Система с ПМ

В начале выясним, что из себя представляет полярно модулированное колебание (ПМК).

Идея ПМК впервые описана в 1939 г. ПМК представляет собой поднесущую, модулированную по амплитуде таким образом, что верхняя ее огибающая u_Л(t) представляет собой сигнал левого Л, а нижняя u_П(t) — правого П каналов стереопары.

f_ПН = 31.25 кГц

Такое ПМК несет информацию двух различных сигналов стереопары, каждый из которых можно выделить полярным детектором.

ПМК описывается уравнением вида:

U_ПМК(t)=[U_Л(t)+U_П(t)]/2+{U₀+[U_Л(t)-U_П(t)]/2}Cos(w_ПНt),

где U_Л(t) = b_ЛCos(W_Лt), U_П(t) = b_ПCos(W_Пt) — тональные модулирующие колебания; b_Л, W_Л, b_П, W_П — амплитуды и частоты тональных модулирующих колебаний.

Нетрудно видеть, что ПМК состоит из двух составляющих: низкочастотной, представляющей собой сумму колебаний U_Л(t)+U_П(t), и надзвуковой, которая представляет собой несущее колебание с частотой w_ПН, модулированное по амплитуде разностью сигналов U_Л(t)-U_П(t).

Полярный детектор

Вследствие того, что спектр ПМК содержит звуковые частоты, этот сигнал невозможно непосредственно излучить радиопередающей станцией.

В советской системе СФВ несущая передатчика модулируется по частоте так называемым комплексным стереофоническим сигналом (КСС), спектр которого отличается от спектра ПМК частичным подавлением уровня поднесущей. Для повышения помехозащищенности сигналов Л и П в области верхних частот, где уровень спектральных составляющих существенно меньше, чем на средних частотах введена RC-цепь предыскажения сигналов Л и П стереопары, ее постоянная времени нормализована и составляет t = 50 мкс. Собственно стереомодулятор содержит формирователь ПМК и цепь подавления поднесущей. Характеристики этой цепи строго нормированы: поднесущая подавляется в пять раз (на 14 дБ). Так как максимальный коэффициент модуляции поднесущей (до ее частичного подавления) также строго нормирован и равен 80%, то после подавления поднесущей на ее долю приходится только 20% максимальной девиации частоты несущей комплексного СС, т.е. 10 кГц. Оставшиеся 40 кГц используются для передачи сигналов

U_М(t) = [U_Л(t)+U_П(t)]/2 и U_S(t) = [U_Л(t)-U_П(t)]/2.

Основные параметры систем с ПМ

С учетом требований ГОСТ 18633-80 в системе с ПМ реализуются следующие параметры:

— f_ПН = 31250 Гц;

— Коэффициент частичного подавления f_ПН — 5;

— Постоянная времени цепи частичного подавления f_ПН — 1.01859 мс;

— Постоянная времени цепи предыскажений — 50 мкс;

— Максимальный коэффициент модуляции поднесущей до ее подавления — 80%;

— Максимальная девиация несущей — + 50 кГц;

— Максимальная девиация несущей, вызываемая частичным подавлением поднесущей частоты — + 10 кГц;

— Диапазон воспроизводимых частот — 31.5... 15000 Гц;

— Разделение стререоканалов — 40 дБ;

— Полоса частот, занимаемая передачей в эфире — 165 кГц;

— Минимально допустимая ширина полосы пропускания приемника, кГц — 140;

— Ухудшение шумовых свойств по сравнению с моно-приемом, дБ — 25;

Особенности передачи СФ сигнала

При монофонической передаче передатчик МВ модулируется по частоте звуковым сигналом в полосе частот 30... 15000 Гц. При СФ вещании модуляция производится КСС с полосой 30... 46250 Гц. При этом к АЧХ и ФЧХ модулятора и передатчика предъявляются достаточно жесткие требования, невыполнение которых может привести к росту переходных помех между стереоканалами, а также к возникновению линейных и нелинейных искажений.

