Текст книги "Посвящение в радиоэлектронику"

Автор книги: Владимир Поляков

сообщить о нарушении

Текущая страница: 12 (всего у книги 26 страниц)

Совершенствование техники передачи и приема радиовещательных программ

Все приходилось начинать с нуля. Массу проблем решали радиоспециалисты. Как передать в эфир концерт? Как разместить исполнителей, микрофоны: Как оборудовать радиовещательную студию? Большую помощь оказала в этих вопросах уже достаточно развитая техника граммофонной записи. А с каким восторгом принимались радиослушателями первые концертные программы, передачи голосов известных певцов и музыкантов! Непрерывно возрастало качество радиопередач, расширялся частотный диапазон, уменьшались искажения.

Простейший передатчик, в котором контур автогенератора был связан с антенной, уже не устраивал радиоспециалистов. Мощность можно было увеличить, применив более мощные лампы. Но стоило подуть ветру, раскачать провода антенны, и ее параметры, в частности реактивное сопротивление, изменялись. Изменялась и частота настройки контура, а значит, и частота излучаемого сигнала. Это недопустимо. Большая мощность излучения приводила к нагреву деталей контура, из-за их теплового расширения опять «дрейфовала» частота.

От мощных автогенераторов пришлось отказаться. Теперь радиопередатчики делают по-другому. Маломощный задающий генератор тщательно экранирован и в ряде случаев термостатирован. Его слабый сигнал усиливается промежуточными каскадами, их часто называют буферными. Буферные каскады полностью исключают влияние нагрузки (антенны) на работу задающего генератора. Наконец, мощный каскад – усилитель с внешним возбуждением от промежуточных каскадов. Там применяются специальные, очень мощные лампы с воздушным или водяным охлаждением анода. Выходной контур занимает целую комнату – большая катушка, свернутая из медной трубы, конденсатор с большими зазорами между пластинами. Ведь анодное напряжение исчисляется десятками киловольт. Отдельные комнаты занимают модулятор – мощный усилитель звуковых частот – и выпрямители сетевого напряжения, служащие для питания всей радиостанции. Такая структурная схема радиопередатчика используется и по сей день.

Прогресс радиоэлектроники изменил лишь «начинку» квадратиков, показанных на схеме. Задающий генератор, часть промежуточных каскадов и микрофонный усилитель выполняются теперь на транзисторах и микросхемах.

Структурная схема радиовещательного передатчика.

Все чаще задающим генератором служит синтезатор частоты. Что это такое? Замечательное устройство! Основу его составляет высокостабильный кварцевый генератор или даже атомный стандарт частоты. Его сигнал делится и умножается по частоте на произвольное число, которое можно устанавливать, например, с помощью декадных переключателей. В результате из одной фиксированной стабильной частоты можно получить целую сетку частот с шагом, скажем. 1 кГц или 10 Гц. На одной из частот сетки и работает радиовещательная станция.

Когда мощность радиостанций достигла сотен киловатт (например, радиостанция им. Коминтерна имела мощность 500 кВт), оказалось нецелесообразным получать всю эту мощность от одного каскада. Делают несколько оконечных блоков, каждый, скажем, по 100 кВт. Все блоки возбуждаются в одной и той же фазе от одного задающего генератора. Выходные сигналы блоков складываются в одной общей нагрузке – антенне. При этом в точке питания антенны концентрируется очень большая мощность. Чтобы избежать перенапряжений и сверхтоков, используют проволочные антенны с несколькими снижениями. Каждый мощный блок питает антенну через собственное снижение. Такая конструкция антенны характерна для диапазона длинных волн. Антенны мачты диапазонов длинных и средних волн часто имеют гигантские размеры, достигая в высоту многих десятков метров.

В диапазоне коротких волн советскими специалистами предложен более радикальный способ увеличения излучаемой мощности. Это способ сложения мощностей непосредственно в эфире. Представьте себе несколько передатчиков, каждый со своей антенной, расположенные рядом. Все они возбуждаются одним и тем же задающим генератором и модулируются одной и той же звуковой программой. Фазы возбуждения передатчиков подбирают так, чтобы в желаемом направлении их колебания, излученные антеннами, складывались. Способ сложения мощностей в эфире не только позволяет избавиться от перенапряжений в антеннах, но и существенно увеличивает направленность излучения. Например, если вещание ведется на Дальний Восток, антенны регулируют так, чтобы получать узконаправленный луч только в ту сторону, на восток, и никуда больше. К сожалению, этот способ неприменим в диапазонах длинных и средних воли, где используются ненаправленные антенны.

