ПЕРЕДАТЧИКИ ТЕЛЕВИЗИОННОГО ВЕЩАНИЯ ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ Радиопередающая станция (РПС) телевизионного вещания состоит из радиопередатчиков сигналов изображения и сигналов звукового сопровождения, устройства сложения этих сигналов в общей нагрузке, устройства питания, охлаждения, контрольно-измерительной аппаратуры и т. д. В ТВ передатчиках небольшой мощности и ретрансляторах ВЧ тракт строится для совместного усиления сигналов изображения и звука. Переход к такому способу усиления наблюдается на ТВ станциях и в передатчиках большей мощности. По принятому в нашей стране стандарту телевизионного вещания в передатчиках изображения применяется АМ модуляция несущего колебания полным телевизионным сигналом с частичным подавлением нижней боковой полосы. Передатчик сигналов изображения (ПИ) преобразует полный телевизионный сигнал (сигналы изображения, гашения и синхронизации) в модулированный радиочастотный ТВ сигнал. В передатчиках звукового сопровождения применяется частотная модуляция. Передатчик звукового сопровождения (ПЗ) по своим параметрам, принципам построения, схемам и режимам отличается от передатчиков УКВ ЧМ лишь значением 1 рабочей частоты (номером канала ТВ вещания).
ОСОБЕННОСТИ ТЕЛЕВИЗИОННОГО СИГНАЛА Согласно принятому в РФ стандарту вещательного телевидения кадр изображения содержит 625 строк и состоит из двух полей (полукадров) с чересстрочным чередованием. Номинальная частота кадров 25, а частота полей 50 в секунду. При этом частота строк f. CTP = 25* 625 = 15 625 Гц. Допустимая нестабильность частоты строк не должна превышать ± 0, 016 Гц ( f/f<10– 6). Для передачи изображения с максимальной четкостью необходимо передавать спектр частот сигнала изображения с высшей частотой FB 6, 5 МГц*. В ряде стран существуют другие системы ТВ вещания с числом строк 405; 525; 819; 1225, как с негативной, так и с позитивной модуляцией, в которых спектр частот сигнала изображения занимает полосу, отличающуюся от 6, 5 МГц. Сигнал изображения позитивен (уровень сигнала пропорционален освещенности) и однополярен. Его среднее значение зависит от средней освещенности передаваемого кадра изображения и может медленно изменяться во времени. Спектр сигнала изображения имеет частоты от 0 до 5 Гц и далее от 50 Гц до 6, 5 МГц, т. е. от постоянного тока до середины диапазона декаметровых волн. Радиосигнал изображения образуется с помощью амплитудной модуляции несущей канала изображения полным телевизионным сигналом. Максимум мощности радиосигнала соответствует синхроимпульсу (СИ), а минимум — уровню белого. *) t. СТР=1/ f. CTP =1/25*625=64 мкс, t. ЭЛ=t. СТР/ (4/3)*625, FB=1/2 t. ЭЛ =0, 5*(4/3)*625*25*625 6, 5 МГц 2
Модуляция оказывается негативной (рис. ). Это обеспечивает более устойчивую синхронизацию и меньшую заметность импульсных помех приеме. В модулированном колебании должны быть строго фиксированы пиковый уровень (уровень синхроимпульсов), уровень гасящих импульсов, который должен составлять (75± 2, 5)% от пикового значения и одновременно должен быть выше уровня черного на (0. . . 4, 5)%, и уровень белого, который должен составлять (12, 5. . . 2, 5)% пикового. При этом интервал изменения сигнала изображения от белого до черного занимает только 55. . . 67 % амплитудной характеристики передатчика. Сигнал изображения имеет резко выраженный ступенчато-импульсный характер, так как предметы на передаваемых изображениях имеют резкие границы. Перепады уровней от белого до черного могут происходить за время tmin=0, 05. . . 0, 07 мкс, соответствующее передаче одного элемента строки. Для экономии полосы частот, занимаемой каналом, в спектре AM сигнала подавляется часть нижней боковой. Это позволяет сократить полосу частот ТВ вещания до 8 МГц на канал. 3