В разное время нашли применение два варианта организации стереофонической передачи: с разделенным и общим спектром КСС.

Передача с разделенным спектром производится путем последовательной модуляции несущей частоты передатчика в два приема. В этом случае с модулятора стереосигнала снимаются раздельно тональная и надтональная (над звуковая) части КСС.

Тональная часть КСС непосредственно модулирует возбудитель передатчика. Надтональная часть подается на так называемый “вторичный модулятор”, включенный вслед за возбудителем. Таким образом, путем последовательной модуляции несущая оказывается модулированной обеими частями КСС.

Недостатком этого способа является необходимость непрерывно следить за балансом девиаций частоты от тонально и надтональной частей КСС.

Любые изменения чувствительности в одном из трактов, меняют отношения девиаций несущей от обеих частей КСС, что в итоге приводит к ухудшению разделения стереоканалов.

На первом этапе внедрения СФ вещания использование этого способа было оправдано, т.к. позволяло применять уже имеющиеся возбудители. Этот вариант до сих пор используется на некоторых передатчиках старого типа.

Однако оптимальным следует считать передачу с общим спектром КСС с применением специального широкополосного возбудителя. Во всех современных возбудителях применяется именно этот способ.

Широкополосным должен быть весь тракт передачи СФ сигнала от возбудителя до стереодекодера, т.к. обе части КСС находятся между собой во взаимосвязи и изменение амплитудных и фазовых соотношений между ними приводит к ухудшению разделения междустереоканалами и к росту нелинейных искажений.

Методы и аппаратура формирования КСС

ПМК имеет вид:

U_ПМК(t) = U_М(t)+[U₀+U_S(t)]Cos(w_ПНt)

U_М(t) = [U_Л(t)+U_П(t)]/2

U_S(t) = [U_Л(t)-U_П(t)]/2

Отсюда вытекает наиболее простой способ формирования ПМК: поднесущую 31.25 кГц модулируют по амплитуде разностным сигналом U_Л(t)-U_П(t) и к полученному АМК добавляют суммарный сигнал U_Л(t)+U_П(t). Пропуская это ПМК через цепь подавления несущей (режекторный фильтр – РФ), получают КСС.

Такой метод формирования КСС получил название суммарно-разностного. Он широко использовался в первых разработках отечественных СФ модуляторов (МОД-5 и др.).

Его достоинства: малые нелинейные искажения тональной составляющей спектра КСС, а также более широкие по сравнению с другими методами возможности для реализации точного баланса фаз между тональной и надтональной частями спектра ПМК (и КСС).

Этот метод особенно удобен для использования. В передающей аппаратуре, работающей с разделенным спектром КСС.

В этом случае сигнал U_м подается непосредственно на возбудитель, а поднесущая и продукты ее модуляции сигналом U_S — на второй модулятор передатчика. Такой способ формирования применен, в частности, в первых серийных передатчиках стереофонического вещания “Роса” и “Веста”.

Недостатком суммарно-разностного метода формирования КСС является наличие временной нестабильности соотношения коэффициентов передачи трактов прохождения сигналов U_м и U_S, следствием чего может явиться ухудшение разделения стереоканалов. Поэтому в современных стереомодуляторах используется, как правило, так называемый “временной” метод формирования КСС или, иначе, метод переключения. Он применен в стереомодуляторах типа МОД-6, МОД-13, МОД-16, аппаратуре МАРС, МСТ-1 и др.

При этом методе ПМК получают путем поочередного подключения выхода электронного ключа (ЭК) с частотой поднесущей к выходным клеммам усилителей звуковых сигналов U_Л и U_П .

Если ЭК переключается с частотой поднесущей, а последовательность коммутирующих импульсов имеет форму меандра, то функция передачи ЭК имеет вид:

К_ЭК,Л = 1/2 + F — для верхней огибающей

К_ЭК,П = 1/2 - F — для нижней огибающей,

где F=(2/p)(Cos(w_ПНt) - Cos(3w_ПНt)/3 + Cos(5w_ПНt)/5 -...).

