Узнать ответ на вопрос в заголовке легко. Во-первых, уместно было бы ответить на вопрос, что же представляет собой сегодня типовой радиоприемник? Дешёвый радиобудильник, который делает начало каждого нового дня приятнее или может быть, фирменный Hi-End тюнер, являющийся важным элементом домашней аудиосистемы? Кто-то еще может сказать, что слушает радио только в поездках — и тогда типичным приемником может стать карманный радиоприемник, для автомобилистов — автомобильный, а у значительной части из нас он встроен в мобильный телефон… В частности, последняя группа сильно отличается по конструкции от остальных, что обусловлено необходимой высокой степенью миниатюризации. Добиться этого удалось, в том числе, осуществив приемку иным способом, чем описанный ниже. Таким образом, чтобы не загромождать тему различными вариантами, будем считать, что приведенное ниже описание соответствует супергетеродинному приемнику с цифровой установкой частоты, оснащенному функцией RDS. Они были самыми популярными в девяностых и в начале двадцать первого века. Они еще есть в продаже, но потихоньку уступают место приемникам с прямым преобразованием частоты.
В качестве примера мы будем использовать приемник с цифровым синтезом частоты, известный в народе как «цифровое радио». Говоря простым языком, это приемник, который отображает заданную частоту.Кстати: термин «цифровое радио» сегодня уже довольно сбивает с толку из-за начала внедрения действительно цифрового радио в стандарте DAB+. Следует подчеркнуть, что одно с другим практически не связано.
Входные цепи
Сигналы всех станций нашего региона, улавливаемые антенной, попадают на систему входных фильтров. Их задача изначально разделить сигнал настроенной станции. Эти фильтры настраиваются схемой в синтезаторе, поэтому их можно настроить на любую частоту в диапазоне от 88 до 108 МГц. В нашем случае фильтр настроен на частоту Radio 98,0 МГц — так он «пропускает» сигнал на этой частоте, и подавляет (или фактически только ослабляет, в силу своей несовершенства) все остальные. Если мы хотим слушать станцию на другой частоте, входные фильтры будут соответствующим образом перенастроены. Затем выделенный сигнал усиливается в усилителе высокой частоты и поступает в схему смесителя.
Микшер
Помимо сигнала настроенной станции, на микшер подается еще и сигнал местного генератора (электронная система в тюнере) с частотой большей, чем частота настроенной станции ровно на 10,7 МГц, т.е. в нашем случае 98,0 + 10,7 = 108,7 МГц. В отличие от сигнала радиостанции, сигнал местного генератора содержит только «тишину». В результате смешения этих двух сигналов создается множество их комбинаций, в том числе и сумма, в нашем случае 108,7+98,0=206,7МГц, и разность, в нашем случае 108,7-98,0=10,7МГц.
Забавный факт
В зависимости от конструкции микшер может генерировать и другие, к сожалению, вредные комбинации сигналов. Такая ситуация часто возникает при использовании приемника вблизи (до 15-20 км) сильных передающих станций. В этом случае при поиске по шкале можно наткнуться на странные «смеси» сильных станций: слышно, как они накладываются друг на друга. В крайнем случае на весь диапазон можно принимать только такие «смешанные» программы. Инстинктивно мы думаем, что виноваты передатчики или отражения. Однако это не так (за исключением очень редких чрезвычайных ситуаций). Все эти явления возникают в нашем приемнике. «Смешивания» происходят на строго определенных частотах — в т.ч. 2*f1-f2 и 2*f2-f1, где f1, f2-частоты станций, создающих сильные искажения. Тюнер воспринимает их как обычные станции, но вперемешку друг с другом. Чем ближе f1 и f2 друг к другу, тем хуже (один из них меньше ослабляет входной фильтр), хотя в крайнем случае, когда приемник находится, например, в 10 км от передатчика мощностью 120 кВт, это не имеет значения. Рецептом этого неблагоприятного явления является соответствующая конструкция радиоприемника — такая, что в смеситель проникает только «нужная» частота (т.е. обширный входной фильтр), а также конструкция головки и смесителя с элементами, создающими небольшие нежелательные эффектные транзисторы). Однако, если такой «нестойкий» приемник у нас уже есть, остается либо собрать телескопическую антенну (переносные приемники) по максимуму, либо установить соответствующий антенный аттенюатор (с затуханием от 10 до 20 дБ) — продается в специализированных магазинах. К сожалению, это ухудшает возможность приема более слабых станций.