Однако несимметрия спектра означает появление наряду с AM сопутствующей фазовой модуляции (СФМ) для видеочастот выше 0, 75 МГц , в том числе и на частотах цветовых поднесущих. Как и передатчиках с ОБП, СФМ является полезной, сокращая спектр передаваемого сигнала. Однако в отличие от ОБП предъявляются жесткие требования не только к АЧХ, но и к ФЧХ результирующего тракта передатчик — приемник. При принятой в нашей стране в совместимой системе цветного телевидения СЕКАМ передается черно-белое изображение EY=0, 59 EG+0, 30 ER+0, 11 ЕВ, образуемое тремя цветовыми составляющими: зеленым EG, красным ER и синим ЕВ. Соответствующие коэффициенты корректируют особенности восприятия разных цветов человеческим глазом. При этом черно-белому изображению соответствует равенство EG=ER=ЕВ. В частных случаях EG=ER=ЕВ = 0 и EG=ER=ЕВ=1 – соответственно черное и белое изображение. Информация о цвете (сигналы цвета) в системе СЕКАМ** передается путем частотной модуляции на двух поднесущих. В красной строке на поднесущей частоте 4, 40625 МГц передается ЧМ сигнал, пропорциональный разности сигналов ER–EY, а в следующей, синей на поднесущей частоте 4, 25000 МГц передается сигнал ЕВ–EY, т. е. спектры цветоразностных сигналов 4 размещаются в верхней части спектра сигнала изображения (см. рис. )
Общая АЧХ телевизионной РПС (передатчиков сигналов изображения и звукового сопровождения) При передаче цветного изображения на огибающую яркостного черно-белого сигнала дополнительно накладываются цветовые поднесущие, модулированные по частоте разностными сигналами цвета. Отклонение частоты (девиация) от 4, 40625 или 4, 25000 МГц зависит от значения цветоразностного сигнала (цвета). Кроме того, амплитуды получаемых ЧМ колебаний также зависят от разностного сигнала ER–EY или EB–EY (интенсивность). Таким образом, передача цвета осуществляется сложным сигналом амплитудночастотной телеграфии с девиацией, зависящей от мгновенного значения цветоразностных сигналов. 5
В качестве примера на рис. изображена огибающая радиосигнала при передаче цветных вертикальных полос и указаны значения частоты и амплитуды цветовой поднесущей относительно полного размаха яркостного сигнала от белого до черного при передаче «красной» строки. Сигнал цветовой синхронизации с f=4, 40625 МГц расположен после синхроимпульса на уровне гасящего импульса строк. При передаче белой, серой и черной полос, т. е. черно-белого изображения, разностный сигнал ER–EY=0 и частота поднесущей остается неизменной: 4, 40625 МГц. При передаче, например, зеленой, красной и синей полос разностный сигнал ER–EY соответственно равен - 0, 59 EG; 0, 3 ER и 0, 11 EB, а частота поднесущей принимает значения 4, 640; 4, 126 и 4, 452 МГц. При передаче цветного изображения огибающая, (результирующий сигнал) Радиосигнал красной строки на выходе передатчика собственно изображения, изображения при передаче цветных полос 6 выходит за уровни гашения и белого.
Звуковое сопровождение телевидения (50. . . 15000 Гц) передается методом ЧМ с девиацией частоты f. ЧМ=± 50 к. Гц. Средняя частота f. ЗВ звукового канала выше частоты несущей изображения f. ИЗ на 6, 5 МГц. Спектр передатчика звукового сопровождения занимает полосу 0, 25 МГц. Полоса, занимаемая телевизионной станцией, составляет около 8 МГц. ТРЕБОВАНИЯ К ПЕРЕДАТЧИКАМ ТЕЛЕВИЗИОННЫХ СТАНЦИЙ В РФ ТВ вещание осуществляется в диапазоне метровых волн в полосах частот: 48, 5. . . 66 МГц (каналы 1, 2); 76. . . 100 МГц (каналы 3– 5); 174. . . 230 МГц (каналы 6– 12), что соответствует диапазонам I, III, а также 470. . . 582 МГц (каналы 21— 34) и 582. . . 958 МГц (каналы 35 — 81), что соответствует диапазонам IV и V (дециметровые волны). Нестабильность несущей частоты канала изображения должна быть не более ± 100 Гц, а разность частот f. ЗВ–f. ИЗ должна выдерживаться с точностью не хуже ±(100. . . 200) Гц. 7
Кварцевая стабилизация раздельно частот f. ИЗ и f. ЗВ в возбудителях ПИ и ПЗ не обеспечивает такой точности. Используют общий высокостабильный опорный генератор, из колебаний которого в отдельном синтезаторе частот формируются частоты f. ИЗ и f. ЗВ. Мощности вещательных передатчиков изображения в режиме синхроимпульсов обычно имеют несколько градаций: 1. . . 2, 3, 4, 5, 10, 20. . . 25, 50 к. Вт, а маломощных передатчиков и ретрансляторов: 1. . . 3, 10. . . 20, 100. . . 200 Вт. Мощности передатчиков сигналов звука соответственно в 10 раз меньше, так как при этом средние значения мощностей передатчиков изображения и звука оказываются примерно одинаковыми. Выходная мощность РПТС указывается в виде дроби, например PИЗ/PЗВ=1/0, 1 к. Вт; 50/5 к. Вт и т. д. 8
