Материал: БТВА (окончательная редакция) для печати

Частотный демодулятор (рис.9.13) состоит из:

• амплитудного ограничителя и полосового фильтра с полосой пропускания 27 или 36 МГц (или регулируемой). Он включается на входе дискриминатора для подавления сигналов комбинационных частот, образующихся при ограничении амплитуды частотно-модулированной несущей до требуемого уровня;

• дискриминатора с амплитудно-частотной характеристикой вы­сокой линейности;

• ФНЧ для подавления высокочастотных составляющих, лежа­щих выше выбранной его частоты среза.

Рис. 9.13. Структурная схема частотного демодулятора:

1 - амплитудный ограничитель; 2 - полосовой фильтр; 3 – частотный дискриминатор; ФНЧ - фильтр низких частот видеосигнала; УПЧ – усилитель второй промежуточной частоты; ФПЧ – фильтр промежуточной частоты.

В типовых демодуляторах средняя частота полосового фильтра ПЧ и "нулевая" частота дискриминатора всегда совпадают. Они настраиваются точно на немодулированную несущую, частота которой при приёме в аналоговой системе в ранних моделях может быть равной 70 МГц или 134,26 МГц, а в более поздних – 479,5 или 612 МГц.

При появлении на входе дискриминатора немодулированной не­сущей напряжение на его выходе равно нулю. Если на вход дис­криминатора подаётся частотно-модулированная несущая, то при отклоне­нии её частоты в любую сторону от "нулевой" на его выходе появ­ляется напряжение, пропорциональное отклонению (девиации) частоты, соответствующей полярности и амплитуды.

Максимально возможная амплитуда на выходе зависит от ши­рины и крутизны выходной амплитудно-частотной ха­рактеристики дискриминатора. Ширина полосы частот дискриминатора определяется рас­стоянием на частотной оси между горбами характеристики. Для работы выбирается только её линейный участок. В общем случае полоса частот дискриминатора должна быть равна или немного превышать удвоенную девиацию частоты несущей.

Выходное напряжение дискриминатора не должно зависеть от амплитуды ЧМ-несущей, подаваемой на его вход, так как это увели­чивает нелинейные искажения выходного сигнала и снижает помехо­устойчивость демодулятора. Однако в частотных дискриминаторах такая зависимость реально существует и проявляется весьма замет­но, чего нельзя допускать. Поэтому типовые демоду­ляторы имеют высокоэффективный амплитудный ограничитель для ограничения амплитуды модулированной несущей, если она превышает установленный уровень. Это обеспечивает подачу на вход дискриминатора несущей только определённого уровня.

Контрольные вопросы:

1. Что такое геостационарная орбита ИСЗ? Почему спутники-

ретрансляторы необходимо выводить на такую орбиту?

2. Почему в спутниковом телевидении используют только сантиметровый и миллиметровый диапазоны волн?

3. Какие антенны применяются для приёма сигналов спутникового

ТВ-вещания? Объясните необходимость применения именно таких

антенн.

4. Объясните принцип работы параболических антенн различной конструкции. Достоинства и недостатки прямофокусных и офсетных антенн.

5. Объясните принцип работы и достоинства антенн Кассегрена и антенн двойной кривизны.

6. Начертите упрощённую функциональную схему спутникового РПрУ и поясните назначение элементов этой схемы.

7. Почему в спутниковых ТВ-приёмниках применяется двойное преобразование частоты?

8. Объясните, почему спутниковые РПрУ разделяются на наружный и внутренний блоки.

9. Объясните назначение конвертора, начертите его функциональную схему и поясните назначение элементов этой схемы.

10. Объясните назначение ресивера и по функциональной схеме объясните назначение его элементов.

11. Что такое поляризация электромагнитных волн? Объясните назначение поляризатора в конверторе спутникового РПрУ.

12. Объясните назначение и принцип работы АРУ в ресивере.

13. Объясните назначение и принцип работы АПЧГ в ресивере.

14. Объясните назначение малошумящего усилителя в конверторе.

Глава 10. Цифровое телевидение

10.1. Общие сведения.

В течение длительного времени в радиоэлектронике и технике связи использовались преимущественно аналоговые сигналы. С их помощью удавалось решать достаточно сложные проблемы, имеющие место в радиосвязи, радиолокации, телевидении и т.д. Аналоговые сигналы сравнительно просто можно генерировать, усиливать, преобразовывать и обрабатывать с помощью электронных устройств непрерывного действия – ламповых и транзисторных приборов.

Аналоговый (непрерывный) сигнал U(t) определён для любого значения времени t и может принимать любое значение в пределах некоторого диапазона U_{C min} ÷ U_{C max} . Такой сигнал является аналогом некоторого физического процесса и, как правило, представляется в виде напряжения. Например, напряжение электрического сигнала на выходе преобразователя «свет-сигнал» (передающей телевизионной трубки) пропорционально яркости развёртываемых элементов изображения.

