Общая характеристика. Телевизионное радиовещание осуществляется в метровом диапазоне волн, занимая полосы: 48,5…66, 74…100, 174…230 МГц (каналы с 1-го по 12-й), и в дециметровом диапазоне волн в полосе 470…958 МГц (номера каналов с 21-го по 81-й). Телевизионное РПДУ состоит из двух самостоятельных передатчиков, один из которых передает сигнал изображения, другой - звуковое сопровождение. В передатчике изображения осуществляется АМ с частично подавленной нижней боковой полосой, в передатчике звука – частотная модуляция. Модулирующий сигнал передатчика изображения включает: видеосигнал яркости - преобразованное в электрический сигнал оптическое изображение, сигнал цветности и сигналы синхронизации - строчный и кадровый.

Спектр частот такого сложного сигнала занимает полосу 0…6,5 МГц. Нижнее значение частоты в этом спектре связано с медленно изменяющейся освещенностью передаваемого изображения. При таком модулирующем сигнале после АМ радиосигнал должен был бы занимать полосу частотой 13 МГц. Однако для сужения ширины спектра излучаемого сигнала нижняя боковая полоса частично подавляется, и в целом спектр радиосигнала телевизионного РПДУ занимает полосу 8 МГц (рис. 24.3).

Параметры радиосигнала передатчика звука соответствуют параметрам радиосигнала УКВ ЧМ вещания и занимают полосу 145 кГц. Частота несущей этого передатчика располагается выше спектра, занимаемого передатчиком изображения (рис. 24.3). Мощность наземных РПДУ изображения в зависимости от условий вещания и охвата обслуживаемой территории составляет от нескольких сотен ватт до 50 кВт, а РПДУ звука - в 10 раз меньше, т.е. не более 5 кВт.

Структурная схема телевизионного РПДУ.

Каждый из РПДУ (изображения и звука) состоит из двух полукомплектов, мощности которых суммируются с помощью мостовых устройств. Таким образом, в целом телевизионный передатчик включает: четыре ВЧ или СВЧ усилителей мощности, работающих на общую антенну; сумматоры сигналов; общий фильтр-дуплексер; возбудитель AM передатчика изображения и возбудитель ЧМ передатчика звука. При выходе из строя одного из полукомплектов мощность соответствующего РПДУ снижается в четыре раза. Но путем переключения мощность работающего полукомплекта направляется непосредственно в антенну, минуя сумматор, и тогда излучаемая мощность снижается всего в два раза. После мостовых устройств включается фильтр-дуплексер, имеющий два входа с разными частотными полосами и один общий выход, что позволяет направить в одну антенну два сигнала с разными частотами.

Возможна и другая структурная схема телевизионного РПДУ, при которой сначала с помощью фильтра-дуплексера объединяются полукомплекты передатчиков изображения и звука, а затем их мощности суммируются с помощью общего мостового устройства. При мощности до 1 кВт телевизионный передатчик метрового диапазона может быть полностью полупроводниковым, при большей мощности - в выходных каскадах используются электровакуумные приборы. Передатчик звука по схеме и конструкции практически совпадает с РПДУ УКВ ЧМ радиовещания. Передатчик сигнала изображения. Одна из возможных структурных схем такого передатчика приведена на рис. 24.4.

В устройстве формирование сигнала с АМ, с частично подавленной нижней боковой полосой (рис. 24.4), производится на промежуточной частоте в блоке АМ–ПЧ.

Блок должен обеспечивать высокую линейность модуляционной характеристики и АЧХ с малой неравномерностью, что достигается с помощью фильтров и специальных корректоров. Сформированный AM сигнал изображения подается на смеситель, взаимодействует с сигналом стабильного синтезатора частот и переносится в требуемую полосу частот, отведенную для данного телевизионного передатчика.

Усилитель мощности, работающий в режиме усиления АМ колебаний, должен иметь линейную амплитудную характеристику, равномерную АЧХ в пределах 8 МГц и не вносить искажений в усиливаемый по мощности сигнал.

Для соблюдения норм по подавлению побочных излучений радиопередатчика на его выходе включают полосовой фильтр с полосой пропускания 8 МГц.

В данной статье поговорим про телевизионный радиопередатчики схему этого устройства.

В молодости, в моей жизни был период – служба в армии «на краю Земли». Это место было там, куда не едут паровозы, корабли заходили один раз в год, а самолёты пролетали над нашими головами по воздушному коридору, предоставленному славной и грозной (в то время) системой ПВО, зорко контролирующей пересечение летательными аппаратами государственной границы нашей Родины. Самыми «представительными» из наших друзей были — собаки, а из соседей — белые медведи, олени, моржи и киты. Там у нас была всего одна телевизионная программа, принимаемая спутниковой тарелкой под названием «Москва».