В спектре радиосигнала НБП должна содержаться полностью в пределах 0. . . – 0, 75 МГц относительно несущей частоты*. На частотах, отстоящих от несущей на -1, 25 МГц, НБП должна быть ослаблена (по отношению к соответствующей верхней боковой) не менее чем на 20 д. Б, т. е. крутизна ската АЧХ должна быть не менее 40 д. Б/МГц. Кроме того, на частотах –(4, 5. . . 4, 2) МГц, определяемых ЧМ сигналами цветовых поднесущих, должно обеспечиваться дополнительно ослабление не менее чем на 10 д. Б. Ширина ВБП 0. . . 6 МГц, а на частоте 6, 375 МГц она должна быть ослаблена на 20 д. Б, т. е. здесь крутизна ската должна быть еще выше — не менее 53 д. Б/МГц. Таким образом, рабочая полоса частот, занимаемая НБП и ВБП, составляет –(0, 75. . . +6) МГц. *) полное подавление НБП ведет к большой нелинейности ФЧХ, которую сложно компенсировать фазовыми корректорами в ТВ передатчиках и приемниках. 9
В рабочей полосе допускается неравномерность АЧХ +0, 5. . . –(1. . . 3) д. Б относительно нулевого значения на частоте +1, 5 МГц и спад на граничных частотах – 0, 75 и +6 МГц не более – 4 д. Б. Глаз человека весьма чувствителен к различным искажениям телевизионного изображения (повторные контуры, окантовки, «тянучки» и т. п. ), которые вызываются в основном линейными искажениями АЧХ и ФЧХ тракта передачи изображения. Искажения, вызываемые нелинейностью ФЧХ j(w), принято оценивать по групповому времени передачи (ГВП) t. ГР= j/ w). Если ФЧХ j(w) линейна, то t. ГР(w)=const и абсолютная величина задержки сигнала в тракте не вызывает искажений. При отличии зависимости j(w) от линейной t. ГР(w) изменяется в диапазоне частот. Допустимая неравномерность ГВП результирующего тракта «передатчик изображений –телевизионный приемник» в полосе до 4, 5 МГц должна быть не более ± 50 нс, а далее до 5, 5 МГц не более ± 100 нс. Приведенные нормы допустимых искажений АЧХ и ФЧХ (или ГВП) являются жесткими. Они определяют нарушение формы видеосигнала в приемнике и четкость мелких деталей на экране телевизора. Они обеспечивают также высокое качество передачи сигналов цветности. Характеристики j(w) и t. ГР(w) довольно сложно измерять, да и результаты таких измерений неявно характеризуют искажения телевизионных изображений. 10
Практически для оценки линейных искажений пользуются специальными испытательными сигналами (синус-квадратичным импульсом, прямоугольными импульсами различной длительности и др. ), по искажениям формы которых и судят о степени соответствия характеристик передатчика требуемым, и в случае надобности производят регулировки, коррекции и т. п. Искажения плоской вершины прямоугольных импульсов из-за выбросов, колебательных процессов, перекоса и т. д. не должны превышать ±(2. . . 12) %, а длительность фронтов и спадов 0, 125 мкс. Жесткие требования предъявляются к линейности амплитудной характеристики UBЫX(UBX) на участке от уровня белого до черного. В черно-белом телевидении нелинейность UBЫX(UBX) приводит к нарушению градаций яркости, в цветном - к нарушению правильности цветопередачи. Количественно амплитудные нелинейные искажения оценивают дифференциальным коэффициентом передачи, или просто дифференциальным усилением. который не должен превышать 10. . . 12 %. Одновременно предъявляются жесткие требования к линейности амплитудной характеристики на участке от уровня черного до уровня синхроимпульсов, так чтобы выдерживались с высокой точностью уровни черного, белого и гашения относительно пикового (уровня синхроимпульсов). 11
Искажения цветопередачи вызываются также зависимостью фазовых сдвигов j от уровня яркостного сигнала (паразитной фазовой модуляцией) или дифференциальными фазовыми искажениями (дифференциальным фазовым сдвигом). При передаче черно-белого изображения паразитная ФМ вызывает ряд нежелательных эффектов: выбросы и другие искажения формы синхроимпульсов, побочные изображения на экранах телевизоров, а также дополнительные шумы ( «жужжание» ) в звуковом канале приемника (из-за изменения разностной частоты f. ЗВ–f. ИЗ. Паразитная модуляция в области частот цветовых поднесущих вызывает искажения сдвига цветовых тонов. Количественно паразитную фазовую модуляцию оценивают дифференциальным фазовым сдвигом j. Д = j(U)– j 0, где j 0 — опорное значение фазы, например, при амплитуде сигнала на уровне гашения. Паразитная фазовая модуляция на частоте несущей канала изображения должна быть не более ±(4. . . 5)° во всем интервале изменений сигнала по амплитуде от уровня белого до синхроимпульса. Для хорошей цветопередачи необходимо, чтобы j. Д для передатчика изображения не превышал ± 6°, а для результирующего канала передатчика-телеприемника ± 10°. Кроме высокой линейности амплитудной характеристики и малой паразитной ФМ необходимы идентичность коэффициента усиления и фазовой характеристики на частотах передачи сигналов яркости f=f. ИЗ и цветности f=f. ИЗ+4, 3 МГц. Разность коэффициентов усиления на указанных частотах не должна превышать ± 1 д. Б, а расхождение во времени – 50 нc. 12