Принцип построения мощных длинноволновых передатчиков.

Сложение излучаемых мощностей в эфире.

Но и в этих диапазонах все шире используется так называемое синхронное радиовещание. Поясним подробнее, что это такое. На заре радиотехники увеличение радиуса действия радиостанции достигалось лишь одним способом – увеличением ее мощности. Как видим, и радиовещание пережило эпоху гигантомании! Днем на длинных и средних волнах сигнал поступает к приемнику только земной волной – пространственная волна сильно поглощается нижним слоем ионосферы, слоем D. В этих условиях увеличение мощности мало увеличивает радиус действия станции. Он не может превзойти одной-двух тысяч километров. Зато ночью радиус действия резко возрастает благодаря волне, отраженной от ионосферы, и множество сверхмощных передатчиков очень мешают друг другу. А качество приема все равно остается низким, поскольку отраженный сигнал сильно искажается за счет изменчивости ионосферы и интерференции лучей, приходящих к приемнику разными путями. В этих условиях для обеспечения радиовещанием страны или региона выгоднее построить не одну сверхмощную, а сеть маломощных станций, равномерно размещенных на территории. Тогда в любой пункт приходит поверхностная волна от ближайшей станции.

Но как быть, если в данный пункт приходят волны от двух или трех станций? Ничего страшного не случится, если все станции будут передавать одну и ту же программу, а их несущие сигналы будут синхронизированы друг с другом с высокой точностью. На всей территории образуется единое поле волн одинаковой частоты и никаких взаимных помех нет. Для синхронизации сети станций используют сигналы эталонных частот, получаемых от высокостабильных атомных стандартов и излучаемых в эфир специальными радиостанциями. Как мы уже знаем, на европейской территории СССР круглосуточно принимается эталонный сигнал с частотой 66,(6) кГц, излучаемый передатчиком около Москвы, на азиатской территории СССР – 500 кГц, передаваемый из Иркутска. Аналогичные системы имеются и в других странах. На каждой из станций синхронной сети эталонный сигнал принимается, преобразуется по частоте синтезатором и вновь излучается в эфир как несущая уже на рабочей частоте станции. Синхронное радиовещание позволило резко повысить качество приема на длинных и средних волнах.

Сеть синхронного радиовещания.

Посмотрим теперь, как совершенствовалась техника радиоприема. Радиовещательный приемник должен быть массовым, а следовательно, простым, дешевым и легким в производстве. Вот чем объясняются долгая популярность и широкое распространение детекторных приемников. Но желание принимать и дальние станции всегда жило в каждом радиослушателе, а тем более радиолюбителе.

В 20 – 30-е годы был очень популярен одноконтурный двухламповый приемник с регенеративным детектором. Он давал неплохие результаты при относительной простоте конструкции. Дальнейшее совершенствование приемников происходило двумя путями. В приемнике прямого усиления устанавливали несколько радиоламп. Одна, максимум две усиливали высокую (радио) частоту. Затем устанавливали детектор и несколько ламп для усиления низкой (звуковой) частоты.

Приемник прямого усилителя 1-V-1.

Была предложена и специальная система обозначения таких приемников из букв и цифр. Первая цифра означала число каскадов усиления радиочастоты. Вторая буква – тип детектора: V-ламповый, К – кристаллический (полупроводниковый). Третья цифра – число каскадов усиления звуковой частоты. Например, 1-V-2 был достаточно сложным приемником с одним каскадом усилителя радиочастоты (УРЧ) (привыкайте к сокращениям!), ламповым детектором и двумя каскадами усилителя звуковой частоты (УЗЧ). Детекторный приемник в этой системе обозначался как 0-К-0.

Сразу стали очевидны и недостатки приемника прямого усиления. Чем больше каскадов УРЧ, тем, казалось бы, лучше приемник. Но перестраивать одновременно несколько контуров (ведь в каждом каскаде УРЧ минимум по одному контуру), сложно, а параметры контуров изменяются по диапазону, при этом меняется и усиление, и избирательность. Еще хуже обстоит дело в многодиапазонных приемниках, где надо переключать катушки нескольких контуров. Если в диапазонах длинных (ДВ) и средних волн (СВ) с недостатками приемника прямого усиления еще можно мириться, то для диапазона коротких волн построить хороший приемник прямого усиления практически невозможно.