Напряжение на выходе ЭК описывается выражением:

U_ВЫХ = U_ЛК_ЭК.Л + U_ПК_ЭЛП = (U_Л + U_П)/2 + 2(U_Л - U_П)Cos(w_ПНt)/p + D,

где D — высшие гармоники поднесущей и продукты их модуляции сигналом (U_Л - U_П).

Как мы определили ранее:

U_ПМК(t) = U_М(t)+[U₀+U_S(t)]Cos(w_ПНt)

отличается от выражения для ПМК соотношением звуковой и надзвуковой частей, отсутствием в спектре составляющей собственно поднесущей, а также наличием дополнительных высокочастотных составляющих, лежащими за пределами спектра ПМК, все эти различия легко устранимы.

Требуемое соотношение звуковой и подзвуковой частей может быть обеспечено путем подмешивания к выходному сигналу электронного коммутатора части сигнала U_М:

,

либо путем непосредственного подмешивания к сигналам U_Л и U_П части сигналов противоположного канала

, .

Либо изменением в 4/p соотношения между коэффициентами усиления для синфазной и противофазной составляющих сигналов U_Л и U_П в схеме с частотно-независимой перекрестной связью между стереоканалами.

Составляющая с частотой поднесущей может быть образована путем непосредственного подмешивания сигнала задающего кварцевого генератора к выходному напряжению ЭК. Ненужные ВЧ составляющие (D) устраняются при помощи ФНЧ. Полученное таким образом ПМК преобразуется далее в КСС с помощью обычной цепи подавления поднесущей, содержащей высокодобротный резонансный контур.

Описанный алгоритм формирования КСС реализован в стереомодуляторах МОД-6, МОД-12, МОД-13.

w_ПН — генератор поднесущей;

ПП — подавитель поднесущей;

Рег.b — регулятор переходного затухания;

, где t₀ = 50 мкс — цепи предискажений;

ФК — фазовый корректор, для линеризации фазовой характеристики ФНЧ.

Основные ТТХ МОД-6

U_НОМ.ВХ = 0.6 В;

R_ВХ. > 50 кОм;

U_{НОМ.ВЫХ.} = 5 и 0.5 В;

Выходное сопротивление R_ВЫХ < 600 Ом;

f_ПН = 31250 + 0.5 Гц;

К_{ПОДАВ.ПОД.НЕС.} = 14 + 2 дБ;

Максимальный коэффициент модуляции поднесущей частоты сигналами U_Л и U_П, не менее 0.8;

Неравномерность АЧХ в диапазоне 30... 15000 не более 2 дБ;

Нелинейные искажения, % не более, 1;

Переходные затухания, дБ, между каналами Л и П не менее, на частотах, Гц:

25 — 300, 30 — 1000, 25 — 5000, 20 — 10000;

Уровень фона и шума, дБ не более: -60 дБ;

Точность установки частот внутреннего генератора: 10%;

Р_ПОТ. < 200 Вт.

Основные ТТХ МОД-13

Переходное затухание — 300 Гц — 34 дБ; 1000 Гц — 40 дБ; 5000 — 34 дБ; 10000 Гц — 26 дБ;

Неравномерность АЧХ, не более 0.5 — 0.8 дБ;

Коэффициент гармоник КСС, менее 1%;

U_ВХ.НОМ = 0.775 В;

R_ВХ = 600 Ом;

Недостатком описанного выше алгоритма формирования КСС является необходимость поддержания требуемой начальной фазы подмешиваемого сигнала поднесущей и трудность реализации и поддержания в эксплуатации параметров высокодобротного (Q = 100) и высокостабильного контура с резонансной частотой 31,25 кГц (термостабильность).

Эти недостатки устранены в МОД-15,16 и МСТ-1, модуляторе аппаратуры “МАРС”.

U + U_ — напряжения смещения и U_Л и U_П так, что U_ВХ.Л = U₊ + U_Л, U_ВХ.П = U_+U_П.