В передатчиках с совместным усилением сигналов изображения и звукового сопровождения уровень интермодуляционных составляющих не должен превышать – 51 д. Б. Визуально очень заметны помехи от фона переменного тока в виде медленно перемещающихся по кадру широких горизонтальных темных и светлых полос. В передатчиках изображения уровень паразитной модуляции фоном (из-за недостаточной фильтрации выпрямленных напряжений, питания цепей накала переменным током, наводок и т. п. ) не должен превышать -46 д. Б, а уровень собственных шумов (действующее значение на частотах выше 10 к. Гц) – 56 д. Б. В передатчиках звука уровень шума, фона, помех не должен превышать – 46 д. Б. К передатчикам телевизионного вещания предъявляются повышенные требования к стабильности показателей и надежности. ТВ передатчики работают от нескольких до 20 часов в сутки, что позволяет в оставшееся время проводить профилактику, контроль параметров, а в случае необходимости – и ремонтно-восстановительные работы. Требования к надежности таковы [85]: наработка ТВ передатчиков на отказ не менее 1000 ч для передатчиков без резервирования и не менее 2000 ч для передатчиков с резервированием при времени восстановления работоспособности 2. . . 4 ч. 13
СТРУКТУРНЫЕ СХЕМЫ ПЕРЕДАТЧИКОВ ТЕЛЕВИЗИОННЫХ СТАНЦИЙ ВЧ тракты передатчиков изображения и звука диапазонов МВ и ДМВ обычно содержат до четырех и более каскадов усиления мощности. Мощность полностью транзисторных передатчиков 0, 1— 2 к. Вт, а зарубежных — до 25 и даже 50 к. Вт. В передатчиках ДМВ (470. . . 790 МГц) УМ выполняются как на металлокерамических тетродах, так и на пролетных многорезонаторных клистронах. Предварительные каскады могут выполняться полностью на транзисторах. В каскадах на тетродах по схеме с ОС, усиление не превышает 12 д. Б. УМ на клистронах обеспечивают усиление до 40 д. Б, способны заменить три-четыре каскада на тетродах. Стоимость клистронов в 5. . . 10 раз выше, но и срок их службы в 5. . . 10 раз больше, чем у тетродов. Поэтому применение клистрона оказывается экономически выгодным. Надежность работы ВЧ трактов невысока. 50. . . 70 % отказов ТВ передатчиков возникает в каскадах УМ на электровакуумных приборах. Надежность телевизионных РПС как основного средства массовой информации должна быть весьма высокой. Поэтому кроме обычных мер используются системы резервирования передатчиков. Применяют 100 %-ное пассивное резервирование, т. е. устанавливают на РПС рядом с работающими передатчиками (сигнала изображения и звукового сопровождения) резервные, в которых включена система автоматики, прогреты возбудители и, если используются вакуумные приборы, поданы напряжения накала. 14
Переключение на резервный передатчик происходит автоматически при снижении у работающего выходной мощности ниже некоторого уровня или ухудшении определенных качественных показателей. Такое резервирование наиболее оправдано при эксплуатации маломощных, дешевых и малогабаритных передатчиков. При использовании мощных дорогостоящих и большегабаритных передатчиков используют активное резервирование. Аппаратура маломощных трактов, (возбудители и предварительные усилительные каскады передатчиков изображения и звукового сопровождения), полностью выполняется на транзисторах и интегральных схемах и имеет 100 %-ный пассивный резерв. Мощные каскады обоих передатчиков выполняются из двух одинаковых (в схемном и конструктивном отношении) полукомплектов, мощности которых складываются на выходе с помощью мостовых устройств. При аварии в одном из полукомплектов выходная мощность из-за потерь в балластном сопротивлении моста снижается в 4 раза. При введении системы коммутации исправный полукомплект подключается к выходу в обход моста, и тогда мощность снижается относительно номинальной всего в 2 раза. В зоне уверенного приема при наличии АРУ в телевизионных приемниках качество 15 принимаемых сигналов снижается незначительно, либо ухудшение вовсе незаметно.