В ламповых приемниках прямого усиления середины 30-х годов применялись радиолампы в больших стеклянных баллонах. Это уже не простейшие триоды. На триоде трудно сделать усилитель радиочастоты, поскольку паразитная обратная связь через емкость сетка-анод приводит к самовозбуждению. Появились экранированные лампы – тетроды с двумя сетками. Вторая сетка служила как бы экраном между управляющей сеткой и анодом; она так и называлась – экранирующей. А чтобы не мешать и даже способствовать движению электронов, на нее подавался положительный потенциал. Но электроны, ускоренные полем экранирующей сетки, бомбардировали анод, вызывая вторичную эмиссию электронов из анода, которым ничего не оставалось, как осесть на экранирующей сетке.

Этот динатронный эффект устранили введением третьей сетки, антидинатронной (защитной), расположенной вблизи анода и имеющей редкие витки. Третья сетка соединялась с катодом. У лампы появился пятый электрод, и она стала называться пентодом. Пентоды имели отличные характеристики и широко использовались вплоть до недавнего времени.

Рядом с лампами установлены контурные катушки в больших цилиндрических алюминиевых экранах и блок конденсаторов переменной емкости, служащий для настройки приемника.

Тетрод и пентод.

Другой путь усовершенствования приемников состоял в использовании супергетеродинной схемы, которую изобрел француз Л. Леви еще в 1917 году, а построил американец Э. Армстронг в 1919 году. Принцип супергетеродинного приема состоит в том, что принятые колебания преобразуются по частоте на фиксированную промежуточную частоту. На ней и происходит основное усиление сигнала. А поскольку промежуточная частота фиксирована, в усилителе промежуточной частоты (УПЧ) можно использовать много контуров, составляя из них полосовые фильтры, дающие необходимую избирательность. Уменьшается и опасность самовозбуждения, поскольку наводки от УПЧ на вход приемника уже не страшны, ведь он и входные цепи настроены на разные частоты.

Для преобразования частоты нужен специальный генератор – гетеродин. Его колебания смешиваются с колебаниями принимаемого сигнала в специальном элементе приемника смесителе. Смеситель вместе с гетеродином образует преобразователь частоты. В наиболее простых и дешевых моделях приемников смеситель и гетеродин часто совмещают и выполняют на одном активном элементе – транзисторе.

В свое время для преобразователей частоты разработали даже специальные многосеточные лампы пентагриды и гептоды. Две разные управляющие сетки в этих лампах служат для подачи на них напряжений сигнала и гетеродина.

Структурная схема супергетеродина показана на рисунке.

Супергетеродин.

Входной сигнал от антенны поступает на преобразователь частоты, где, смешиваясь с сигналом гетеродина, образует промежуточную частоту (ПЧ). Для подавляющего большинства радиовещательных приемников она выбирается равной 465 кГц. Эта частота лежит как раз между диапазонами длинных и средних волн, на ней не работают радиовещательные станции. Например, мы настроили приемник на радиостанцию, работающую на частоте f_c = 873 кГц в диапазоне СВ. Гетеродин при этом возбуждается на частоте f_г = 1338 кГц, а в смесителе преобразование частот происходит по закону f_г – f_c = f_пч (1338 – 873 = 465 кГц). Далее сигнал усиливается УПЧ на частоте 465 кГц и детектируется так же, как и в приемнике прямого усиления.

Несмотря на множество достоинств, супергетеродин имеет и недостатки. У него есть так называемый зеркальный канал приема. В рассмотренном нами примере промежуточную частоту 465 кГц можно получить и еще одним способом: f'_c – f_г = f_пч. Следовательно, мешающая станция, работающая на частоте 1803 кГц, даст ту же самую промежуточную частоту 465 кГц, и отделить ее в УПЧ не будет уже никакой возможности. Перед смесителем обязательно нужен преселектор один или два колебательных контура, настроенных на частоту полезного сигнала и ослабляющих прием по зеркальному каналу. Одноконтурный преселектор дает в диапазоне коротких волн очень небольшое ослабление зеркального канала. В этом можно убедиться, внимательно прослушав диапазон КВ с помощью какого-либо не очень сложного радиовещательного приемника с широким обзорным КВ диапазоном. Одну и ту же станцию можно принять при двух положениях ручки настройки. В одном из них гетеродин настраивается на 465 кГц выше частоты сигнала, а в другом – на 465 кГц ниже. Сравнив громкость приема по основному и зеркальному каналам, удается оценить и избирательность входных цепей (преселектора). Описанный недостаток супергетеродина заставляет применять в профессиональных приемниках двух-трехконтурные входные цепи и очень часто – резонансный усилитель высокой частоты.