В начале 60-х годов 20 века стали разрабатываться радиотехнические системы, основанные на обработке дискретных сигналов. Эти системы позволяют располагать в интервалах времени между отсчётами одних дискретных сигналов отсчёты других дискретных сигналов. В результате появилась возможность по одному каналу связи передавать несколько сообщений, осуществляя многоканальную связь с разделением каналов по времени. Такие системы получили название каналов связи с временным уплотнением.

Дальнейшим развитием техники получения и обработки дискретных сигналов являются цифровые радиотехнические системы. Наиболее существенное влияние на разработку цифровых систем оказало развитие микросхемотехники. Широкое внедрение цифровой обработки сигналов в радиотехнике было обусловлено увеличением дальности связи и требованием высокой её помехоустойчивости. Цифровые методы приобрели также первостепенное значение в обработке, преобразовании и хранении телевизионных сигналов изображения, аудиосигналов и пр.

Цифровое телевидение – это область телевизионной техники, в которой операции формирования, обработки, консервации и передачи ТВ-сигнала осуществляются при преобразовании его в цифровую форму.

Цифровой сигнал может быть получен в аналого-цифровых преобразователях (АЦП) «свет-сигнал» или с выхода аналоговых ТВ-датчиков. В последнем случае преобразование аналогового ТВ-сигнала в цифровой осуществляется в кодирующем устройстве ТВ-системы.

По сравнению с аналоговым телевидением, цифровое телевидение представляет собой более высокую ступень развития ТВ-техники.

Преимущества цифровых методов обработки и передачи ТВ-изображения заключаются в следующем:

• высокая стабильность параметров ТВ-систем;

• значительное увеличение надёжности и технологичности ТВ-систем;

• возможность применения методов электронно-вычислительной техники при обработке, преобразовании и анализе ТВ-изображения;

• расширение номенклатуры преобразований сигнала с целью создания видеоэффектов, геометрических преобразований изображения и т.п.;

• возможность практически неограниченного числа перезаписей фрагментов изображения при формировании программ;

• возможность хранения видеоинформации длительное время без ухудшения его качества;

• реализация сложных сервисных программ по управлению ТВ-устройствами;

• возможность осуществления достаточно сложных процедур анализа изображений (например, в системах распознавания образов);

• высокая экономичность цифровых устройств и решение ряда задач, практически невыполнимых на базе аналоговой техники, например, простоты перестройки (перепрограммирования) цифровых устройств на реализацию других функций;

• принципиальная возможность устранения накопления шумов путём восстановления формы импульсов в каскадных системах, например, связных, ретрансляционных, спутниковых и других.

Одной из основных причин внедрения цифрового вещания является тот факт, что аналоговый сигнал по мере его распространения в любой среде претерпевает существенные искажения, не компенсируемые на приёмной стороне. Одним из таких значимых значений, характеризующих качество сигнала, является отношение сигнал/шум (C/N).

Рис.10.1. Зависимость соотношения сигнал/шум в зависимости

от расстояния для цифрового и аналогового сигнала.

Для цифрового сигнала характерна та особенность, что его качество остаётся неизменным при снижении уровня входного сигнала (что эквивалентно снижению C/N) до некоторого минимального значения, именуемого порогом (пороговым значением по тому или иному критерию). Однако следует заметить, что сам исходный сигнал в аналоговом виде более высокого качества в сравнении с цифровым, что понятно из самого его физического смысла. Но это различие невелико как по объективным, так и по субъективным показателям.

Однако при всех перечисленных достоинствах цифровое телевидение имеет один главный недостаток: необходимость значительного расширения полосы частот, занимаемых информационными сигналами, по сравнению с аналоговым телевидением.

Цифровые методы обработки и передачи ТВ-сигналов могут применяться во всём ТВ-тракте, начиная от преобразователя «свет-сигнал» и заканчивая преобразователем «сигнал-свет», или только в его отдельных звеньях, например, в аппаратно-студийном комплексе (АСК) или в отдельных узлах приёмных устройств. Применение аналого-цифровых методов обработки ТВ-сигналов в АСК позволяет осуществить высококачественное преобразование и анализ видеоизображения, реализовать эффективное управление ТВ-устройствами, которое практически невозможно достигнуть в аналоговых АСК. Применение цифровых методов обработки при передаче ТВ-сигналов по магистральным линиям значительно повышает помехозащищённость этих линий и улучшает качество передачи информации на большие расстояния.

Выбор соответствующего стандарта кодирования цифрового сигнала позволяет создать общую систему для обмена ТВ-программами в международном масштабе и устранить необходимость преобразования (транскодирования) ТВ-стандартов.