книги из ГПНТБ / Кубальский Ю.А. Качественные показатели радиовещательного тракта и методы их измерения

котором нелинейные искажения не будут превышать допустимую величину. При подаче на вход данного устройства уровня, выше допустимого, неизбежно возникают значительные нелинейные ис­

кажения.

Однако амплитудная характеристика не даёт возможности

составить точное представление о величине нелинейных иска­ жений. Кроме того, по амплитудной характеристике трудно су­ дить о характере нелинейных искажений, т. е. о том, какие гар­

моники и комбинационные частоты возникают при передаче

через данное устройство, поэтому величину нелинейных искаже­ ний измеряют коэффициентом нелинейности или коэффициентом нелинейных искажений (сокращённо КНИ).

Коэффициент нелинейных искажений определяется как от­ ношение образовавшихся продуктов нелинейности (гармоник и комбинационных частот) к неискажённому сигналу. На прак­ тике гораздо легче измерить отношение продуктов нелинейности

сигнала к величине полного сигнала, т. е. к. суммарному значе­

нию сигнала и продуктов нелинейности. Для удобства измерений коэффициент нелинейных искажений определяется именно та­

ким образом, хотя первое определение более правильное и точ­ ное. Это допущение сделано также по тем соображениям, что в большинстве случаев допустима неточность в ±20%; ибо даже самый опытный ценитель с идеальным слухом с трудом мог бы решить, имеет ли передающая установка коэффициент нелиней­ ных искажений в 10 или 12%.

Исследовать испытуемое устройство наиболее тщательно можно с помощью частотного анализатора. При этом, подавая на вход устройства напряжение одной или нескольких частот,

измеряют на выходе все гармоники, комбинационные тоны, фон, шумы и т. д. Однако такой метод требует много времени и не представляет практического интереса, поэтому нелинейные искажения измеряют с помощью специальных устройств, позво­ ляющих определить их непосредственно по шкале измеритель­ ного прибора. Наибольшее распространение получили приборы для измерения КНИ методом одной частоты.

В этом методе испытательное напряжение, подаваемое на вход измеряемого устройства, представляет собой чистый! тон

звуковой частоты. На выходе испытуемого устройства произво­ дят два измерения. Вначале измеряют уровень низкой частоты, содержащей как основной тон, так и продукты нелинейности.

Затем, включая фильтр, запирающий частоту основного тона,

в процентах. При отсутствии специально градуированных при­

боров измерения КНИ можно произвести с помощью лампового

вольтметра с фильтром, запирающим измерительную час­

тоту.

В этом случае также производятся два измерения напряже­ ния на выходе устройства •— с фильтром и без фильтра. Зна­

выходе при отсутствии фильтра.

Для определения вида искажений, т. е. выяснения характера искажений, удобно в процессе измерений пользоваться катод­

ным осциллографом. С помощью осциллографа можно наблю­ дать форму кривой выходного напряжения и при наличии зна­ чительных искажений выяснить, какие искажения преоблада­

ют — чётные или нечётные гармоники, шум, фон питающей сети и т. д. Для определения вида искажения необходимо подвести испытательное напряжение к горизонтальным пластинам осцил­ лографа, а напряжение после фильтра, т. е. напряжение гармо­ ник, к вертикальной паре пластин.

В большинстве случаев достаточно произвести измерения на нескольких фиксированных частотах, чтобы судить о величине нелинейных искажений в диапазоне передаваемых звуковых

частот. Измерения ДНИ в эксплуатационных условиях часто про­ изводятся на одной фиксированной частоте 400 или 800 гц. Во

многих случаях этого оказывается совершенно достаточно для суждения о качестве радиовещательного тракта, особенно если входящие в тракт звенья не изменялись с момента более тща­

тельных измерений на различных частотах, начиная от самых

одной, а двух или нескольких частот одновременно. Эти методы

в практике измерений радиовещательной аппаратуры у нас не

получили ещё достаточно широкого распространения, хотя дав­ но уже разработаны и часто используются за рубещом. Усло­ вия работы аппаратуры при измерениях методом двух частот более близко приближаются к реальной действительности во

время передачи.

