8. Особенности построения телевизионных систем

8.1. Принципы передачи сигналов вещательного телевидения по радиоканалу

Для передачи телевизионных сигналов по радиоканалам в принципе можно использовать как AM, так и ЧМ. В случае ЧМ для обеспечения высокой помехоустойчивости передачи необходимо, чтобы индекс модуляции m_чм был равным 3...5. При этом полоса частот ∆f_чм занимаемая частотно-модулированным сигналом, будет определяться соотношением:

∆f_чм = 2f_B + 2∆f_D,

где ∆f_D = m_чм f_B - девиация частоты.

Следовательно, для передачи одного телевизионного сигнала потребуется радиоканал с полосой частот порядка 50...70 МГц. Такое расширение полосы частот радиоканала привело бы к резкому сокращению общего числа передаваемых телевизионных сигналов в диапазоне частот, отведенном для телевизионного вещания. В современной сети телевизионного вещания для передачи телевизионных сигналов по радиоканалам используется только AM, несмотря на более низкую помехоустойчивость и худшие энергетические показатели радиопередатчиков по сравнению с ЧМ. Основное достоинство AM заключается в том, что амплитудно-модулированный сигнал занимает сравнительно узкую полосу частот.

Как известно, AM несущей частоты f₀ приводит к образованию двух боковых частотных полос - нижней и верхней, каждая из которых равна ширине полосы частот модулирующего сигнала. Если максимальная модулирующая частота f_B = 6 МГц, что соответствует верхней частоте телевизионного сигнала, то спектр модулированных частот будет равным f₀± f_B, т.е. займет полосу приблизительно в 12 МГц. Поэтому для возможности передачи модулированного телевизионного сигнала в стандартном радиоканале, имеющем полосу пропускания 8 МГц, нижняя боковая полоса частот модулированного телевизионного сигнала частично подавляется, что приводит к устранению избыточности информации в амплитудно-модулированном телевизионном сигнале.

Рис. 8.1. Номинальные амплитудно-частотные характеристики радиопередатчиков изображения и звукового сопровождения

Согласно ГОСТ 7845-92 остаток нижней боковой полосы частот составляет 1,25 МГц. При этом номинальная полоса частот радиоканала, отводимая для передачи непосредственно телевизионного сигнала составляет 7,625 МГц (рис. 8.1). Причем ослабление частотных составляющих -1,25 и 6,375 МГц относительно несущей частоты изображения составляет 20 дБ. Часть спектра нижней боковой полосы частот шириной 0,75 МГц передается в неискаженном виде. Крутизна склона нижней боковой полосы частот, начинающегося от 0,75 МГц ниже несущей частоты изображения, составляет 40 дБ/МГц. При этом крутизна склона верхней боковой полосы частот, рядом с которым расположен спектр сигнала звукового сопровождения, оценивается величиной более 50 дБ/МГц. При таком способе передачи телевизионного сигнала по радиоканалу амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) тракта изображения телевизионного приемника должна иметь форму, представленную на рис. 8.2. Из рис. 8.3 следует, что в телевизионных приемниках уровень несущей частоты изображения должен ослабляться на 6 дБ, т.е. в 2 раза, а частотная составляющая 0,75 МГц нижней боковой полосы должна быть ослаблена на 20 дБ, т.е. в 10 раз, по сравнению с уровнем опорной частоты 1,5 МГц в спектре верхней боковой полосы. При выполнении данных условий после детектирования телевизионного радиосигнала суммарное номинальное напряжение, образующееся на нагрузке детектора от одинаковых частотных составляющих нижней и верхней боковых полос, на любой частоте спектра в пределах 0...6 МГц всегда будет равно единице, если отсчет вести в относительных величинах. На практике это означает, что форма результирующей АЧХ тракта передачи телевизионного радиосигнала от модулятора радиопередатчика до нагрузки детектора телевизора будет равномерной в заданной полосе частот 6 МГц.