У офицеров и прапорщиков в ту пору появились видеомагнитофоны, и они, возвращаясь из летних отпусков, везли в бесчисленном количестве видеокассеты с фильмами. Эти кассеты потом ходили по рукам, пока не приходили в негодность. Самый эффективный видеомагнитофон, портящий видеокассеты стоял у нас в казарме. Передняя панель отсутствовала, блокировка режима записи не работала. И все кому не лень жали на голые микро кнопки, пытаясь включить воспроизведение, или перемотать. Часто, вместо нужной кнопки нажималась кнопка записи, и кусок фильма просто стирался. После таких издевательств на кинематографом, офицеры видеокассеты в казарму давать переставали. Чтобы «удовлетворить спрос» товарищей, я собрал простенький телевизионный передатчик, который по сигналам VIDEO и AUDIO транслировал в эфир полноценный телевизионный сигнал. Мощность была маленькой, но в радиусе 100 метров был уверенный прием на втором телевизионном канале. Этого было достаточно для того, чтобы транслировать фильмы на весь городок. Трансляция производилась с одного видеомагнитофона «по телефонным заявкам» жителей городка.

Описанный в этой предыстории телевизионный передатчик требует разрешения на использование радиочастотного диапазона, поэтому я не буду публиковать его схему. Современные видеомагнитофоны имеют возможность соединения с устройством отображения (телевизор) через специальные соединители (по ВЧ, или НЧ каналам). В некоторых случаях бывает чрезвычайно неудобно использовать кабели-соединители для воспроизведения видеофильма на телевизор. Предлагаемая схема позволяет усилить по мощности высокочастотный сигнал, формируемый видеомагнитофоном и транслировать его по эфиру удаленным потребителям.

Радиус действия устройства, при котором сохраняется гарантированное высокое качество изображения, составляет 50-60 м без учета затухания (например, капитальная железобетонная стена дома уменьшает радиус его действия на 8-10 м). Схема питается от любого стабилизированного источника напряжением +9…18 В (рекомендуемое значение напряжения 12 В). Устройство работает в диапазоне частот 300…600 МГц.

Принципиальная электрическая схема устройства представлена на рисунке.

На транзисторах VT1 и VT2 собраны два каскада ВЧ усилителя с отрицательной обратной связью (R-типа). Общий коэффициент усиления обоих каскадов - 20 дБ. Транзистор VT3 является оконечным каскадом усилителя мощности. Коэффициент усиления этого каскада - 6-7 дБ.

Малый уровень шумов всей схемы (0,4-0,8 дБ) при общем усилении не менее 2,6 дБ обеспечивается использованием отрицательной обратной связи на полосковых элементах, что также исключает самовозбуждение каскадов усилителя и искажения сигнала.

Отсутствие регулировочных элементов делает конструкцию доступной для повторения и исключает сложности при настройке высокочастотных каскадов. Печатная плата и расположение элементов на плате изображены на рисунке ниже.

Плата изготовлена из двухстороннего фольгированного стеклотекстолита. Корпусные площадки обоих сторон платы следует соединить между собой сквозными паяными перемычками (приблизительно на площади 2 см 2 платы устанавливается 1 перемычка).

Отверстия для выводов конструктивных элементов не нужны. Между каскадами устройства необходимо установить экранирующие перегородки, соединенные с корпусом схемы. Питание на каскады желательно подавать через установленные в отверстиях экранирующих перегородок проходные конденсаторы, емкостью 1000-3000 пФ.

Обслуживать печатные проводники платы нежелательно, припой должен быть только в местах установки радиоэлементов. Перед монтажом элементов на плате ее необходимо отшлифовать мелкозернистой шкуркой, а затем отполировать полировочной пастой (например, ГОИ). Пассивные элементы желательно использовать безвыводные для поверхностного монтажа. Для обеспечения вышеуказанных электрических параметров необходимо точное копирование печатного монтажа платы и выполнение всех рекомендаций.

В устройстве применены мощные СВЧ транзисторы КТ939А. Неплохие результаты дает применение других аналогичных по параметрам транзисторов с граничной частотой около 1 ГГц, например, КТ610А и КТ916А.

Катушки L1, L2 бескаркасные и содержат соответственно 5 и 10 витков эмалированного провода диаметром 0,3 мм. Внутренний диаметр обоих катушек - 4 мм.

Антенна устройства представляет собой алюминиевый или медный штырь диаметром 10 мм и длиной 120 мм, припаянный непосредственно к плате в точке «А» (см. рис.).Рекомендуемые размеры антенны даны для 37 канала дециметрового диапазона (600 МГц). Это средняя частота любого ВЧ выхода видеомагнитофона.

Однако, для увеличения дальности передачи, без увеличения мощности усилителя сигнала, можно изготовить антенну, состоящую из двух накрест стоящих полуволновых вибраторов со смещением фазы сигнала на 90 градусов. Таким образом, мы получим качественную передающую антенну с горизонтальной поляризацией и круговой диаграммой направленности. Именно такую антенну я использовал в своём первом телевизионном передатчике. Дальность передачи гарантированно увеличивается в три раза.