Характерной особенностью процесса микширования является «перевод» информации (т.е. музыки и речи) из радиосигнала (у нас 98,0 МГц) в результирующий сигнал (т.е. у нас, после «микширования», в том числе, 206,7 МГц и 10,7 МГц).МГц). В нашем тюнере RadioPolska изменила частоту с 98,0 на 10,7 МГц и 206,7 МГц. Точно такие же результирующие частоты получаются при настройке тюнера на другие станции, поскольку система синтезатора перенастраивает локальный генератор так, что его частота всегда выше принимаемой частоты на упомянутые 10,7 МГц. Именно установленная частота местного генератора определяет, какую станцию мы слушаем – та, частота которой вычитается из частоты местного генератора, дает 10,7 МГц, потому что другие системы среди множества комбинаций входных сигналов, создаваемых в микшере, используют свои разница, поэтому в нашем случае 108,7-98,0 МГц = 10,7 МГц. Только этот сигнал проходит через фильтры промежуточных частот, а все остальные комбинации (включая нашу сумму 108,7+98,0=206,7 МГц) отбрасываются (подавляются). Фильтр промежуточных частот имеет гораздо лучшую производительность, чем входной фильтр, и в достаточной степени подавляет сигналы от соседних станций. Необходимо помнить, что сигналы соседних станций также переносятся (их остатки попадают в микшер через несовершенный входной фильтр) в «около» 10,7 МГц, например, сигнал соседней станции с 98,4 МГц «попадает» в 10,3 МГц (108,7 -98,4), и с 97,6 МГц на 11,1 МГц (108,7-97,6). Однако частоты 10,3 и 11,1 уже ослаблены фильтром промежуточных частот примерно в десяток тысяч раз. Для сравнения, входной фильтр ослабляет частоты 98,4 и 97,6 МГц всего в несколько десятков раз.
Забавный факт
Избирательность радио зависит от фильтров промежуточной частоты 10,7 МГц, то есть насколько близко по частоте станция еще не «войдет» в прослушиваемую. Здесь нужен компромисс: чем уже фильтр, тем хуже качество звука, и, наконец, трудности с приемом RDS, а чем шире, тем более далекие по частоте станции будут мешать. Поэтому эти «лучшие» рации позволяют выбирать: либо кристально чистое качество звука в стандартной настройке («широкий» фильтр), но только при условии, что поблизости (+/- 0,4 МГц) нет аналогичной станции мощность (намного слабее может быть), или чуть хуже качество, но возможности приема вообще («узкий» фильтр). Однако в данном случае нюансы «лучше/хуже качества звука» актуальны только для аудиофилов с натренированным слухом. Например, ресивер стандартно имеет 3 фильтра в «широкой» настройке, в «узкой» настройке последовательно с ними вставляется еще один с чуть более узкой передаточной характеристикой. Эффект: возможность приема станций, удаленных на 0,2 или даже 0,1 МГц. Фильтры промежуточной частоты представляют собой пьезокерамические фильтры, предварительно настроенные (или фактически режетированные) на частоту 10,7 МГц и обладающие отличными характеристиками передачи и затухания (одна из целей преобразования). «Традиционно» реализованный аналог таких фильтров (с аналогичными характеристиками) будет включать в себя несколько десятков отдельных катушечно-конденсаторных цепей, причем каждая из них должна быть соответствующим образом настроена).