Из известных в настоящее время методов измерений с по­ мощью двух тонов остановимся на методе измерения разност­ ного тона и методе измерения коэффициента интермодуляции.

При использовании методов двух частот измеряемый объект подвергается воздействию двух напряжений различных частот.

При нелинейности на выходе измеряемого объекта наряду с гар-

10

мониками подаваемых двух частот возникают ещё комбина­ ционные тона. Например, если испытательные колебания име­

ют частоты 4000 и 5000 гц, то в результате искажений образует­ ся тон с разностной частотой 1000 гц. Отфильтровывая соответ­ ствующим фильтром это колебание и сравнивая его величину с

величиной основных частот, можно определить коэффициент разностного тона. Этот способ достаточно прост и доступен в условиях эксплуатации радиовещательных трактов.

Другой метод определения нелинейности устройства состоит в измерении коэффициента интермодуляции. При этом измеряе­ мое устройство возбуждают низкой звуковой частотой большой амплитуды и высокой звуковой частотой малой амплитуды. Со­ отношение между амплитудами выбирается равным 4 : 1. Цель этого измерения заключается в том, чтобы испытать измеряемый объект высокой частотой, меняющейся в такт с низкой.

При нелинейной характеристике высокая частота модули­ руется по амплитуде и коэффициент её модуляции является ме­ рилом нелинейных искажений. Он измеряется путём демодуля­ ции и отфильтровывания огибающей кривой с помощью фильтра.

Измерения КНИ описанными тремя методами позволяют до­ статочно полно исследовать любую радиовещательную аппара­ туру. Следует, однако, заметить, что коэффициенты, измерен­ ные различными методами, не могут быть вычислены один из

другого.

Для контроля за техническим состоянием радиовещатель­ ного тракта, как уже указывалось выше, достаточно произво­ дить измерения методом одной частоты, в нескольких точках

частотного диапазона или в одной точке на средних частотах. При необходимости более детального исследования причин неудовлетворительного качества звучания передачи следует все устройства, входящие в тракт, проверить также методом разно­ стного тона, а объекты, имеющие трансформаторы, должны быть

также испытаны методом измерения коэффициента интермодуля­ ции. Во всех случаях необходимо стремиться к малым значениям коэффициентов, характеризующих нелинейные искажения.

ШУМЫ В ТРАКТЕ РАДИОВЕЩАНИЯ

В оценке качества звучания большое значение имеет пока­ затель уровня шума (или паразитная модуляция передатчика). По пути прохождения низкой частоты от микрофона до моду­ лятора передатчика, а также при модуляции и усилении моду­ лированных колебаний к полезному сигналу передачи примеши­

ваются различные шумы и помехи. Источниками шума могут

быть внутренние шумы усилительных радиоламп, сопротивле­ ний, плохая фильтрация в выпрямителях питания, различные наводки, проникающие через индуктивные и ёмкостные связи с другими источниками низкой частоты, и т. д. Независимо от

11-

их происхождения шумы существенно отражаются на качестве

передачи и снижают динамический диапазон.

В наилучших радиовещательных установках отношение уровня шумов к максимальному уровню полезного сигнала — порядка 70 до, т. е. отношение сигнал/шум 3000 : 1. В радиове­ щательных трактах такое отношение сигнал/шум получить очень трудно, поэтому допускается несколько повышенное значение шумов в ущерб качеству звучания.

Развитие системы УКВ ЧМ. вещания, свободного от помех радиоприёму, выдвигает новые повышенные требования к каче­ ству звучания передачи и в первую очередь к снижению уровня шумов в тракте радиовещания.

.Основным источником шумов являются первые ступени уси­

ления микрофонных токов или усилители воспроизведения маг­ нитофонов при передаче звукозаписи.

