中波调幅立体声接收技术

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调频立体声广播虽然具有抗干扰能力强、保真度高等优点,但它也有一些缺点,例如,它只能在“视距”范围内传播、电波覆盖面积小,由于这种波绕射能力差,所以在大厦林立的大城市中,电波的“阴影”区接收条件就非常差。如果采用调幅立体声广播,则能克服上述缺点。另外,采用调幅立体声广播的更主要的优点是,它能与现存的单声道调幅系统兼容(国际上通用的中波广播发射机经过改造后即可满足立体声广播的指标)。因此它继承了调幅广播波长较长、覆盖面广、多径传输失真小、几乎不存在“阴影区”、接收机不必使用长长的鞭状拉杆天线(仍用普通单声道调幅收音机内藏式的磁性天线)等优点,是一项很有发展前途的广播技术。

为了更好地理解调幅立体声的接收原理,我们首先简要介绍一下调频立体声接收机的工作过程。图1为一个典型的调频立体声接收机方框图。其输入回路、高放、变频、中放以及鉴频电路与单声道调频收音机电路结构相同。所不同的是调频立体声接收机多设置了一个解调器和一路低频放大及扬声系统。由天线接收到的调频立体声高频信号,经输入回路和高频放大器选频放大后送到变频级,与本振信号混频差出10.7MHz中频信号,由中频放大器放大到足够的幅度再送到鉴频器进行频率检波,检出立体声复合信号,然后送入立体声解调器。解调器由复合立体声放大分离电路、副载波恢复电路和开关电路等组成。立体声复合信号先在复合信号放大分离电路中分离出主信号(即左声道L加右声道R的和信号L+R)、副信号(即以38kHz为副载波的已调差信号L-R)和导频信号(频率为19kHz,作为同步信号,此信号与发送端被抑制掉的副载波同频同相。导频信号送入副载波恢复电路,经倍频、放大后,恢复在发送端被抑制掉的38kHz副载波,并将它作为开关信号,与主、副信号一起加到开关电路。于是电子开关以每秒38000次的速率快速切换、交替导通左、右声道,完成了左右声道的分离。由于发送端为提高音频高端的信噪比,采取了“预加重”措施,所以解调器后面必须设置相应的“去加重”网络以便使音频信号“复原”。最后信号分别送入左、右低频放大器,推动左、右扬声系统以实现立体声放音。

图1
图1 🔍原图 (1086×213)

中波调幅立体声广播与调频立体声广播一样,也是使用了主、副信号的所谓“和差”编码方式。不同的是,调幅立体声技术不使用副载波来传送副信号,且超低频的导频信号仅供接收机作立体声信号指示用。根据副信号调制方式的差异,世界上先后出现了五种调幅立体声制式(各种制式基本上都是用主信号对主载波进行振幅调制):马格奈伏克斯(MAGNAVOX)制是主信号对载波进行振幅调制,副信号对载波进行相位调制(调相),用5Hz的超低频作指示信号;贝拉(BELAR)制是用主信号对载波进行振幅调制,而用副信号对载波进行频率调制(调频),指示信号为10Hz,哈里斯(HARRIS)制也是用主信号对载波进行调幅,两副信号对移相90°的载波进行平衡调幅(正交平衡调制),导频指示信号为55Hz;卡恩(KAHN)制是主信号经-45°移相后对载波进行调幅,而副信号经+45°移相后对载波进行调相,指示信号为15Hz;英托洛拉(MOTOROLA)制采用兼容正交调幅制,与哈里斯制大致相同,立体声指示信号为25Hz。

中波调幅立体声广播从1984年以来在全球范围内发展很快,墨西哥、美国、澳大利亚、新西兰、加拿大、日本、巴西、智利、委内瑞拉、西班牙以及南非等都相继开播。我国浙江省台也于1986年7月开始了试播。在中波调幅立体声接收技术上,被称为“汽车之国”的美国发展较快。为了改善处于运动状态的汽车收听立体声广播的质量问题,汽车商宣布在九十年代前将有“11000万台采用莫托洛拉制的收音机装在汽车上”。

莫托洛拉制接收机方框图见图2。

图2
图2 🔍原图 (1128×710)

由图2可知,这种结构与图1所示的调频立体声接收机基本相同,仅在立体声解码器这部分有较大的不同,而解码器前面各级电路均与普通单声道调幅广播接收机一样。由天线接收到的中波调幅立体声信号经混频变换为中频信号IF并经放大后进入立体声解码器。IF信号在解码器中分两路:一路经包络检波器检出主信号M=L+R;另一路进入可变增益控制电路。可变增益控制电路与鉴相器、晶体压控振荡器(VCO)、移相分频器等共同构成锁相环路,确保由移相分频器输出的两个相互正交的中频载波与进入可变增益控制电路的IF载波严格同步。前述已知,莫托洛拉制采用正交调制方式,即主信号M传送方式与传统的调幅波信号一样,而副信号S(差信号L-R)则调制在经移相90°的载波上,然后通过平衡调幅法将载波抑制掉。由于合成信号存在误差,所得到的信号振幅不能和单声道包络检波接收机很好的兼容,因此在发送端为了消除误差是把正交调制信号通过硬限幅削掉振幅变化的部分作为载波,再被M信号调幅,接收机解码器中的可变增益控制电路即用来恢复被发送端限幅器削掉的这个振幅变化部分。它受控于误差比较放大器,因为误差放大器送出的信号是与发送端去掉的误差量成正比的。由此可知经可变增益控制电路输出的信号就与发送端限幅前的信号一致了。此信号分别送入同相同步检波器、正交同步检波器检出副信号S,以及供立体声指示及开关控制的25Hz导频信号;由鉴相器输出的、经直流电压控制的晶振VCO发出的等幅载波通过分频、移相后分别供给同相同步检波器和正交同步检波器作同步检波用。包络检波器检出的M信号和正交同步检波器检出的S信号(实际上是载波的同相分量和载波的正交分量)送入矩阵电路,就可以通过矩阵的加、减作用得到L、R信号。

图3为卡恩制接收机方框图。这种制式的主、副信号之间设置了90°相位差,其传送方式类似独立边带(ISB方式),L信号处在载波的下边带,R信号处于载波的上边带。它采用了多工传输技术中的AM—PM(调幅—调相)方式,故卡恩制接收机需采用锁相技术进行正交解调。由天线接收到的信号经RF/IF变换后,中频信号分三路:一路送普通的包络检波器,经+45°移相后解调出M信号(因为发送端为实现单边带工作,已将M信号移相-45°,而将S信号移相+45°);另一路送入鉴相器;第三路送入减法器,与鉴相器输出的寓于载波相位调制中的正交分量相减,目的是同发送端为降低失真而设置的加法器相对应,并进行补偿以校正失真。由同步检波器检出的变相S信号经-45°移相后恢复为S信号,并与M信号一起送入矩阵电路,最终得到L、R信号。

图3
图3 🔍原图 (950×603)

中波调幅立体声接收技术发展迅速。相信在不久的将来,会有更新的突破。(黄世澄)