Здесь возникает вопрос — зачем такие «хитрости» преобразования частоты, нельзя ли было сразу декодировать сигнал, отобранный входными фильтрами и соответствующим образом усиленный? Ну нет. Проблем несколько: первая — невозможно сделать перестраиваемый входной фильтр, чтобы он пропускал только выделенную частоту, а другие подавлял отлично. Всегда будет проходить какая-то часть сигналов с разными частотами (чтобы мы принимали сразу несколько станций); второе: манипулировать (фильтровать, усиливать, декодировать) сигналами этой частоты достаточно хлопотно; третье: невозможно обеспечить постоянные параметры обработки (т.е. усиление радиосигнала станции, искажение музыки или речи) сигнала, если оперировать сигналами с частотой, изменяющейся в столь широком диапазоне (88-108 МГц, т.е. изменение на 20 МГц) — станции с той же мощностью на концах диапазона были бы намного слабее и вдобавок «трещали». Однако указанные выше проблемы легко решаются при работе на сигнале с постоянной, не очень высокой частотой (ее значение принималось равным 10,7 МГц). После фильтра промежуточной частоты мы получаем только сигнал 10,7 МГц с закодированной музыкой и речью от RadioPolski. Этот сигнал поступает на усилитель промежуточной частоты и демодулятор (чаще всего реализованные вместе в одной интегральной схеме). После фильтра промежуточной частоты мы получаем только сигнал 10,7 МГц с закодированной музыкой и речью от RadioPolski. Этот сигнал поступает на усилитель промежуточной частоты и демодулятор (чаще всего реализованные вместе в одной интегральной схеме). После фильтра промежуточной частоты мы получаем только сигнал 10,7 МГц с закодированной музыкой и речью от RadioPolski. Этот сигнал поступает на усилитель промежуточной частоты и демодулятор (чаще всего реализованные вместе в одной интегральной схеме).
Усилитель промежуточной частоты и демодулятор
Задача усилителя — обеспечить адекватное усиление и ограничение сигнала. Блок усилителя-демодулятора предоставляет информацию о силе входящего радиосигнала и настройке на станцию («НАСТРОЙКА» отображается на нескольких тюнерах). Сам же демодулятор, напротив, «вынимает» закодированную музыку и речь из сигнала 10,7 МГц и переводит их в слышимый диапазон частот.
На выходе демодулятора мы получаем то, что излучалось с передающей станции, а именно: монофонический (сумма левого и правого каналов) музыкально-речевой сигнал со слышимыми частотами и информацию о стереосигнале (на этот раз это разность между влево и вправо) и информацию RDS.
Такой «странный» (почему не проще: отдельный левый канал, отдельный правый) способ кодирования стереосигнала вытекает из необходимости обеспечить корректную работу как старых, так и современных монофонических приемников. Они декодируют только сигнал слышимой частоты, т. е. моносигнал, представляющий собой сумму левого и правого каналов. Так мы слышим полную акустическую картину в динамике монофонического ресивера. Любой другой метод кодирования вынуждал бы конструировать монофонические приемники как стереофонические с подключенными левым и правым каналами (т. е. все они должны были бы быть действительно стереофоническими), а более старый монофонический прием позволял бы принимать только левый или правый канал, в зависимости от о том, какой из них будет передаваться в полосе «основной».
Стереодекодер
Однако у нас есть стереотюнер, поэтому сигналы суммы (математически это (L+P)/2) и разности (математически (LP)/2) левого и правого каналов поступают на стереодекодер . Декодер «переводит» сигнал с записанной разностью каналов в акустический диапазон и выполняет соответствующие арифметические операции (упрощенно). На его выходе мы получаем правильные сигналы левого и правого каналов, которые еще требуют фильтрации вспомогательных сигналов, что реализуется звуковыми фильтрами.
Интересный факт
Конструкция декодера, т.е. применяемая на практике интегральная схема, определяет точность разделения левого и правого каналов, т.е. точность воспроизведения пространственного эффекта, стандартные схемы обеспечивают не более 40 дБ разделения (для сравнения, проигрыватель компакт-дисков предлагает минимум 90 дБ), лучше от 50 до 60, максимум 80 дБ — это «системное» ограничение, вытекающее из используемого метода передачи. Однако эти 80 дБ находятся в пределах досягаемости практически только цифровых сигнальных процессоров («шифрование/декодирование/логирование»).
Затем сигналы левого и правого каналов поступают на усилитель (либо отдельный, либо объединенный с ресивером), и мы можем слушать нашу любимую станцию через подключенные к нему динамики.
Станьте первым!