Уровни полезного сигнала на входе усилителя относительно невелики по сравнению с шумом, создаваемым лампой первой ступени. Следующие ступени усиления, естественно, усиливают

как полезный сигнал, так и шум первой ступени. Таким обра­ зом, становится ясным, что только увеличение полезного сиг­ нала на входе усилителя позволяет выиграть в отношении сиг­ нал/шум. С этим необходимо считаться при измерениях, ибо может случиться, что максимально возможный уровень, разви­ ваемый микрофоном во время передачи, окажется значительно меньше, принятого при измерениях. Поэтому в требованиях на радиовещательный тракт должны указываться условия изме­ рений, определяемые уровнем полезного сигнала на входе из­

меряемого тракта.

Для определения уровня шумов в децибелах используют формулу

B = 201g-^- .

Uс

Так как напряжение сигнала Uc всегда больше напряжения

шума Uш, то величина В — отрицательная.

Мешающее действие шумов зависит также от составляющих его частот. Для правильной оценки мешающего действия шу­ мов недостаточно измерить просто напряжение шума без учёта спектра частот этого напряжения (так называемое интеграль­ ное напряжение шума). Необходимо принять во внимание так­ же неодинаковую чувствительность человеческого уха к различ­

ным частотам, входящим в состав этого напряжения. Чувстви­

тельность уха для разных частот принято сравнивать с прини­ маемой за единицу чувствительностью уха на частоте 800 гц.

Измерения шума с учётом неравномерной чувствительности уха производятся с помощью специальных фильтров и называ­ ются псофометрическими, а приборы, используемые для этой цели, — псофометрами. Использование псофометров при изме-

12

рениях качественных показателей радиовещательного тракта весьма желательно, так как с их помощью может быть сделана

более правильная оценка мешающего действия шумов тракта с точки зрения слушателя. Следует иметь в виду, что типовые псофометры имеют отдельный вход для измерений широкопо­ лосных вещательных каналов, который и должен использовать­ ся при измерениях на трактах радиовещания.

ИЗМЕРЕНИЯ КАЧЕСТВЕННЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ РАДИОВЕЩАТЕЛЬНОГО ТРАКТА

Радиовещательный тракт может быть представлен блоксхемой (рис. 4). Источниками передаваемой программы могут

быть микрофон, установленный в радиостудии, аппаратура вос­

произведения звукозаписи, радиоприёмник или соединительная линия, по которой производится подача низкой частоты от уда­ лённого источника, например из радиовещательной аппаратной

другого города или из трансляционного пункта, расположен­

ного в театре, на стадионе и т. д.

Усилители-^е^ат' Сдяяеш-

. темой

Корректирующий. X

контур Контрольные приборы

Рис. 4. Схема радиовещательного тракта

Измерения качественных показателей радиовещательного тракта должны проводиться как для всего тракта в целом — от источника низкой частоты до антенны передатчика, так и по частям — звеньям тракта. В зависимости от источника про­ граммы (магнитофон, микрофон в студии или линия) техника измерений может быть различной.

При проверке тракта студийного вещания микрофон заме­ няется генератором низкой частоты. В зависимости от характе­ ра передачи звуковое давление перед микрофоном, а следова­ тельно, и напряжение, развиваемое микрофоном на входе мик-

13

рофонного усилителя, может быть различным. Выше было ука­ зано, что измерения необходимо всегда производить при опре­ делённом напряжении на входе микрофонного усилителя. Это напряжение должно соответствовать развиваемому микрофо­

ном при том звуковом давлении, при котором в реальных усло­ виях достигается 100-процентная модуляция передатчика. Со­ гласно Правилам технической эксплуатации средств радиосвя­ зи и радиовещания, напряжение на входе микрофонного уси­ лителя при измерениях качественных, показателей устанавли­ вается равным 1 мв. Такое напряжение развивается на зажимах типового динамического микрофона при звуковом давлении по­ рядка 4 бар, что соответствует громкой игре на рояле или чте­ нию перед микрофоном громким голосом.

При прохождении по тракту напряжение, развиваемое мик­ рофоном, усиливается и ослабляется в зависимости от включён­

ных в тракт усилителей или регуляторов уровня, вносящих за­ тухание. График распределения уровней напряжения звуковой частоты в тракте получил название «диаграммы уровней».

