А. Система с полярной модуляцией

Идея полярной модуляции (ПМ) впервые описана А.И. Косцовым в 1939 г. (рис. 5.5).

Рис. 5.5. Полярно-модулированное колебание (а), его спектр (в), а также схема полярного детектора (б)

Положительные полупериоды ВЧ колебания мо­дулированы по амплитуде одним сигналом стереопары, а отрицатель­ные полупериоды — другим. Такое полярно-модулированное колеба­ние (ПМК) несет информацию о двух раздельных сигналах стереопа­ры, каждый из которых можно снова выделить полярным детектором (рис. 5.5,б). Полярно-модулированное колебание описывается урав­нением

u _ПМК(t)=[ u _л(t)+ u _п(t)]/2+{ U ₀ + [ u _л(t)– u _п(t)]/2}sin ω ₀ t, (5.1)

где U ₀ – амплитуда несущей ПМК;

u _л(t)= b _лsin Ω _л t; u _п(t)= b _пsin Ω _п t (5.2)

тональные модулирующие колебания (левый и правый сигналы сте­реопары); b _л, b _п и Ω _л, Ω _п —соответственно амплитуды и частоты этих колебаний, модулирующих положительные и отрицательные полупери­оды несущего колебания U ₀sin ω ₀ t. Нетрудно видеть, что ПМК состо­ит из двух составляющих (частей): низкочастотной, представляющей собой сумму колебаний u _л(t)+ u _п(t) и надтональной части, которая представляет собой несущее колебание U ₀sin ω ₀ t, модулированное по амплитуде разностью сигналов u _л(t)– u _п(t). Выражение (5.1) мож­но записать несколько иначе:

u _ПМК(t) = U ₀ + (5.3)

Вследствие того, что спектр ПМК (рис. 5.5,в) содержит ЗЧ, этот сиг­нал невозможно непосредственно излучить в эфир радиопередающей станцией.

В отечественной системе стереофонического радиовещания несу­щая передатчика (рис. 5.6,а) модулируется по частоте так называе­мым комплексным стереофоническим сигналом (КСС), спектр которого (рис. 5.7,б) отличается от спектра ПМК (рис. 5.7,а) частичным по­давлением поднесущей частоты.

Рис. 5.6. Упрощенная структурная схема трактов передачи (а) и при­ема (б) стереофонического сигнала в системе с полярной модуляцией

Для повышения помехозащищенности сигналов Л и П в области верхних частот, где уровень спектральных составляющих звукового сигнала существенно меньше, чем на средних частотах, введена RC-цепь частотных предыскажений сигналов Л и П стереопары (рис. 5.7,е), ее постоянная времени нормализована и со­ставляет τ = 50мкс. Спектр КСС с учетом действия RC-цепи частот­ных предыскажений изображен на (рис. 5.7,д), где Л и П — левый и правый сигналы стереопары после прохождения цепи предыскажений. Собственно стереокодер (рис. 5.6,а) содержит формирователь ПМК и цепь подавления поднесущей частоты. Последняя подавляется в 5 раз (ε = 5), т.е. на 14 дБ. Характеристики этой цепи (рис. 5.7,г) строго нормированы с той целью, чтобы восстановление поднесущей частоты на приемной стороне не вызывало затруднений.

Рис. 5.7. Спектры ПМК (а) и КСС при выключенной (б) и включенной (д) цепи частотных предыскажений, а также схемы цепи внесения частот­ных предыскажений (в) и подавления поднесущей частоты (г) и их АЧХ

С учетом частичного подавления поднесущей частоты выражение для КСС при тональной модуляции в каналах Л и П имеет вид:

, (5.4)

где m_л и m_п - коэффициенты модуляции положительных и отрица­тельных полупериодов поднесущей в ПМК. Подавление поднесущей f _пн= 31,25 кГц на 14 дБ позволяет уменьшить девиацию частоты пере­датчика, необходимую для ее передачи до 20% максимальной девиации несущей частоты комплексным стереофоническим сигналом (10 кГц из общих 50 кГц девиации частоты несущего колебания), а следователь­но, и полосу частот радиоканала.

В радиоприемном тракте (см. рис. 5.6,б) после прохождения высокочастотного блока ВЧ-ПЧ и частотного детектора ЧД выделенный КСС поступает на стереодекодер СД, в который входят восстановитель поднесущей ВП и детектор ПМК. После детектора ПМК сигналы Л и П проходят RC-цепь компенсации частотных предыскажений, внесенных на стороне передачи. Далее сигналы Л и П усиливаются в УЗЧ и вос­производятся акустической системой. Радиоприемник, имеющий моно­фонический тракт, воспроизводит только низкочастотную часть спектра КСС, которая представляет собой монофонический сигнал М=Л+П. При этом, надтональная часть КСС не детектируется и остается для ра­диослушателя неслышимой.