n = 31,25 кГц. При этом поднесущее колебание s_n (t) модулируется по амплитуде сигналами А и Б следующим образом: в соответствии с первым формируется огибающая положительных полуволн, со вторым - огибающая отрицательных полуволн (рис. 4.2).

Рис. 4.2. Комплексный стереосигнал системы

После формирования КСС уровень поднесущей ослабляется на 14 дБ (в 5 раз), что позволяет полнее использовать мощность передатчика и обеспечить совместимость системы стереофонического вещания с монофоническими радиоприемниками. Далее полярно-модулированное колебание с частично подавленной несущей используется в качестве модулирующего колебания для формирования ЧМ сигнала УКВ диапазона. Разумеется, в приемном устройстве из КСС тем или иным способом должны извлекаться сигналы А и Б.

При передаче стереосигнала в диапазоне FM используется другой принцип формирования КСС, называемый системой «пилот-тон» (стандарт CCIR). В этом случае комплексное колебание на передающей стороне образуется как смесь модулированного сигнала поднесущей (38 кГц), в котором содержится информация об аудиосигналах левого и правого каналов и пилот-сигнала с частотой 19 кГц, используемого для синхронизации устройств обработки. Такой суммарный сигнал модулирует несущее колебание по частоте. Естественно, что и устройства обработки стандарта CCIR на приемной стороне отличаются от устройств обработки стандарта OIRT. В связи с этим зарубежные модели аудиотехники, даже обладающие расширенным УКВ диапазоном, часто не способны воспроизводить стереофоническую информацию, передаваемую российскими станциями в частотном интервале 65,8-73 МГц.

Некоторые вещательные радиостанции УКВ и FM диапазонов одновременно с передачей аудиоинформации предоставляют дополнительную цифровую информацию системы RDS (или ARI) в соответствии со стандартом CENELEC EN 50067. Она имеет сервисный характер и может содержать большой объем дополнительных сведений:

• данные о дублирующей частоте радиостанции (AF);
• данные для идентификации (PI)
• информация о типе программы (PTY);
• название радиостанции (PS);
• текущее время (СТ);
• сообщения о трафике, то есть загрузке канала информационных данных (ТА).

Кроме того, специальными сигналами может обеспечиваться режим дополне­ния банка частот радиостанций других вещательных сетей (EON). Сигнал, пере­носящий эти сообщения, формируется на своей поднесу щей частоте 57 кГц и за­тем смешивается с комплексным стереосигналом. Для выделения сигнала RDS в схемах радиоприемников после основного детектора устанавливается соответ­ствующий дополнительный декодер.