Покровский / УМК ОРЭ ч.1(для студентов) / Радиоэлектроника(часть1) / Ответы(часть1)№20

Полярная модуляция - 1 -

Полярная модуляция в стереофонии

В радиовещании и различных устройствах звукового сопровождения (например, в видеоконференцсвязи и т. п.) в последние годы наряду с монофоническими (от греч. monos — один, единственный) все чаще используются стереофонические (от греч. stereos — объемный, пространственный) системы. Стереофоническое воспро­изведение звука предусматривает раздельное формирование и передачу колебаний как минимум от двух микрофонов — левого и правого. По существу стереофониче­ское вещание дает представление о пространственном местонахождении источника звука и его перемещениях.

Субъективное качество восприятия стереофонической программы значительно выше, чем традиционной монофонической. Достаточно хороший стереоэффект по­лучается при двухканальной передаче звука. В принципе стереофонический радио­канал можно получить, объединив два монофонических канала, по одному из кото­рых передается сигнал l(t) от левого источника звука, а по другому сигнал r(t) от правого источника. Однако при этом не достигается совместимость стереофониче­ской системы радиовещания с монофоническими приемниками, которые будут на­ходиться в эксплуатации еще сравнительно долгое время.

Совместимое с монофоническим стереофоническое радиовещание соз­дают, используя принципиально новый вид модуляции радиосигналов, назы­ваемый полярной модуляцией. Типич­ная осциллограмма сигнала с полярной модуляцией представлена на рис. 2.3S. Как видно из осциллограммы, формы верхней и нижней огибающих здесь неодинаковы. Огибающая положи­тельных полуволн данного сигнала несет информацию левого, а огибаю­щая отрицательных полуволн — пра­вого канала стереопрограммы.

Для формирования такого сигнала используют суммарно-разностный метод. Действительно, нужное свойство будет реализовано, если скомбини­ровать колебания l(t) и r(t) следующим образом:

где U_п и ω_п — амплитуда и частота некоторого высокочастотного (поднесущего) коле­бания; М — коэффициент амплитудной модуляции, для простоты считающийся оди­наковым в обоих каналах.

Полярномодулированный радиосигнал формируется следующим образом. В стереофонической системе сигналы звука правого r(t) и левого l(t) каналов преобра­зуются в суммарно-разностном преобразователе в суммарные l(t) + r(t) и разност­ные l(t) − r(t) колебания. Разностный сигнал l(t) − r(t) модулирует по амплитуде поднесущее колебание. Сумма модулированной поднесущей и сигнала l(t) + r(t) образует полярномодулированное колебание. Легко проверить, что если cos(ω_пt) = 1, то u_пм(t) = U_п[1 + Ml(t)], т. е. верхняя огибающая полярно-модулированного ко­лебания действительно отражает сигнал l(t) левого канала. Если же cos(ω_пt) = −1, то напряжение u_пм(t) = U_п[1 − Mr(t)]; значит, нижняя огибающая соответствует правому каналу r(t). В отсутствие перемодуляции огибающие имеют разные знаки и могут быть без труда разделены в приемнике.

Использование поднесущей частоты. Непосредственно сигналы с полярной модуляцией нельзя применять при радиопередаче, поскольку они содержат низ­кочастотную (звуковую) составляющую, по амплитуде пропорциональную по­лусумме колебаний левого и правого каналов. Поэтому переходят к двухступен­чатому процессу. Вначале формируют сигнал с полярной модуляцией, выбрав в качестве частоты ω_п так называемую поднесущую частоту, лежащую значи­тельно выше верхней границы передаваемого звукового диапазона. Потом про­водят обычную частотную модуляцию основного несущего колебания, час­тота которого соответствует метровому или дециметровому диапазону волн. В качестве модулирующего колебания используют полярно-модулированный сигнал, полученный на первом этапе.

При детектировании такого колебания в обычном монофоническом приемнике полуразностный сигнал не воспроизводится, поскольку его спектр расположен в окрестности поднесущей частоты; т. е. за пределом звукового диапазона частот. Полусуммарный сигнал поступает на выход приемника и обеспечивает вполне приемлемое качество прослушивания. Таким образом, требования совместимости систем вещания оказываются выполненными.

Стандарт стереофонического радиовещания России и зарубежных стран отличаются друг от друга. Принятый у нас стандарт устанавливает частоту поднесущего колебания равной 31,25 кГц. Для эффективного использования радиоканала в передатчике поднесущее колебание ослабляют по амплитуде в 5 раз, а в приемнике за счет специальных схемных решений восстанавливают этот сигнал до исходного уровня. Такая мера связана с тем, что по стандарту девиация частоты не может превышать 50 кГц. Если чрезмерно использовать этот ресурс для передачи вспомогательного поднесущего колебания, то воз­можно ухудшение качества воспроизведения звуковых колебаний, и, прежде всего, снижение их громкости.

Американский и западноевропейский стандарты решают эту задачу не­сколько по другому. Частота поднесущего колебания выбирается здесь равной 38 кГц. Это колебание подавляется в передатчике полностью, а вместо него в состав модулирующего сигнала вводят так называемый пилот-тон (англ. pilot tone) на частоте 19 кГц. В приемнике частота пилот-тона удваивается, и за счет этого происходит восстановление поднесущего колебания.

Литературный источник: [1] страницы 122-124.