Другой недостаток супергетеродина, особенно заметный также у простых приемников, – это интерференционные свисты. Вы, наверное, слышали, как эстрадный артист изображает радиоприемник. Он свистит, воет, хрюкает и снова свистит! Свист в его интермедии преобладает, и это соответствует действительности. Откуда же берутся свисты в радиоприемниках?

Прежде всего давайте уясним себе, что любой свист возникает при биениях двух близких по частоте синусоидальных колебаний. Огибающая суммарного сигнала изменяется с разностной частотой (вспомните автодинный прием), и, если этот сигнал попадет на детектор, выделится сигнал звуковой частоты. Иногда даже и детектора не надо – любой усилитель имеет не совсем линейную характеристику и в какой-то мере обязательно детектируют сигнал.

В приемнике прямого усиления свист возникает в единственном случае, когда из эфира приходят два близких по частоте сигнала. Случай достаточно редкий, поскольку все радиостанции работают строго на отведенных им частотах, а любые случаи «радиохулиганства» в эфире пресекаются соответствующими службами всех стран. В супергетеродинном приемнике есть собственный источник помех – гетеродин. Если его частота окажется близкой к частоте какой-либо мощной радиостанции, может появиться свист. Другой возможный случай: мы принимаем какую-либо радиостанцию по основному каналу приема, а на частоте зеркального канала работает другая, мощная, сигнал которой хотя и слабо, но все же проникает через входные цепи. В результате образуется два сигнала промежуточной частоты – один полезный, другой – мешающий. Естественно, что между этими сигналами возникают биения – опять-таки интерференционный свист. Более того, преобразование частоты возможно не только на основной частоте, но и на гармониках гетеродина в соответствии с формулой ±f_c ± mf_г = f_пч, где m любое целое число. Если сигналы помех на входе приемника достаточно сильны, то в преобразователе частоты могут возникать и гармоники частоты сигнала. Чтобы учесть и этот эффект, формулу для определения частот побочных каналов приема придется еще более усложнить: ±nf_c ± mf_г = f_пч, где n и m – любые целые числа.

Интерференционные свисты в радиоприемнике.

Что же делать, чтобы избежать подобных недостатков? Правильно проектировать приемник! Важен выбор режима преобразовательного каскада, обеспечивающий его линейность, важна высокая избирательность входного контура, важен рациональный монтаж приемника. Факторов очень много. Поэтому и качество работы двух приемников, собранных по похожим схемам, может оказаться совершенно разным. Вращаешь ручку настройки одного и часто слышишь свисты: «И…и…у…у, у…у…и…и». Вовсе не значит, что они приходят из эфира. Свисты возникают в самом приемнике! У одного эфир кажется забитым станциями, но это впечатление обманчиво, просто у этого приемника много побочных каналов приема. Обратите внимание: хотя станций и много, передачу большинства из них не то что слушать – разобрать трудно. Хороший приемник мало свистит, станции принимаются чисто, а между станциями есть «чистые» промежутки. Возьмите любой транзисторный приемник, послушайте его работу. Потом присоедините к нему большую внешнюю антенну и снова пройдитесь по диапазонам. Заметили, насколько возрос уровень помех? Благодаря возросшему уровню всех сигналов стали заметнее побочные каналы приема.

Вывод читателю, видимо, уже ясен. Не всегда важна высокая чувствительность, важнее качество работы приемника, его помехоустойчивость. Увлекаться большими антеннами тоже чаще вceгo бесполезно – каждому приемнику лучше всего подходит своя антенна, а какой длины, на этот вопрос лучше всего ответить, подбирая длину антенны экспериментально.

Долгое время самым распространенным был пятиламповый супергетеродинный приемник, разработанный в конце 30-х годов. Основная его модификация содержала следующие каскады: преобразователь частоты с совмещенным гетеродином, выполненный на многосеточной лампе, усилитель ПЧ на пентоде, диодный детектор и двухламповый УЗЧ, причем первая лампа служила усилителем напряжения, а вторая – мощности.

