Что такое девиация частоты радиопередатчика радиостанции
Перейти к содержимому

Что такое девиация частоты радиопередатчика радиостанции

  • автор:

Что такое девиация частоты радиопередатчика радиостанции

LPD-форум: безлицензионные радиостанции + Си-Би + «китайцы»
· Наш магазин — здесь · Продажа Си-Би · LPD Vector · LPD & PMR Midland · Рейтинги · Частоты · FAQ
· Копилка · Модификации · Инструкции, схемы, софт · DX-Группа · Клубный форум · Основной форум
На сайте: гостей — 24,
участников — 0
· Начало · Статистика · Поиск · Регистрация · Правила ·
LPD-Форум —› LPD, FRS, PMR — радиосвязь без лицензий —› Вопросы новичков
Страница: «« 1 2 3 4 5 . 36 37 38 39 40 »» Поиск в теме
Страница: «« 1 2 3 4 5 . 36 37 38 39 40 »»

Записки программиста

Когда пытаешься нормально понять частотную модуляцию, возникает много вопросов. От чего зависит полоса ЧМ-сигнала? Как измерить девиацию частоты? Какие существуют схемы модуляции и демодуляции ЧМ? Давайте же во всем разберемся.

Нагляднее всего изображать ЧМ не во временной области (time domain), как это делают обычно, а в частотной (frequency domain):

Пример ЧМ-сигнала

Здесь в качестве приемника использован RTL-SDR v3 с программой Gqrx. Сигнал получен при помощи генератора сигналов. Частота несущей — 145.500 МГц, а модулирующего сигнала — 1 Гц. За счет низкой частоты, последний отчетливо виден на спектрограмме. В приведенном примере мгновенная частота (instantaneous frequency) изменяется на ±5 кГц от частоты несущей. Говорят, что девиация частоты равна 5 кГц.

Амплитуда ЧМ-сигнала не несет никакой информации. Помимо прочего, это позволяет использовать более эффективные УМ классов C, D и так далее. Девиация тоже не несет информации. Это просто параметр данного вида модуляции. Девиацию можно изменить, скажем, на 2 кГц, и сигнал будет звучать точно так же. Информацию несет только изменение мгновенной частоты.

Практический метод измерения девиации продемонстрирован в видео How to Measure FM Frequency Deviation Using Carrier / Bessel Null, снятом Alan Wolke, W2AEW. На микрофон рации или трансивера подается аудио-сигнал с генератора. При этом измеряется уровень несущей результирующего сигнала. Необходимо найти минимальную частоту аудио-сигнала, при котором несущая окажется практически полностью подавлена.

Пример спектра ЧМ-сигнала при измерении девиации частоты

Здесь рация Kenwood TH-D72A подключена через аттенюатор к анализатору спектра. Аудио-сигнал идет с генератора на динамик, а с него — на микрофон рации. Рация должна находиться на близком и фиксированном расстоянии от динамика. Несущая хорошо подавлена при частоте аудио-сигнала 1910 Гц.

Отсюда мы можем вычислить девиацию, как 2.41 * 1910 , что равно ~4600 Гц. И действительно, в любительской радиосвязи используют ЧМ с девиацией около 5 кГц. Реальное значение обычно чуть меньше, порядка 4500-4800 Гц. На Си-Би используется девиация не более 2 кГц. У LPD-раций девиация не превосходит 5 кГц, а у PMR-раций — 2.5 кГц. Конкретные устройства могут использовать и меньшую девиацию, но обычно не менее 1 кГц. Вещательные FM-радиостанции имеют девиацию 50 кГц на частотах 65.9-74.0 МГц и 75 кГц на частотах 87.5-108.0 МГц.

Полосу ЧМ-сигнала принято определять по правилу Карсона:

BW = 2 * (Fdev + Fm)

Здесь Fdev — это девиация, а Fm — максимальная частота модулирующего аудио-сигнала. Например, в любительском радио полоса ЧМ-сигнала типично составляет:

>>> Fdev = 5000
>>> Fm = 2500
>>> 2 * (Fdev + Fm)
15000

… около 15 кГц. В этой полосе сосредоточено не менее 98% энергии сигнала. На предыдущем скриншоте изображен интервал в 30 кГц. Можно видеть, что часть сигнала попадает за пределы расчетной полосы. Но там уровень сигнала низок, поэтому этой частью пренебрегают.