За исходные точки при построении диаграммы уровней при­ нимают уровни напряжения частоты 1000 г^ на входе'и выходе

тракта низкой частоты, соответствующие 100-процентной моду­ ляции передатчика. Радиовещательная аппаратура рассчиты­ вается, исходя из следующих условий, определяющих диаграм­

му уровней. При напряжении на входе микрофонного усилителя (на частоте 1000 гц) 1 мв напряжение на входе линейного уси­ лителя радиовещательной аппаратной должно быть около 0,775— 1 в, а напряжение подачи в линию должно быть достаточным для перекрытия затухания линии с условием получения на кон­ це линии напряжения порядка 0,5—1 в. В типовой радиовеща­ тельной аппаратуре выходное напряжение равно 5,5 в ( + 17^6

на нагрузке 600 ом).

Диаграмму принято строить по уровням в децибелах. Одна­ ко при этом следует учитывать, что отсчёт уровней в децибелах производится от нулевого уровня, величина которого изменяет­

ся в соответствии с сопротивлением нагрузки. Отсчёт в деци­

белах по шкале диаграммы будет верным при условии, что во всех точках тракта, отмеченных на диаграмме, сопротивления нагрузки будут одинаковыми, например 600 ом. В противном случае уровни должны пересчитываться. На рис. 5 представле­

на диаграмма уровней для типовой аппаратуры ТАСО-1.

Снятие диаграммы уровней в эксплуатационных условиях производится при установке регуляторов уровня в заранее опре­ делённые положения, соответствующие условиям работы дан­ ной аппаратуры. Напряжение на выходе аппаратуры при этом должно быть номинальным, достаточным для Ю0-процентной

модуляции.

Проверка диаграммы уровней позволяет определить исправ­ ность аппаратуры и обеспечить измерения качественных пока-

14

зателей радиовещательного тракта всегда в строго определен* пых условиях. Поэтому снятие диаграммы уровней является не­ отъемлемой частью измерений качественных показателей в по­ рядке подготовки к этим измерениям тракта низкой частоты.

Рис. 5. Диаграмма уровня радиовещательного тракта

При измерениях качественных показателей в трактах с дру­ гими источниками программ, например с аппаратурой воспро­ изведения звукозаписи (магнитофон), в подготовку к измере­

ниям входит также и установка номинального усиления в трак­ те, т. е. проверка уровней по диаграмме с учётом данной аппа­ ратуры. В качестве источника измерительного сигнала при этом используется звукозапись тональных частот соответствующего уровня (тест-фильм).

помощью генератора стандартных сигналов (ГСС). При этом напряжение высокой (модулированной) частоты от ГСС (рис. 6)

15

чается эквивалент антенны, схема и данные которого приводят­

не более 30%. Выход приёмника через линейный усилитель под­ ключается к линии. Уровень высокой частоты на антенном вхо­ де приёмника должен устанавливаться примерно одного по­ рядка с получаемым на выходе приёмной антенны при приёме радиостанции (транслируемой).

Измерения всего тракта в целом производятся от входа микрофонного усилителя до антенны передатчика. Измеритель­ ная аппаратура в этом случае находится на радиостанции и связана с выходом в антенну передатчика.

Измерения качественных показателей могут производиться

и по участкам,-а именно, от входа кабельного усилителя до антенны передатчика, т. е. собственно радиостанции, от входа мик­

рофонного усилителя до выхода линейного усилителя радио­

вещательной аппаратной (РВА), от магнитофона, до выхода ли­

ника до выхода линейного усилителя РВА, от входа микрофон­ ного усилителя РВА другого города до антенны радиостанции с участием междугородных линий, усилителей РВА и т. д.

«Сквозные» измерения тракта от первоисточника до антен­ ны радиостанции в условиях эксплуатации производить нет необходимости. Достаточно измерять раздельно: например, от входа линейного усилителя РВА до антенны радиостанции и от входов всех источников программ до выхода линейного усили­ теля РВА. Однако сквозные измерения (от входа микрофонно­

го усилителя до антенны передатчика) совершенно необходи­ мо производить при строительстве новых технических средств радиовещания, а также в случае замены одних звеньев тракта другими после их капитального ремонта и т. д.

