Юный техник, 2012 № 02 - [21]
Нижняя боковая полоса (НБП) также точно отображает спектр звуковых частот, но зеркально отражает верхнюю боковую полосу относительно несущей. По-прежнему боковые полосы исчезают при отсутствии модуляции, и их суммарная мощность и возрастает до половины мощности несущей на пиках модуляции.
Теперь можно с определенностью ответить на вопрос о том, какую полосу частот занимает сигнал радиостанции. В справочниках указывают частоту несущей f>0, расположенной в середине спектра АМ-сигнала, а полная ширина полосы сигнала соответствует удвоенной верхней модулирующей частоте FB. В соответствии с отечественными ГОСТ верхняя модулирующая частота принята равной 10 кГц, следовательно, ширина спектра частот сигнала радиостанции составляет 20 кГц.
AM используют только в диапазонах длинных, средних и коротких волн. На УКВ применяется другой вид — частотная модуляция, или ЧМ. То же в иностранной литературе и в названиях импортных приемников обозначается как FM (Frequency Modulation). При ЧМ в такт со звуковым сигналом изменяется частота излучаемых колебаний, а амплитуда их остается неизменной, как показано на рисунке 4.
Девиация, или максимальное отклонение частоты при модуляции, Af установлена равной 50 кГц стандартом, по которому работают станции нижнего радиовещательного диапазона УКВ-1, и 75 кГц — стандартом CCIR для верхнего диапазона УКВ-2. Полоса модулирующих звуковых частот составляет 30 Гц — 15 кГц.
Использовать ЧМ для радиовещания предложил известный американский радиоинженер, изобретатель и радиолюбитель-коротковолновик Эдвин Армстронг еще в 30-х гг. Опытные передачи на УКВ начались в Нью-Йорке в 1939 г., антенны передатчика были установлены на крыше самого высокого тогда сооружения — небоскреба «Эмпайр Стейт Билдинг». В нашей стране радиовещание на УКВ стало развиваться с 50-х гг. В связи с наплывом импортных приемников, у нас для радиовещания отведен и «западный» диапазон УКВ-2 (88 — 108 МГц).
Спектр сигнала при ЧМ очень широк, его полосу оценивают как 2(Δf + F>B), что составляет 130–180 кГц. При модуляции чистым тоном с частотой F спектр радиосигнала содержит массу боковых частот f>o ± n∙F>B, где n = 1, 2, 3… (рис. 5). При модуляции реальным звуковым сигналом спектр еще сложнее. Такие широкополосные сигналы можно разместить только на УКВ, поскольку на низкочастотных диапазонах просто «не хватит места».
В диапазоне же, например, 88-108 Мгц можно теоретически разместить до 100 каналов ЧМ-вещания. Практически их меньше, и между соседними частотными каналами в одном населенном пункте стараются выдержать интервал не менее 400–500 кГц, учитывая несовершенство приемников.
Давным-давно и радиолюбители, и даже служебные станции использовали AM для связи на КВ! Однако быстро поняли, что AM для связи крайне неэффективна ввиду того, что мощность информационных боковых полос даже на пиках модуляции не превосходит половины мощности несущей. А в среднем коэффициент модуляции m не превосходит 0,3, и тогда мощность боковых полос получается где-то 5 % от мощности несущей. Остальные 95 % мощности тратятся впустую, бесполезно нагревая воздух и землю. Почему же не отказались от AM в радиовещании? По одной простой причине — у населения на руках более 4 миллиардов АМ-радиоприемников, и этих людей нельзя лишить возможности слушать радио. В то же время ЧМ на длинных, средних и коротких волнах использовать нельзя из-за широкого спектра излучаемых частот — станций много, и частотных полос на всех не хватит.
У связистов узкополосная ЧМ получила ограниченное распространение в диапазоне 27 Мгц.
На КВ для речевой связи стала применяться однополосная модуляция ОБП — одна боковая полоса, или SSB — single side band. Это та же AM, но из спектра сигнала исключены несущая и одна из боковых полос, например, нижняя (НБП). Оставшаяся верхняя боковая излучается в эфир. Заметьте, что спектр излучения в точности соответствует спектру звуковых частот, но перенесен на f>0 выше, в область высоких частот.
При приеме подавленную несущую необходимо восстановить, для этого используют местный генератор (гетеродин), работающий точно на той же частоте f>0, на которой должна была бы находиться несущая. Естественно, что гетеродины связного приемника (а их часто несколько для 2…3 последовательных преобразований частоты сигнала) должны иметь очень высокую стабильность частоты и плавность настройки, практически недостижимую в существующих ширпотребовских радиовещательных приемниках.
В то же время преимущества ОБП огромны — энергетический выигрыш только одного передатчика оценивают в 8…10 раз, поскольку он не излучает в паузах речи, а при разговоре перед микрофоном его излучаемая мощность пропорциональна мощности звукового сигнала.
Еще двукратный выигрыш получается при приеме, поскольку полоса пропускания телефонного ОБП-приемника выбирается 2,5…3 кГц, что вдвое уже, чем в АМ-приемнике. Соответственно, вдвое меньше шумов и помех. Так, 100-ваттный ОБП передатчик слышно примерно так же, как двухкиловаттный АМ-передатчик.
Со второй половины прошлого века неоднократно ставился вопрос о переводе всего АМ-радиовещания на ОБП, но «воз и ныне там». Очень много в развитии однополосной связи сделали радиолюбители. Они разработали исключительно простые радиоприемники, позволяющие прослушивать как телеграфные, так и однополосные передачи. Они даже проще АМ-приемников! К описанию такого приемника для начинающих мы и перейдем в следующей части нашего рассказа.