Рис. 8.2. Амплитудно-частотная характеристика радиотракта изображения телевизионного приемника

Рис. 8.3. АЧХ усилителя промежуточной частоты изображения телевизионного приемника

В каждом стандартном радиоканале шириной 8 МГц кроме телевизионного сигнала передается соответствующий ему сигнал звукового сопровождения (см. рис. 8.1). Причем радиосигнал звукового сопровождения передается с помощью ЧМ несущей частоты звука, что обеспечивает высокую помехоустойчивость тракта звукового сопровождения. Максимальная девиация частоты составляет ±50 кГц при номинальной ширине полосы частот, занимаемой радиосигналом звукового сопровождения, не более 0,25 МГц. Для использования общей антенно-фидерной системы в радиопередающих устройствах и общего усилительного тракта для усиления телевизионного сигнала и сигнала, звукового сопровождения в телевизорах принято передавать сигнал звукового сопровождения на несущей частоте, близкой к несущей частоте изображения. В действительности разнос несущих частот звука и изображения составляет 6,5 МГц, причем несущая частота изображения меньше несущей частоты звука. Разные виды модуляции телевизионного и звукового радиосигналов в значительной мере облегчают их разделение в телевизорах. На практике мощность радиопередатчика звукового сопровождения составляет 10...20% от мощности телевизионного радиопередатчика в моменты передачи СИ. Соотношение мощностей радиопередатчиков изображения и звукового сопровождения выбирается из условия создания одинаковых радиусов действия обоих передатчиков при приеме на стандартные телевизионные приемники.

Ввиду униполярности телевизионного сигнала возможны два варианта AM радиосигнала: негативная и позитивная в зависимости от полярности модулирующего телевизионного сигнала. В большинстве стран мира, в том числе и нашей стране, принята негативная полярность модуляции, при которой максимальному уровню несущей изображения соответствует передача уровня СИ, а минимальному значению - уровень белого телевизионного сигнала. При такой полярности модуляции по сравнению с позитивной импульсные помехи проявляются на телевизионном изображении в большинстве случаев в виде темных точек, а не белых, поэтому они визуально менее заметны. Повышается помехоустойчивость тракта синхронизации телевизионной системы по всем видам помех, кроме импульсных, так как при передаче СИ телевизионный радиопередатчик излучает максимальную, т.е. пиковую мощность. При негативной полярности модуляции в телевизорах легче осуществлять автоматическую регулировку усиления (АРУ), так как в излучаемом радиосигнале, независимо от содержания телевизионного изображения, СИ соответствует максимальной и постоянной величине излучаемой мощности. Кроме того, облегчается конструирование радиопередатчиков, так как средняя излучаемая мощность значительно меньше максимальной, поскольку на телевизионных изображениях больше преобладают белые детали. Основной недостаток негативной полярности модуляции заключается в относительно большем влиянии импульсных помех на устойчивость синхронизации в телевизионных приемниках.

Способ установки элементов передающей телевизионной антенны ориентирует электрический и магнитный векторы электромагнитной волны, т.е. определяет плоскость поляризации электромагнитного излучения. Согласно ГОСТ 7845-92 допускается использовать как горизонтальную (вектор электрического поля расположен в горизонтальной плоскости), так и вертикальную поляризации волн, излучаемых телевизионным радиопередатчиком. В свободном пространстве горизонтальная и вертикальная поляризации электромагнитных волн не имеют друг перед другом каких-либо преимуществ. Однако в реальных условиях, особенно в городах с большим количеством вертикально отражающих объектов, например домов, при горизонтальной поляризации обеспечивается меньший уровень отраженных интерферирующих волн, которые вызывают замирание сигнала и помехи на телевизионном изображении в виде дополнительных контуров. Кроме того, при горизонтальной поляризации наблюдается меньшее воздействие промышленных помех, в частности помех от систем зажигания автотранспорта, которые имеют вертикально поляризованную составляющую.

Наконец, конструкции телевизионных антенн с узкими диаграммами направленности для приема горизонтально поляризованных электромагнитных волн оказываются более простыми, их легче устанавливать на металлических опорах. Поэтому при организации телевизионного вещания в большинстве стран мира предпочтение было отдано горизонтальной поляризации электромагнитного излучения.