Типичным частотным модулятором является недавно рассмотренный ГУН. Подпаяйте между потенциометром 10 кОм и резистором 100 кОм конденсатор на 10 нФ. Подайте через него аудио-сигнал с размахом 3 В. При питании схемы от 9 В вы получите ЧМ с девиацией 2 кГц. Увеличьте размах до 8.3 В, и девиация составит 5 кГц. Чтобы модулятор работал должным образом, постоянная составляющая управляющего напряжения не должна превышать 8.5 В.

Для демодуляции применяют простой ЧМ-детектор (он же slope detector), дискриминатор Фостера-Сили (Foster-Seeley discriminator), детектор отношений (ratio detector), квадратурный демодулятор (quadrature demodulator), а также демодулятор на основе ФАПЧ. В SDR приемниках используется специальный DSP фильтр, дифференциатор. Данные схемы и алгоритмы заслуживают отдельных постов.

Вы можете прислать свой комментарий мне на почту, или воспользоваться комментариями в Telegram-группе.

Что такое девиация частоты радиопередатчика радиостанции

Некоторые параметры мы уже рассматривали в разделе «Портативные рации». Здесь мы постараемся более детально рассмотреть характеристики и оценить значимость каждой из них. Начнём с общих характеристик для приёмного и передающего трактов:

Диапазон рабочих частот — полоса частот, в которой обеспечивается приём/передача сигнала с заданными параметрами. Обычно, это стандартные частотные полосы, принятые в большинстве стран. Наиболее значимые из них находятся в УКВ участках: так называемый «нижний» УКВ диапазон 136 — 174 МГц и «верхний» 400 — 520 МГц.

Тип модуляции — метод передачи звукового сигнала посредством высокочастотных колебаний в рабочем диапазоне частот. Различают амплитудную модуляцию (АМ) и частотную (ЧМ), а также их разновидности. В портативных аналоговых станциях нашла применение узкополосная ЧМ модуляция (современное обозначение — FM F3E). FM модуляция обеспечивает изменение в небольших пределах рабочей частоты (так называемая девиация) посредством звуковых колебаний. В приёмнике частотно — модулированный сигнал преобразуется в исходный звуковой сигнал. Узкополосность необходима для уплотнения частотных каналов, между которыми минимальный шаг может быть 12,5 кГц.

Антенна рации — весьма важный элемент, от которого зависит качество связи (в частности, дальность). Большинство применимых на практике антенн относятся к спиральному типу. Сопротивление таких антенн (импеданс) около 50 Ом. Наибольшей эффективностью обладают спирали, настроенные на 400 — 520 МГц, так как длина волны (около 70 см) позволяет изготавливать их размером не более 8 — 10 см. Такая длина хороша для применения в портативном варианте, а также достаточна для эффективного излучения. На нижнем УКВ диапазоне длина антенны должна быть не меньше 15 — 17 см (имеется ввиду спиральный тип).

Тип и ёмкость аккумулятора — важный параметр, от которого напрямую зависит продолжительность работы станции. Наибольшей популярностью пользуются литий — ионные аккумуляторы (Li-ion), обладающие малым весом и высокой энергоёмкостью. К тому же, они не требуют строгого соблюдения циклов заряд/разряд, что даёт возможность в любое время подзарядить рацию. Ёмкость их может колебаться от 1100 до 2800 mA/h и выше, а напряжение составит 3,7 В, либо 7,4 В, в зависимости от модели. Реже встречаются никель — металлгидридные (Ni-MH), ещё реже — никель — кадмиевые (Ni-Cd) аккумуляторы. Соотношение их веса и ёмкости, а также размеры проигрывают литий — ионным аккумуляторам, но зато и цена их значительно ниже.

Параметры приёмного тракта:

Чувствительность приёмника — это способность его принимать слабые сигналы. Чем слабее сигнал, который способен принять приёмник при сохранении разборчивости речи, тем выше его чувствительность. Этот параметр зависит от усиления приёмного тракта, а также от его шумовых характеристик. Чем ниже собственные шумы, тем большее усиление можно получить. Современные приёмники выполняются по технологии SDR, где основное усиление обеспечивается цифровым методом обработки данных (хотя приёмник является аналоговым). Это даёт возможность получить максимально возможную чувствительность и приемлемое соотношение сигнал/шум. На практике чувствительность получается не хуже 0,2 мкв. Такое минимальное напряжение требуется на входе приёмника, чтобы на выходе получить качественный аудиосигнал при соотношении сигнал/шум 12 дБ. Это значит, полезный сигнал будет примерно в 4 раза превышать по уровню шумы, что достаточно для разборчивого приёма. Чувствительность зависит также от избирательности, которую мы сейчас рассмотрим.