С наступлением эры полупроводников ламповые приемники – мастодонты отошли в прошлое. Основным типом стал легкий портативный транзисторный приемник. Он содержит, как правило, преобразователь частоты с отдельным гетеродином, иногда один каскад усиления радиочастоты, два-три каскада усиления промежуточной частоты, детектор и два-три каскада усиления звуковой частоты. Число моделей транзисторных приемников огромно. Здесь и завоевавшие широкое признание «ВЭФ», «Спидола», «Океан», и более простые «Селга», «Альпинист», и многие-многие другие. Не будет ошибкой сказать, что портативный транзисторный радиоприемник стал нашим спутником в туристических походах.

Современное состояние радиовещания…

В мире огромное количество радиостанций. Как же они не мешают друг другу? Это вопрос вопросов, и решается он многие годы. Сейчас в диапазонах длинных и средних волн введена жесткая сетка для радиовещательных станций. Частотный интервал между несущими выбран равным 9 кГц в Европе и 10 кГц в Америке и Японии. Последние от нас настолько далеко, что слушать их передачи в упомянутых диапазонах нам практически невозможно. Поэтому остановимся подробнее на европейском распределении частот. Все частоты станций на средних волнах кратны частоте 9 кГц, т. е. являются ее гармониками. Убедитесь сами: радиостанции Всесоюзной программы «Маяк» работают на частоте 549 кГц – это 61-я гармоника частоты 9 кГц, другие московские станции – на частотах 846, 873 и 918 кГц – это 94, 97 и 102-я гармоники, Киев – 783 кГц – 87-я гармоника, Ленинград – 801 кГц – 89-я гармоника, Рига – 1350 кГц – 150-я гармоника. Ну и так далее. На длинных волнах сетка частот – 9m, где m – целое число, введена пока только частично, и некоторые радиостанции излучают на частотах старой сетки, их можно найти по формуле 9m + 2 кГц.

При принятом частотном распределении в диапазоне ДВ (150…408 кГц) получается 28 каналов, а в диапазоне СВ (525…1605 кГц) – 120 каналов. Но в европейском регионе радиостанций гораздо больше! Следовательно, на одной и той же частоте должны работать несколько станций. Это также учитывают при распределении частот. И совмещенные каналы отводят станциям, достаточно удаленным друг от друга территориально. В дневное время взаимных помех между ДВ и СВ станциями не возникает вообще, поскольку, как вы, вероятно, помните, пространственная волна поглощается слоем D ионосферы, а поверхностная волна распространяется лишь на ограниченное расстояние. Ну а ночью не удивляйтесь, услышав на какой-либо частоте одновременно две-три радиостанции. Взаимные помехи ночью резко возрастают, и с хорошим качеством слушать передачи удаленных станций удастся нечасто.

В диапазоне КВ также ведутся радиовещательные передачи, и для них выделены специальные участки диапазона: 75 м – 3.95…4.00 МГц; 49 м – 5.95…6,2 МГц; 41 м – 7,16…7,3 МГц; 31 м – 9,5…9,775 МГц; 25 м -11,7…11,975 МГц.

Эти участки установлены отечественным стандартом. На коротких волнах прием ведется, как правило, пространственной волной и хорошего качества воспроизведения музыкальных программ добиться очень трудно из-за замираний сигнала. Сетка частот на КВ установлена с интервалом всего 5 кГц во всем мире, и взаимные помехи между станциями, работающими в совмещенных каналах, могут оказаться очень сильными. Станции, работающие в соседних каналах, также создают чрезвычайно сильные помехи.

Огромное количество радиостанций чрезвычайно затрудняет высококачественное радиовещание в АМ диапазонах. Тесное размещение их частот приводит к тому, что спектры боковых полос перекрываются. Вы, конечно, помните, как выглядит спектр излучаемых радиостанцией частот при амплитудной модуляции. Несущая станции имеет частоту f₀. Верхняя боковая полоса простирается до частоты f₀ + F_в, а нижняя – до f₀ + F_в, где F_в– наивысшая звуковая модулирующая частота. Отечественные радиостанции передают спектр звуковых модулирующих частот до F_в = 10 кГц. Поэтому даже при сетке частот станций с интервалом 9 кГц их боковые полосы сильно перекрываются. Если две соседние по частоте станции создают у приемника примерно одинаковую напряженность поля, то принимать их без взаимных помех невозможно. Только в случае, когда сигнал одной из станций намного сильнее, принимать ее можно с малыми помехами. В результате в диапазонах ДВ и СВ «чисто» принимаются лишь местные радиовещательные станции, да и то преимущественно днем, когда дальнее прохождение отсутствует. На коротких волнах ситуация еще хуже.