Подготовка к измерениям тракта с участием радиостанции включает в себя, помимо установки уровней' низкочастотного тракта по диаграмме, также и проверку режима работы пере­ датчика, т. е. измерения мощности передатчика и установку глубины модуляции в соответствии с подаваемым уровнем зву­ ковой частоты. Режим передатчика при измерениях не должен

отличаться от обычного рабочего режима, поэтому сама подго­

товка к измерениям может сводиться к включению передатчи­

ка и установке его режима по соответствующим приборам:

ТЕХНИКА ИЗМЕРЕНИЙ И ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ

О мощности, излучаемой антенной передатчика, можно су­ дить по измерениям напряжённости поля на определённом рас­ стоянии. С учётом коэффициента полезного действия излучаю-

16

щей системы можно определить и мощность, подводимую к ан­

тенне передатчика. В настоящее время, кроме специальных сложных приборов для измерения напряжённости поля, созда­ ваемого радиостанциями (компараторов), применяются более простые приборы типа ИП-1, устанавливаемые на многих ра­ диостанциях, работающих в диапазоне средних и длинных волн.

цепи. Для этого на некоторых радиостанциях установлены ан­ тенные тепловые амперметры. Для измерения мощности корот­ коволновых передатчиков иногда применяется киловаттметр, ко­ торый учитывает особенности’ распространения коротких волн

по фидерным линиям (прямую и отражённую волны). Однако в большинстве своём все известные методы требуют дополни­ тельных расчётов.

Распространённым методом измерения колебательной мощ­ ности передатчиков, работающих на радиолампах с водяным охлаждением анодов, является тепловой или калориметриче­ ский метод.

Сущность этого метода заключается в следующем. Как из­ вестно, подводимая от источника питания радиостанции элект­ рическая энергия (постоянный ток) расходуется на создание высокочастотных колебаний, излучаемых антенной, а также превращается в тепловую энергию, выделяемую на анодах ра­

диоламп, установленных в мощной (выходной) ступени пере­

датчика. Таким образом, энергия, подводимая от источников

питания, является суммой полезной излучённой энергии и энер­ гии потерь на нагревание анодов, которая сообщается затем воде, охлаждающей аноды радиоламп.

Определив потери на анодах по нагреванию воды, можно определить и колебательную мощность, развиваемую выходной ступенью радиостанции (т. е. мощность, подводимую к антен­ не). Ориентировочное определение колебательной мощности

радиостанции можно произвести, зная коэффициент полезного действия. Подводимая мощность определяется как произведе­ ние показаний анодного амперметра (суммарный ток мощной ступени) и вольтметра анодного напряжения. Колебательная мощность радиостанции с сеточной модуляцией примерно со­ ставляет 30—5—33% от подводимой к мощной ступени. В случае анодной модуляции колебательная мощность при том же режи­ ме вдвое больше, т. е. колебательная мощность составляет

60—65% от подводимой, к мощной ступени.

Измерение глубины модуляции в процессе передачи радио­

вещания или при контрольных измерениях производится спе­ циальными приборами — модулометрами или катодным осцил­ лографом типа ОЭ-7 (рис. 7).

В случае применения осциллографа на одну пару отклоняю­

щих пластин его подаётся напряжение модулированной высо-

кой частоты с выхода радиостанции; на другую — напряжение развёртки. На экране трубки получается изображение модули­

рованного колебания. Если модуляция осуществляется тоном

Рис. 7. Осциллограф типа ОЭ-7

одной частоты, то осциллограмма будет иметь вид, представ­ ленный на рис. 8. При модуляции появляются узлы в месте схождения двух огибающих. Когда модуляция отсутствует, на экране видна развёртка несущей частоты. Коэффициент моду­ ляции определяется из отношения

ются два ламповых вольт­ метра. По одному из них устанавливается уровень «несущей» (этот уровень поддерживается постоянным), а другим измеряют

амплитуду колебаний модулирующей частоты. Шкала прибора

второго лампового вольтметра градуируется от 0 до 100% Для удобства отсчёта коэффициента глубины модуляции при изме-

18