Интересная история произошла со мной. Решил я советский ламповый приёмник с диапазоном (УКВ-1) 65,8 — 74 МГц, не снимая задней крышки, перестроить в диапазон (УКВ-2) FM 87,5 — 108 МГц, чтобы сохранить ретро в первозданном виде. Сделал для этого случая конвертер, но качество воспроизводимых радиопередач меня не устроило. Если информационные программы работали прекрасно, то в музыкальных - прослушивались искажения. Их даже заметил осциллограф, максимальные пики громкости были обрезаны.
Аналогичная история произошла с высококлассным музыкальным центром советской эпохи из-за разной девиации сигнала радиовещательных передатчиков двух диапазонов УКВ-1 (девиация частоты ±50 кГц), а УКВ-2 (девиация частоты ±75 кГц). Теперь, чтобы избавиться от искажений, спектр передатчика необходимо было с запасом поместить в полосу промежуточной частоты и частотного детектора ретро приёмников, путём расширения их приёмного тракта. Но хватит о грустном, поговорим о девиации частоты.
Девиация частоты при частотной модуляции — это максимальное отклонение модулирующего сигнала от его несущей частоты. Оно будет как в сторону увеличения (знак +), так и в сторону уменьшения частоты — (знак -).
В российском стандарте для моно и стереокоплексного сигнала диапазона FM девиация составляет ±75 кГц.
Около этого значения девиации ±75 идут споры на полях этого сайта. Думаю, наступило время тоже принять участие и предложить свою точку зрения.
Нет, я понимаю, живёт человек в Японии (диапазон 76 - 95 МГц), там всего навсего девиация монофонического сигнал ±25 кГц, иногда до ±50 кГц, а стереофонического сигнала аналогично моно — ±25–50 кГц. А чем меньше девиация сигнала, тем меньше динамический диапазон и помехозащищенность приемника.
Для США: девиация составляет ±50 кГц
Для России и Европы (диапазон 87,5 – 108 МГц) всё отлично!
Монофонический сигнал ±75 кГц. Стереофонический сигнал ±75 кГц (общая девиация).
После всего выше сказанного, думаю, опять возникнут прения.
Обратимся к ГОСТ. https://docs.cntd.ru/document/1200019859
Возможно, он рассудит спорящих о величинах девиации частоты как для моносигнала, так и для стереосигнала.
Да, изучая государственный стандарт технических параметров радиовещательных передатчиков, я не буду перечислять все пункты, остановлюсь на основных.
- Номинальную мощность следует выбирать из ряда: 0,03; 0,1; 0,2 (0,25); 0,3; 0,5; 1,0; 2,0; 4,0; (5,0); 10,0; 15,0; 20,0; 30,0 кВт. По поводу мощности тоже были споры. Идём дальше.
4.3 Диапазоны рабочих частот должны быть следующие:
от 65,9 до 74,0 МГц для диапазона УКВ-1 и
от 87,5 до 108,0 МГц для диапазона УКВ-2 (FM диапвзон).
4.3.4.4 Номинальный диапазон модулирующих частот - от 30 до 15000 Гц.
Остановимся на этом параметре. Это частотная характеристика, у которой верхняя граничная частота 15 кГц, а для диапазона УКВ-1 верхняя частота 12 кГц. Вот почему девиация частоты в этом диапазоне всего ±50 кГц, а не ±75 кГц, как у УКВ-2. От этой верхней границы АЧХ звукового тракта (микрофон, УНЧ) будет зависеть полоса спектра радиовещательного передатчика. Повторю — полоса спектра, а не девиация сигнала передатчика. Возможно в этих определениях возникает путаница.
Для оценки полосы передающих частот FM- сигнала используют правило Карсона
Полоса частот = 2(ΔF+ Fm), где ΔF – девиация частоты (75 кГц), Fm – максимальная частота модулирующего звукового сигнала (15 кГц).
В теории полоса частот = 2(75 +15) =180 кГц.
Но на практике спектр выглядит иначе.
Несущая частота — центральная линия спектра.
Боковые полосы — симметричные группы спектральных линий выше и ниже несущей. Их количество теоретически бесконечно, но амплитуда быстро убывает.
Уровень спектральных составляющих убывает по закону, описываемому функциями Бесселя. Значимыми считаются те линии, амплитуда которых выше некоторого порога.
А что об этом говорит ГОСТ, ведь должна существовать методика измерения полосы спектра радиовещательного передатчика.
5.2.3 Номинальное значение контрольной ширины полосы радиочастот в соответствии с требованиями ГОСТ 30318, нормированное на уровне минус 30 дБ относительно заданного (исходного) уровня 0 дБ, должно составлять:
-для передатчиков с полярной модуляцией в режиме:
"Моно"149,5 кГц; "Стерео" 179,4 кГц;
- для передатчиков с пилот-тоном в режиме:
"Моно 207,0 кГц; "Стерео" 248,4 кГц.
А теперь перейдём к комплексному стереофоническому сигналу (КСС), используя ГОСТ.
4.2.4.6 Номинальная частота поднесущей:
в передатчиках с полярной модуляцией - 31,25 кГц (УКВ-1),
в передатчиках с пилот-тоном - 38,0 кГц (УКВ-2).
4.7 Номинальная частота пилот-тона - 19,0 кГц.
Так в теории выглядит спектр комплексного стерео сигнала в передатчике с пилот-тоном.