Спектр сигнала радиовещательной станции при AM.

Проблема помех в какой-то мере решается при сужении полосы пропускания приемника до 4.6 кГц. Низкочастотные составляющие звукового спектра имеют большую амплитуду, чем высокочастотные, что отображено на рисунках условными треугольниками. Поэтому «вырезая» приемником несущую и прилегающую к ней часть спектра боковых полос, мы существенно уменьшаем помехи. Часто имеет смысл настроить приемник не по центру спектра желаемой станции, а чуть-чуть сбоку, со стороны наиболее «чистой» от помех боковой полосы. Это и расширит спектр воспроизводимых боковых полос, и уменьшит помехи. Недостаток узкой полосы пропускания приемника очевиден – мы теряем верхние частоты звукового спектра и тем самым ухудшаем качество приема.

При существующем распределении частот спектры двух соседних по частоте радиостанций с AM перекрываются.

Другие возможности улучшения качества радиовещания в диапазонах ДВ, СВ и КВ состоят в коренной его перестройке. Как мы с вами видели, амплитудная модуляция была предложена на заре радиотехники как самое простое и очевидное решение. Теперь мы много знаем, создали теорию информации, можем сравнивать различные системы передачи по эффективности, помехоустойчивости и другим параметрам. И что же оказалось? Амплитудная модуляция – это самый неэффективный и, я бы сказал даже, расточительный вид модуляции! Подтвердим сказанное простым расчетом. Коэффициент модуляции при реальной речевой или музыкальной передаче в среднем не превосходит m = 0,3, или 30 %. Это необходимо для того, чтобы на пиках сигнала (при наиболее громких звуках) не возникало перемодуляции, приводящей к искажениям. Амплитуда каждой из боковых полос составляет m/2, или 0,15 амплитуды несущей, а мощность равна 0,0225 мощности несущей. Это означает, что только 5 % мощности излучаемого AM сигнала несут полезную информацию, содержащуюся в двух его боковых полосах. Остальные 95 % мощности приходятся на несущую, которая никакой информации не несет. Получается парадокс: мы строим мегаваттные радиостанции, а их мощность бесполезно теряется в пространстве.

Разумеется, несущая нужна для работы детектора в приемнике, но не слишком ли дорого и расточительно передавать ее через эфир? Ведь несущую можно генерировать и в самом приемнике с помощью маломощного гетеродина. И мы возвращаемся к идее синхронного приема, выдвинутой еще в 20-х годах.

… и перспективы его развития

Синхронный прием не внедрен до сих пор. Хотя были и замечательные исследователи и замечательные разработки. Наш талантливый ученый К. Г. Момот с группой сотрудников занимался этим вопросом еще в 30-е годы. Его книга «Проблемы и техника синхронного приема» не потеряла актуальности и в наши дни.

Любопытна судьба этой книги. Подписанная к выпуску в 1941 году рукопись осталась в блокадном Ленинграде, и все ее экземпляры считались погибшими. Случайно сохранившийся сигнальный экземпляр был обнаружен лишь после войны. Книгу издали в 1961 году без всяких изменений, и сейчас она снова стала библиографической редкостью. А проблемы «упорядочения эфира», перехода на передачу с одной боковой полосой, поставленные в ней существуют и сегодня.

Распределение частот и расположение спектров при однополосном радиовещании с независимыми боковыми полосами.

Международный консультативный Комитет по радио в Женеве принял рекомендации о внедрении однополосного радиовещания.

Что же это такое? Станции будут излучать не весь спектр AM сигнала, а лишь одну боковую полосу. Ведь она содержит всю информацию о передаваемой программе. Причем удобно, размещая спектры станций в эфире, чередовать их нижние и верхние боковые полосы, что позволит вдвое увеличить интервал между несущими.