Избирательность по соседнему каналу — это способность приёмного тракта подавлять соседние мешающие сигналы при сохранении приемлемой чувствительности в рабочей полосе частот. В классических супергетеродинных приёмниках избирательность обеспечивалась узкополосными кварцевыми или пъезокерамическими фильтрами, а также двойным преобразованием частоты. Такое решение было довольно сложным и металлоёмким. В SDR приёмниках, использующихся в большинстве моделей раций, необходимая полоса приёма и подавление соседних сигналов формируются цифровым способом, позволив отказаться от громоздких фильтров. Таким образом, приёмник принимает слабый сигнал на рабочей частоте, никак не реагируя даже на мощные помехи, действующие на соседних частотах. Уровень подавления может достигать 60 — 70 дБ, что является вполне достаточным (мешающие сигналы слышны не будут).

Выходная звуковая мощность — уровень громкости, обеспечиваемый приёмным трактом. Зависит от выходных цепей усилителя НЧ, то есть, от применённой микросхемы в НЧ тракте. Обычная мощность колеблется от 500 до 1000 mW. Это достаточная громкость даже в условиях шумной улицы. Не следует забывать, что качество и громкость звукового сигнала зависят также от типа применённого динамика.

Нелинейные искажения звукового тракта — уровень гармонических составляющих звукового сигнала. Влияет на качество и разборчивость воспроизводимой речи. На практике искажения на максимальной громкости не должны превышать 10%. В большинстве моделей раций уровень гармоник не превышает 5%.

Параметры передающего тракта:

Мощность передатчика — уровень высокочастотной энергии, подводимый к антенне. Измеряется в Ваттах (W). Чем больше мощность, тем большее напряжение ВЧ действует на нагрузке (антенне). Соотношение примерно таково: при 0,5W напряжение будет 5 В, при 1W напряжение достигнет 7 В, при 5W напряжение будет около 15 В. При излучении этого напряжения в пространство, оно будет затухать по квадратичной зависимости, то есть, чем дальше от передатчика, тем медленнее оно затухает. На практике рация, работающая на полной мощности (5W или 15 В) обеспечит на прямой видимости напряженность поля 0,2 — 0,5 мкв на расстоянии в 30 — 40 км. Такую напряжённость поля сможет воспринять приёмник, имеющий запас по чувствительности до 0,2 мкв. Поэтому, предельная дальность связи будет именно такой.

Уровень побочных излучений — паразитные (гармонические) сигналы, способные создавать помехи приёмникам, мощность которых должна быть минимально возможной. Измеряется в микроваттах. Данный параметр зависит от выходной мощности передатчика, а также от степени подавления гармоник в специальном фильтре ФНЧ. Чем больше звеньев в данном фильтре, тем эффективней подавление. На практике в бюджетных моделях раций применяют 3 — 4 звена, в более дорогих станциях — до 5 — 6 звеньев. Приемлемым считается уровень

Девиация — как уже было отмечено выше, это изменение рабочей частоты передатчика под воздействием сигнала, получаемого с микрофона. На практике девиация может достигать 70 — 100 кГц (широкополосная FM модуляция). Такая девиация применима лишь для радиовещания. В портативных устройствах связи для получения узкой полосы передачи и приёма используют девиацию, не превышающую 5 кГц. Для разборчивого восприятия речевого сигнала достаточно даже 2,5 кГц.

Резюмируя сказанное, отметим, что наиболее важными параметрами портативных раций является диапазон частот, в котором они работают, чувствительность приёмника и мощность передатчика, а также качество антенны и энергоёмкость аккумуляторной батареи.

Какова девиация частоты при вещании FM радиостанций?

Какое максимальное отклонение в меньшую или большую сторону присутствует при вещании современных радиостанций(в России) в УКВ диапазоне(87.5 — 108 МГц)?
Если представить самый простейший радиоприёмник, то какую «ширину» частоты волны он должен использовать для демодуляции сигнала?
Например, если если мы хотим послушать радио на частоте 102.3 МГц, то какого будет отклонение в нижнюю и верхнюю сторону?
Я встречал информацию, что в России величина девиации 75 КГц в нижнюю и 75 КГц в верхнюю.

То есть в голове вырисовывается примерно такая картина:
При максимальной амплитуде звукового сигнала, частота модулированного сигнала максимальна: 102.375 МГц, а при минимальной амплитуде звукового сигнала, частота модулированного сигнала минимальна: 102.225 МГц.

Верно ли мои представление о том, как именно меняется частота? И верна ли величина девиации?

  • Вопрос задан 08 мар. 2023
  • 328 просмотров

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *