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调频广播的超远程高保真接收(一)

发表日期:2003年12月22日   出处:电子报 【编辑录入:飞奔
  调频(FM)广播的接收是近几年来,特别是去年的一个热门话题,这是因为调频广播较调幅(AM)广播音质好、保真度高、抗干扰性强、节目丰富,最关键的是成本低廉,现在虽然数字音源比比皆是,如CD、VCD、DVD等,但成本高,音乐软件又是一笔无尽的开支,而FM广播节目的接收则是免费的,故对收入不丰的而又想欣赏音乐的诸多发烧友来说,收听调频立体声(FM ST.)广播节目无疑是最好的选择。但发烧友的追求又永无止境,接收的台越多,选择性越大,但本地电台毕竟有限,这就是调频远程接收的由来。
    本人也是调频发烧友中的一员,爱好调频接收已有十几年了,总结了一些经验。在前几年的《电子报》上陆续发表了一些有关调频接收方面的文章。特别是在介绍了美国道奇车用数字调谐收音机后,引起了一场全国性的调频接收热,当时也得天时、地利、人和,时值全国各地调频广播越来越多之缘故,使得众多的烧友加入了这一接收行列。然而事情并不像我们想象的那么简单,出现了这样或那样的问题,时至今日,还电话铃声不断,信函颇多,向我询问诸如选材、接收、维修等方面的问题,另受编辑之约,再次提笔,系统介绍调频高保真接收、选材方面的有关知识,使广大调频接收爱好者都能如愿以偿,圆调频发烧之梦。
    一套完整的调频广播接收系统组成如图1所示,包括室外和室内两大部分。室外部分包括天线架和天线放大器;室内部分包括调频调谐器、功放和音箱。调频接收器由FM高频头和中放立体声解码电路组成。下边分别加以详细阐述。
    一、天线
  天线是接收系统的门户,是第一站,没有天线,再好的接收机也收不到信号,没有良好的天线,远程接收也是不可能实现的。为了便于大家理解,我们跟电视接收对比,因为大家对电视接收是相当熟悉的,而它们同属调频传送。调频天线的设计,完全等同于电视天线,要求不高的话,可直接用5频道电视室外天线代替调频天线。天线有以下三个指标:
    1.增益 天线的增益是用来说明天线接收信号能力的一个重要指标,它又是由天线的方向角和前后辐射比两个方面所决定。方向角越小,天线的接收能力越强,受其它方向的干扰就越小,这也就是为什么天线要对准方向,才能接收清晰图像和伴音的原因。天线的前后辐射比,是指天线前后接收信号强度之比,这个值越大,说明天线性能越佳。基本单元振子天线,有两个最大接收面,即前后比为1:1,如何增大前后比,使方向性更加尖锐,最好的办法是增加引向器和反向器,这也就是为什么只有在信号强时才用单个振子,而在信号弱时使用多单元天线的原因。理论上,引向器越多,增益越高,而反向器仅一根即可,但引向器过多,会影响带宽,机械强度也差,安装尺寸庞大,所以调频段的天线一般用三单元天线,最多不过五单元。
    2.方向图 它是表示天线对不同方向的信号所具有的接收能力,它与方向角的意义不同。原则上应使半波振子天线与电台发射台的信号方向垂直,但事实上接收远地信号,由于传播有所改变,在接收时可能有所偏差,应以实际接收效果最好为标准。当然我们要求的不仅是一个方向,而是要求360°全方向接收,这就产生了多方向和全方向天线。事实上,前面的单个振子就是多方向天线,若将两副振子垂直组合,便成了十字全向天线,此种天线笔者原来也介绍过,但因其效率低,增益低,故用在信号弱地区不很适宜。唯一的办法就是用转向天线,它既有较高的增益,又有好的方向图,它能与来自任何方向的信号进行垂直接收,并获得最大增益,它能提高信噪比,消除邻频干扰甚至同频干扰,是我们调频接收爱好者的最佳选择。
    3.带宽 它是表示接收调频信号频率的一个指标。通频带越宽,表示其接收电台越多,我国规定调频广播的频率范围是87.5~108MHz,总带宽为20MHz,仍属窄带天线,其中
            ____
心频率为=√λ1?λ2  =97.4MHz,一般取98MHz,如果偏向某一频段,比如低段(88~98MHz)或高频段(98~108MHz),设计天线时,可以有意倾向某端,灵活掌握。
    总之,接收调频广播对室外天线的要求是增益要高,具备全方向接收(若其它方向无电台,也可定向接收),使用方便。一般三单元天线增益是7dB,五单元天线可达11dB。去年笔者使用的FM9901A型天线,便是国内首家按调频广播接收设计的三单元专用天线,利用电源盒,可以控制天线全方位转动接收,效果不错。由于设计天线尺寸计算复杂,下面仅给出五单元调频天线的制作尺寸,见图2,供爱好者自制参考。
    材料:使用∮10mm的铝管,按图制作,铜管更好,直径越大越好,但在弯制折合振子时先用砂粒灌满,然后弯制,这样不易折断,且弯曲处光滑。中间可用相同材料连接,但注意必须在引向器和反向器的中点。也可用绝缘材料连接,均不影响效果。
    二、天线放大器
  放大器是FM超远程接收的必不可少的组成部分,没有它,超远程接收是不可能实现的。它的作用是将天线接收到的微弱信号进行放大,以提高信噪比。另外,远程接收的天线一般架设得很高,需很长的馈线引入室内,这就有一定的损耗,放大器的另一个作用就是弥补传输馈线所带来的损耗。
    天线放大器的一个重要指标就是增益。一般地讲,增益高一些,输出电平相应高一些,但噪声也随之增大,尤其弱信号更是如此,当输入强信号时,输出电平过高又会使接收机过荷失真,产生阻塞现象,因此增益要适当,一般在30dB左右,需要注意的是不要将放大器视为万能武器,好像有了放大器,一切问题都迎刃而解了,这里还有很多复杂的原因(后文将述)。因调频段带宽仅20MHz,属窄带放大器,只要在前级加入相应的带通滤波器即可。
    选用放大器的原则是高增益,低噪声,最好带AGC功能。早期产品均是二级或三级高频三极管组成,噪声大;后期产品则采用一级低噪声晶体管加上一级集成放大电路,最常见的便是2SC3358+μPC1651的形式,这种形式被许多厂家所选用。近年较好的则是利用性能指标更好的AT415+A08电路,笔者认为这是目前最佳的组合,符合低噪声、高增益的选取原则。笔者曾介绍的QG836放大器便是这种形式。如有条件,可选用二级双栅场效应管构成的放大器,它除有较低的噪声,较高的增益外,还有很强的抗过载能力,应是除集成电路外,分立件的最好选择,双栅管可选用K73、BF964等型号。
    实际上,只要是电视上用的放大器,均可用于调频段,仅需将前级带通滤波器换成调频专用的一体化BPF即可,它的外形似一只瓷片电容,但有三个引脚,即输入、地、输出,它的作用就是将88~108MHz以外的信号滤掉,而调频信号畅通无阻,有效地提高了信噪比。如购不到此件,可用电感、电容组合,如图3所示。
    再告诉大家一点,笔者前段时间试验了用于卫星接收的高频头来做天线放大器取得了很好效果。卫星接收上用的高频头金属全屏蔽防雨结构,其内部的混频级和本振级除去不用。内部有三级场效应管构成的高频放大电路,其接收频率为3.4~4.2GHz,是调频段的几十倍,增益高、效果好。虽然内部有谐振电路,但微带电感对调频信号来讲仅相当于直导线,在前级加入BPF就是很好的放大器。当然笔者仅仅是做了一项试验而已,时间不长,其稳定性还有待考验。


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    发表人:[nhf IP:222.84.28.88 发表人邮件:nhf668899@163.com 发表时间:2004/8/20 11:55:07]

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