Собственно, на одной несущей будут работать как бы две станции, передающие различные боковые полосы. Передача таким способом названа передачей с независимыми боковыми полосами и частично подавленной несущей. Для приема понадобится особый приемник, оснащенный встроенным гетеродином несущей и очень эффективными фильтрами, позволяющими «вырезать» из принимаемой массы сигналов лишь одну желаемую боковую полосу. Нелишне заметить, что все описанные технические решения уже давно и очень успешно используются в профессиональной радиосвязи.

Структурная схема супергетеродина для приема сигналов с независимыми боковыми полосами и частично подавленной несущей.

Начиная с 50-х годов проблема обеспечения населения высококачественным радиовещанием решается и другим путем путем – развития сети УКВ станций. Ультракороткие волны не отражаются ионосферой и распространяются лишь в пределах прямой видимости. Следовательно, одна УКВ станция может обслужить территорию района (максимум – области) радиусом, скажем, 50…70 км. Казалось бы, это не очень хорошо. Но УКВ диапазон имеет другое важное преимущество – громадную частотную емкость. Отведенный для радиовещания в СССР диапазон 65,8… 73 МГц мог бы вместить 800 AM каналов с разносом частот в 9 кГц. Но АМ неэффективна и потому на УКВ не используется. Применяют более эффективный вид модуляции – частотную, или ЧМ. При такой модуляции в такт со звуковым сигналом изменяется частота излучаемых колебаний, а амплитуда их остается неизменной. Максимальная девиация (отклонение) частоты установлена равной ±50 кГц. Ширина излучаемого станцией спектра при этом превосходит 100 кГц. Разместить столь широкополосные спектры в диапазонах ДВ, СВ или даже КВ, разумеется, невозможно.

Частотная модуляция имеет много важных преимуществ. Во-первых, спектр модулирующих частот (звуковых) удалось расширить до 15 кГц. Это резко повысило качество приема. Во-вторых, и это особенно важно, при ЧМ происходит как бы обмен ширины спектра сигнала на отношение сигнал-шум, т. е. при детектировании относительно «зашумленного» ЧМ сигнала получается сравнительно «чистый» звуковой сигнал. Помехи естественного (грозовые разряды) и искусственного происхождений, особенно импульсного характера, хорошо подавляются приемником сигналов с ЧМ. Все это, вместе взятое, позволяет получать отношение сигнал-шум на выходе приемника примерно 50…70 дБ, что обеспечивает высококачественное радиовещание.

Частотная модуляция.

Не испугал ли я вас сухими цифрами? На деле это выгладит так: настраиваем приемник на радиостанцию в диапазоне ДВ или СВ. Слышно хорошо, но вместе с передачей прослушивается и шум, а верхних звуковых частот нет (звон колокольчика или тонкий писк просто не воспроизводится). Иное дело в диапазоне УКВ: верхние частоты в воспроизводимом спектре есть, а шума почти не слышно. Слушатели в таких случаях говорят, что передача «идет очень чисто».

Радиовещание на УКВ вполне оправдано в густонаселенных районах. В Москве, например, передачи одной УКВ станции могут одновременно слушать десять миллионов человек!

Следующий шаг в развитии радиовещания – переход к стереофоническим передачам. Согласитесь, что не очень естественно, когда звучание целого оркестра исходит из одной точки – громкоговорителя. Чтобы полностью передать звуковую панораму реальной сцены, необходимо несколько (чем больше, тем лучше) микрофонов, несколько независимых трактов передачи и несколько громкоговорителей. Разумеется, это очень сложно и дорого. Но даже при двух микрофонах и двух громкоговорителях, т. е. при стереофонической системе, получается существенное повышение качества передачи. Такая система и принята сейчас повсеместно. Более сложные системы, например квадрофоническая, распространения не получили, поскольку примерно двукратное усложнение аппаратуры дает лишь небольшой прирост качества звучания по сравнению со стереофонической системой.

Стереофоническое радиовещание.

Итак, при стереофонии надо передавать уже не один, а два звуковых сигнала. В магнитофонах поступают просто: записывают два канала на две разные дорожки магнитной ленты. А как быть в радиовещании? Строить две радиостанции? Дорого, и к тому же при этом не решается проблема совместимости. Имеется масса радиослушателей с монофоническими приемниками. Настроившись на радиостанцию, ведущую стереофонические передачи, они должны слышать суммарный сигнал левого и правого каналов, а вовсе не один из них.