Возможно, здесь возникает путаница. Спектр низкочастотного комплексного сигнала, поступающего на модулятор передатчика, путают со спектром самого передатчика (спектра сигнала на входе приёмника), а ведь они находятся в разных частотных областях.
Audio Mitte (L+R) Основной аудиосигнал (L+R) - занимает низкочастотную часть спектра (до 15 кГц), вызывая девиацию до ±60–65 кГц, и совместно с L - R позволяет восстановить полноценную стереокартину: обеспечивает обратную совместимость с моноприёмниками, повышает помехозащищённость за счёт предыскажений.
Перед передачей сигналы L и R проходят частотные предыскажения — высокочастотные составляющие искусственно усиливаются. Это компенсирует шумы, которые сильнее влияют на высокие частоты, а на приёмной стороне выполняется обратная коррекция (восстановление исходного спектра).
Стереоподнесущая (пилот-тон 19 кГц): создаёт сигнал для декодирования стереорежима. Уровень пилот-тона обычно составляет около 10 % от полной девиации, то есть примерно 7,5 кГц.
Поднесущая RDS (Radio Data System): передаёт текстовую информацию (название станции, трек и т. д.). Её вклад в девиацию — около 2 – 3 кГц (иногда до 4 кГц).
Результирующая девиация = ±65 + ±6,75 + ±3 = ±74,75 кГц
А теперь опять вернёмся к девиации сигнала с учётом стандарта.
- 4.11 Номинальное значение девиации несущей частоты, вызываемой монофоническим сигналом в передатчиках с полярной модуляцией, - ±50 кГц.
- 4.13 Номинальное значение девиации несущей частоты, вызываемой КСС в передатчиках с полярной модуляцией, - ±50 кГц.
- 4.15 Номинальное значение девиации несущей частоты, вызываемой монофоническим сигналом в передатчиках с пилот-тоном, - ±75 кГц.
- 4.17 Номинальное значение девиации несущей частоты, вызываемой КСС в передатчиках с пилот-тоном,- ±75 кГц.
Мой расчёт совпал с запасом: (± 74,75 кГц и ±75 кГц).
Возвращаюсь к комплексному сигналу с пилот-тоном для передатчика УКВ-2. Диапазон с полярной модуляцией оставим в покое. В моём регионе на этом диапазоне в настоящее время работает только одна радиостанция.
Почему девиация именно ±75 кГц?
Такое значение выбрано для баланса между:
Качеством звука: широкий диапазон девиации позволяет передавать звук с частотой до 15 кГц, что достаточно для музыкального воспроизведения.
Устойчивостью к помехам: большая девиация повышает помехозащищённость сигнала.
Разрешением соседних каналов: запас по частоте (75 кГц в обе стороны) снижает риск помех от соседних станций.
В Москве и в Подмосковье в диапазоне УКВ-2 помещается около 50 радиостанций с преобладающим расстоянием между ними 400 кГц. Это позволяет избежать наложений даже при неидеальной фильтрации в приёмниках.
И вот тут возникает вопрос, как монофонический приёмник (без стерео декодера) переваривает комплексный стереофонический сигнал (КСС)?
Он его (КСС) игнорирует. А кто услышит эти частоты 19 кГц и 38 кГц? Они находятся за порогом слышимости человеческого уха, частотной характеристики звукового тракта (его граница 15 кГц) и подавлены в спектре передатчика более 40 дБ (амплитуда поднесущей составляет менее 1% от исходного уровня).
А теперь вернусь в самое начало статьи. Какая должна быть полоса приёмного тракта для диапазона УКВ-2, чтобы пропустить без ограничения спектр передатчика?
Полоса пропускания приёмника = 2(ΔF+Fm) Kз, где ΔF – девиация частоты
(75 кГц), Fm – максимальная частота модулирующего звукового сигнала (15 кГц), Кз — коэффициент запаса (1.2 -1,5).
Полоса пропускания приёмника = 2(75 +15)1,3 = 234 кГц, но на практике рекомендовано 250 кГц.
Аналогично для диапазона УКВ-1 (65,9 - 74 МГц), с девиацией ±50 кГц
полоса пропускания = 2(50 + 12)1,3 = 161,2 кГц.
Полоса пропускания приёмников ретро (УКВ-1) согласно ГОСТ 5651-64.
Высший класс - 120 -160 кГц. Первый класс - 120 - 180 кГц.
А для диапазона УКВ-2 (87,5 - 108 МГц) полоса должна быть 250 кГц.
Полоса пропускания FM‑приёмника измеряется на уровне -3 дБ относительно максимума.
Прпоблемы с японскими приёмниками: устройства, созданные для японского стандарта (±25 кГц), при приёме европейского сигнала (±75 кГц) могут искажать звук или не распознавать стереорежим.
И конечно интересно будет узнать, как я выходил из положения и каким образом расширял тракт радиоприёма. Остановлюсь на самом простом «шаманском» способе.
Установил на генераторе несущую, равную промежуточной частоте (10,7 МГц), модуляцию 1 кГц, девиацию частоты больше ±75 кГц (±80 - ±90 кГц) и подал сигнал на вход ПЧ, а при большом уровне сигнала несущей частоты — непосредственно в антенну. Подстраивая контура промежуточной частоты (в небольших пределах) и ЧМ детектора, добивался неискажённого демодулированнго сигнала 1 кГц на экране осциллографа. В отдельных случаях шунтировал контура детектора.
Главное, знать промежуточные частоты приёмников ретро (6,5, 6,8, 10,7 МГц).
Всем всего наилучшего, всех благ, удачи!