В телевизионную РПС большой мощности входят рабочий и резервный комплекты, состоящие из возбудителей и предусилителей передатчиков изображения и звука. В первом варианте построения (рис. ) за ними следуют по два полукомплекта усилителей мощности (УМИЗ и УМЗВ). После мостов сложения (М 1 и М 2) сигналы передатчиков изображения и звука объединяются с помощью разделительного фильтра (РФ) и далее поступают на выходную колебательную систему, которую принято называть фильтром гармоник (ФГ). изо звук Структурная схема телевизионной РПС (вариант 1) 16
Во втором варианте (рис. ) после возбудителей и предусилителей следуют два полукомплекта, в состав каждого из которых входят тракты усиления мощности (УМ) каналов изображения и звука. Структурная схема телевизионной РПС (вариант 2) Выходные сигналы объединяются с помощью разделительных фильтров, а затем происходит сложение в мосте (М) мощностей обоих полукомплектов. Каждый полукомплект имеет автономные блоки питания. В обоих вариантах на входах УМ включены управляемые фазовращатели для 17 компенсации фазовых сдвигов в обоих полукомплектах.
Вариант 2 является более рациональным. В варианте 1 при аварии, например, в одном из полукомплектов передатчика изображения для обеспечения определенного соотношения мощностей РИЗ и РЗВ необходимо снижать вдвое и мощность передатчика сигналов звукового сопровождения, например, отключив один из его полукомплектов. В варианте 2 при аварии все оборудование полукомплекта отключается полностью. Кроме того, вариант 2 позволяет получить некоторый выигрыш в габаритных размерах и надежности за счет уменьшения (в 2 раза и более) числа коммутаций ВЧ трактов. На ТВ станциях диапазона ДМВ, с усилителями мощности на клистронах, используется «скользящее» резервирование. В тракте УМ передатчика звука используется только один клистронный усилитель, работающий в облегченном режиме (РЗВ=0, 1 РИЗ). Поэтому используются три одинаковых клистронных усилителя, каждый из которых может работать в том или другом передатчике. 18
В номинальном режиме, как показано на рис. , в передатчике изображения используются два усилителя (УМ 1 и УМ 2 с мостами деления и сложения, а в передатчике звука — третий УМ 3). Структурная схема телевизионной РПС дециметрового диапазона с УМ на пролетных клистронах Если выходит из строя один из усилителей (УМ 1 или УМ 2), другой продолжает работать и осуществляется обход мостов деления и сложения. Если выходит из строя УМ 3, то вместо него включается один из первых двух (например, УМ 1), а в передатчике изображения остается работать только другой УМ 2. При этом также осуществляется обход мостов. В зарубежных РПС используют всего два клистронных усилителя: один в передатчике изображения, другой — в передатчике звука. Оба клистрона настраиваются одинаково — на пропускание суммарной полосы 19 частот каналов изображения и звукового сопровождения.
При выходе из строя одного из них колебания от обоих предварительных трактов передатчиков изображения и звука коммутируются через разделительный дополнительный фильтр на вход исправного клистрона. По существу переходят к совместному усилению радиосигналов изображения и звукового сопровождения. Во избежание больших интермодуляционных искажений выходная мощность при этом снижается более чем в 2 раза. В современных РПС осуществляются автоматически не только необходимые коммутации в аварийных ситуациях, но и включение и выключение (спустя 5 мин) всей РПС соответственно при подаче (снятии) сигналов изображения и звукового сопровождения на возбудители РПС. Общим недостатком как пассивного резервирования, так и активного со схемами сложения мощностей полукомплектов является наличие перерыва в вещании на время срабатывания ВЧ переключателей большой мощности (до 10 с). Согласно Правилам технической эксплуатации средств вещательного телевидения допускается перерыв в работе, связанный с коммутацией продолжительностью 1. . . 5 с. Не считается отказом снижение мощности вдвое в течение 0, 5. . . 1, 0 ч. Этого времени бывает достаточно для восстановления работоспособности аварийного полукомплекта. Кардинальным решением, позволяющим полностью отказаться от резервирования являются блочно-модульное построение и полная «транзисторизация» мощных телевизионных передатчиков, т. к. при правильно выбранных режимах и условиях эксплуатации надежность и долговечность транзисторов намного выше, чем у 20 вакуумных приборов.
СТРУКТУРНЫЕ СХЕМЫ ТРАКТОВ ПЕРЕДАТЧИКОВ ИЗОБРАЖЕНИЯ В настоящее время в ТВ передатчиках осуществляется модуляция на малом уровне мощности на промежуточной частоте (ПЧ). Энергетика уже не имеет значения и для осуществления AM применяют балансные диодные модуляторы, обеспечивающие хорошую линейность, стабильность и низкий уровень паразитной ФМ. Упрощенная структурная схема передатчика изображения с модуляцией на промежуточной частоте представлена на рис. + - 35, 75 МГц (32, 75) МГц 21
В ВЧ тракте видеосигнал FИЗ обрабатывается, усиливается и затем поступает на балансный модулятор (БМ), на другой вход которого поступают колебания с кварцевого автогенератора АГ 1 с частотой f. ПЧ. В Российской Федерации для отечественных передатчиков изображения выбраны два номинала промежуточной частоты f. ПЧИЗ=35, 75 МГц — для передатчиков, работающих в диапазонах I, II, кроме 3 -го канала, и в 8 -м канале диапазона III; f. ПЧИЗ =32, 75 МГц - для остальных, включая ДМВ. Номинал f. ПЧ выбирается из следующих соображений. Во-первых, f. ПЧ должна превышать наивысшую модулирующую частоту (6 МГц) не менее чем в 2 раза. Это связано с тем, что после балансного модулятора выделяется нижняя боковая полоса. В то же время f. ПЧ не должна быть слишком высокой, чтобы не усложнять ее тракт. Во-вторых, частота f. ПЧ, продукты модуляции не должны находиться в частотных ТВ диапазонах. Кроме того, комбинационные составляющие f. ПЧ и f. ГЕТ не должны попадать в полосы частот ТВ каналов, а если попадают, то порядок их должен быть высок, чтобы уровень был пренебрежимо малым. В-третьих, дискретность значений f. ПЧ должна составлять 0, 25 МГц, поскольку в качестве опорного используется высокостабильный генератор на частоте 5 МГц. В балансном модуляторе осуществляется амплитудная модуляция, выделяется разностная частота f. ПЧ–f. ИЗ, т. е. происходит инверсия спектра исходного видеосигнала. 22
В тракте ПЧ сигнал усиливается, формируется требуемая АЧХ: обрезается по частоте одна боковая на уровне 6, 375 МГц, а другая - 1, 25 МГц (см. рис. стр. 5). Как и в видеотракте, осуществляется необходимая коррекция линейных и нелинейных искажений, но уже модулированного сигнала. Затем он усиливается и поступает на балансный смеситель, на другой вход которого подается частота гетеродина nf 0 от второго кварцевого автогенератора. На выходе балансного смесителя выявляется разностная частота, равная несущей частоте изображения данного телевизионного канала f. ИЗ = nf 0–f. ПЧ, и восстанавливается нормальный спектр частот видеосигнала. Выбор частоты сигнала гетеродина выше несущей частоты заданного телевизионного канала существенно уменьшает уровень ненужных комбинационных составляющих. В каскадах УМК происходит необходимое усиление по мощности, так что режимы работы электронных приборов в этих каскадах и их широкополосность мало влияют на результирующую АЧХ ТВ передатчика. 23
Применение модуляции на частоте f. ПЧ создает следующие преимущества: • все каскады трактов видео- и промежуточной частоты, включая каскады, где производится модуляция, формирование АЧХ и предкоррекция линейных и нелинейных искажений, унифицированы; • модуляция, формирование АЧХ и предкоррекция линейных и нелинейных искажений осуществляются на малом уровне и на постоянной частоте, существенно улучшаются качественные показатели передатчика сигнала изображения, это в особенности относится к частотной характеристике ГВП, которая на ПЧ может быть откорректирована раздельно для верхней и нижней боковых полос; • унификация каскадов стимулирует совершенствование технологии их изготовления, разработку специальных БИС, заменяющих каскады трактов ПЧ и видео с применением элементов функциональной электроники (например, фильтры на поверхностно-акустических волнах). 24
При модуляции на низком уровне мощности на промежуточной частоте f. ПЧ объединяют в отдельное устройство модулятор, каскады коррекции линейных и нелинейных искажений, формирователь АЧХ, возбудитель-синтезатор и преобразователи частоты. Такое устройство обеспечивает на выходе модулированные и полностью сформированные сигналы изображения и звукового сопровождения непосредственно на несущих частотах канала вещания. Такой возбудитель-модулятор может быть в значительной степени унифицирован для передатчиков и ретрансляторов различной мощности. От номера канала в нем зависят только фильтры, устанавливаемые на выходе смесителей и частично — синтезатор (блок формирования частот) по выходу. В это устройство могут входить каскады предварительного усиления (ПУ) сигналов изображения и звукового сопровождения, обеспечивая на выходе мощность до десятков ватт. Они строятся на транзисторах и могут перекрывать несколько каналов и диапазонов частот ТВ вещания. 25
Первый вариант построения возбудителя-модулятора показан на рис. Он содержит синтезатор частот, вырабатывающий частоты 6, 5 МГц, f. ПЧ ИЗ (32, 75 или 35, 75 МГц), f. КАН и f. КАН +f. ПЧ ИЗ. Сигнал звукового сопровождения формируется на относительно низкой частоте 6, 5 МГц, равной разности частот двух несущих f. ЗВ - f ИЗ. f. ПЧИЗ- FИЗ f. КАН+ FИЗ 32, 75/35, 75 МГц + f. КАН+6, 5 МГц+ fчмзв + + Структурная схема возбудителя-модулятора ТВ РПС (вариант 1) По мере увеличения номера канала или диапазона ТВ вещания предъявляются все более жесткие требования к полосовому фильтру, установленному после смесителя, для выделения суммарной частоты f. КАН+6, 5 МГц, что является одним из основных недостатков данного варианта. 26
Во втором варианте (рис. ) в блоке формирования частот вырабатываются три частоты: f. ПЧ ИЗ (32, 75 или 35, 75 МГц), f. ПЧ ЗВ (26, 25 или 29, 25 МГц) и f. ГЕТ =f. КАН +f. ПЧ ИЗ. Одновременно в нем осуществляется ЧМ сигналами звукового сопровождения непосредственно на f. ПЧ ЗВ. - f КАН f. КАН + FИЗ + f. КАН +f. ПЧ ИЗ + - f. КАН + f. ПЧ ИЗ - f. ПЧ ЗВ + fчмзв 26, 25/29, 25 МГц Структурная схема возбудителя-модулятора ТВ РПС (вариант 2) f. ПЧ ЗВ= f. ПЧ ИЗ - 6, 5 м. Гц Блок формирования телевизионного сигнала содержит тракты видео- и промежуточной частот. Частота f. ГЕТ после входного делителя и соответствующего усиления поступает на смесители, на другие входы которых подаются f. ПЧ ИЗ и f. ПЧ ЗВ 27.
При увеличении числа одновременно работающих РПС возникают помехи от сигналов близко расположенных станций, особенно, когда две РПС работают в одном канале, а точка приема оказывается между ними. Для хорошего качества принимаемого изображения необходимо иметь отношение полезного сигнала к мешающему около 45. . . 50 д. Б, что не всегда выполняется. Кардинальным решением этой проблемы является освоение новых частотных каналов в ДЦВ диапазоне и применение направленных приемных антенн. И в наиболее интенсивно применяемом метровом диапазоне (всего 12 каналов) можно повысить эффективность использования каналов, если производить работу РПС с взаимным смещением несущих частот (СНЧ). Смещение частот должно быть кратно 1/3 частоты строчной развертки. Обычно эта величина составляет ± 10, 45 к. Гц. Тогда заметность помехи на экранах телевизоров резко снижается, и при точном СНЧ отношение сигнал/помеха может быть улучшено на 22. . 25 д. Б. Однако для этого требуемая абсолютная нестабильность несущих частот не должна превышать ± 1 Гц, что соответствует для 12 -го канала относительной нестабильности (4. . . 5)10 -9. Для этого в современных возбудителях ТВ РПС, работающих с точным СНЧ, применяют опорные КАГ с долговременной нестабильностью f/f=10 -7… 10 -8. КАГ дополнительно подстраиваются системой ФАПЧ по эталонным сигналам служб точного времени и частот. Эти сигналы излучаются специальными радиостанциями, например, на несущих частотах 25; 50 и 66, 66(6) к. Гц. Частота их корректируется по атомным стандартам частоты с нестабильность 10 -10… 10 -11. Сигналы точных частот принимаются приемным устройством, входящим в состав возбудителя, и по ним 28 производится подстройка частоты опорного генератора.
ТЕЛЕВИЗИОННЫЕ РЕТРАНСЛЯТОРЫ Для обеспечения ТВ вещанием небольших населенных пунктов, расположенных вне зон вещания крупных РПС или в местах, где прием затруднен, применяют телевизионные ретрансляторы небольшой мощности (1. . . 100 Вт). Два варианта построения ретрансляторов с переносом спектра изображены на рис. f. ВХ<f. ВЫХ f. ВХ>f. ВЫХ f. ГЕТ=f. ВЫХ–f. ВХ (f. ГЕТ<f. ВХ) f. ВЫХ= f. ВХ+ f. ГЕТ В схеме рис. а) принятый радиосигнал вещательного телевидения после усиления в усилителе высокой частоты (УВЧ) поступает на смеситель, в котором преобразуется в радиосигнал другого ТВ канала, а затем усиливается в усилителе мощности (УМ) и поступает в антенну. f. ВЫХ= f. ВХ - f. ГЕТ При преобразовании частоты (f. ВХ f. ВЫХ) не должно происходить инверсии спектра. Поэтому при переходе с более низкой частоты на высокую (f. ВХ<f. ВЫХ) частота гетеродина выбирается равной f. ГЕТ=f. ВЫХ–f. ВХ и после смесителя выделяется суммарная частота f. ВЫХ= f. ВХ+ f. ГЕТ. При преобразовании сигналов более высокой частоты в сигналы более низкой (f. ВХ>f. ВЫХ) частота гетеродина выбирается ниже частоты принимаемого сигнала (f. ГЕТ<f. ВХ), и на выходе смесителя выделяется разностная частота f. ВЫХ= f. ВХ - f. ГЕТ. 29
На рис. б приведена структурная схема ретранслятора с двойным преобразованием спектра. – – + f. ГЕТ 1 > f. ВХ f. ПЧ=f. ГЕТ 1–f. ВХ + f. ГЕТ 2 > f. ВХ f. ВЫХ=f. ГЕТ 2–f. ПЧ f. ВЫХ=f. ВХ+(f. ГЕТ 1–f. ГЕТ 2) f. ГЕТ 1–f. ГЕТ 2= f. ПЧ Вначале спектр принятого радиосигнала переносится на промежуточную f. ПЧ, на которой производятся основное усиление радиосигнала и его коррекция. Затем сигнал f. ПЧ преобразуется в выходной сигнал f. ВЫХ, который поступает в УМ. Частота первого гетеродина выбирается выше частоты принимаемого сигнала. Сигнал промежуточной частоты f. ПЧ=f. ГЕТ 1–f. ВХ имеет инверсный спектр. Поэтому частота второго гетеродина также выбирается выше частоты выходного сигнала (на величину f. ПЧ) и на выходе второго смесителя выделяется разностный сигнал f. ВЫХ=f. ГЕТ 2–f. ПЧ. При таком преобразовании разность между частотами гетеродинов f. ГЕТ 1 и f. ГЕТ 2 равна разности между частотами входного и выходного радиосигналов (f. ГЕТ 1–f. ГЕТ 2=f. ВХ–f. ВЫХ) независимо от значения f. ПЧ, которая выбирается равной стандартному значению в бытовых ТВ приемниках (f. ПЧИЗ=38 МГц, f. ПЧЗВ=31, 5 МГц). 30
Частоты f. ГЕТ 1 и f. ГЕТ 2 формируются от одного опорного кварцевого автогенератора (ОГ), что снижает вносимую нестабильность, поскольку f. ВЫХ=f. ВХ+(f. ГЕТ 1–f. ГЕТ 2). Стабильность разностной частоты между несущими изображения и звукового сопровождения f. ИЗ=6, 5 МГц на выходе ретранслятора определяется только стабильностью этих частот в принимаемом радиосигнале и не зависит от стабильности частот гетеродинов ретранслятора. Для стабилизации уровня выходного сигнала в ретрансляторах вводится автоматическая регулировка усиления АРУ. Усиление и коррекцию на промежуточной частоте стремятся осуществить в унифицированных блоках, что позволяет строить ретрансляторы различных типов на различные уровни мощности. Тракты УВЧ приемной части и УМ передающей части выполняют соответственно на малошумящих линейных и суперлинейных транзисторах, перекрывающих сразу несколько ТВ каналов и диапазонов. Такие ретрансляторы комплектуются дополнительными блоками, позволяющими с помощью ретрансляторов передавать в эфир телевизионные сигналы от местных телестудий, переносных видеокамер, а также поступающие по РРЛ и спутниковым линиям связи. Ретрансляторы выполняются полностью на ПП приборах, имеют дистанционное управление и рассчитаны на эксплуатацию без обслуживающего персонала и размещение вне помещений (в контейнере). 31
Скачать презентацию ПЕРЕДАТЧИКИ ТЕЛЕВИЗИОННОГО ВЕЩАНИЯ ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ Радиопередающая станция РПС
20_Передатчики ТВ.ppt