После сборки устройство помещают в корпус из проводящего материала (например, медь), который по периметру соединяют пайкой с корпусными площадками платы с обеих сторон.

Устройство подключают коаксиальным кабелем непосредственно к высокочастотному выходу видеомагнитофона. К телевизору подключают комнатную антенну дециметрового диапазона, и меняя ее расположение настраивают по наилучшему качеству приема. Если расстояние между устройством и телевизором невелико (5-6 м), антенну заменяют отрезком провода длиной 10-15 мм.

Общая характеристика. Телевизионное радиовещание осуществляется в метровом диапазоне волн, занимая полосы: 48,5…66, 74…100, 174…230 МГц (каналы с 1-го по 12-й), и в дециметровом диапазоне волн в полосе 470…958 МГц (номера каналов с 21-го по 81-й). Телевизионное РПДУ состоит из двух самостоятельных передатчиков, один из которых передает сигнал изображения, другой - звуковое сопровождение. В передатчике изображения осуществляется АМ с частично подавленной нижней боковой полосой, в передатчике звука – частотная модуляция. Модулирующий сигнал передатчика изображения включает: видеосигнал яркости - преобразованное в электрический сигнал оптическое изображение, сигнал цветности и сигналы синхронизации - строчный и кадровый.

Спектр частот такого сложного сигнала занимает полосу 0…6,5 МГц. Нижнее значение частоты в этом спектре связано с медленно изменяющейся освещенностью передаваемого изображения. При таком модулирующем сигнале после АМ радиосигнал должен был бы занимать полосу частотой 13 МГц. Однако для сужения ширины спектра излучаемого сигнала нижняя боковая полоса частично подавляется, и в целом спектр радиосигнала телевизионного РПДУ занимает полосу 8 МГц (рис. 24.3).

Параметры радиосигнала передатчика звука соответствуют параметрам радиосигнала УКВ ЧМ вещания и занимают полосу 145 кГц. Частота несущей этого передатчика располагается выше спектра, занимаемого передатчиком изображения (рис. 24.3). Мощность наземных РПДУ изображения в зависимости от условий вещания и охвата обслуживаемой территории составляет от нескольких сотен ватт до 50 кВт, а РПДУ звука - в 10 раз меньше, т.е. не более 5 кВт.

Структурная схема телевизионного РПДУ.

Каждый из РПДУ (изображения и звука) состоит из двух полукомплектов, мощности которых суммируются с помощью мостовых устройств. Таким образом, в целом телевизионный передатчик включает: четыре ВЧ или СВЧ усилителей мощности, работающих на общую антенну; сумматоры сигналов; общий фильтр-дуплексер; возбудитель AM передатчика изображения и возбудитель ЧМ передатчика звука. При выходе из строя одного из полукомплектов мощность соответствующего РПДУ снижается в четыре раза. Но путем переключения мощность работающего полукомплекта направляется непосредственно в антенну, минуя сумматор, и тогда излучаемая мощность снижается всего в два раза. После мостовых устройств включается фильтр-дуплексер, имеющий два входа с разными частотными полосами и один общий выход, что позволяет направить в одну антенну два сигнала с разными частотами.

Возможна и другая структурная схема телевизионного РПДУ, при которой сначала с помощью фильтра-дуплексера объединяются полукомплекты передатчиков изображения и звука, а затем их мощности суммируются с помощью общего мостового устройства. При мощности до 1 кВт телевизионный передатчик метрового диапазона может быть полностью полупроводниковым, при большей мощности - в выходных каскадах используются электровакуумные приборы. Передатчик звука по схеме и конструкции практически совпадает с РПДУ УКВ ЧМ радиовещания. Передатчик сигнала изображения. Одна из возможных структурных схем такого передатчика приведена на рис. 24.4.

В устройстве формирование сигнала с АМ, с частично подавленной нижней боковой полосой (рис. 24.4), производится на промежуточной частоте в блоке АМ–ПЧ.

Блок должен обеспечивать высокую линейность модуляционной характеристики и АЧХ с малой неравномерностью, что достигается с помощью фильтров и специальных корректоров. Сформированный AMсигнал изображения подается на смеситель, взаимодействует с сигналом стабильного синтезатора частот и переносится в требуемую полосу частот, отведенную для данного телевизионного передатчика.

Усилитель мощности, работающий в режиме усиления АМ колебаний, должен иметь линейную амплитудную характеристику, равномерную АЧХ в пределах 8 МГц и не вносить искажений в усиливаемый по мощности сигнал.

Для соблюдения норм по подавлению побочных излучений радиопередатчика на его выходе включают полосовой фильтр с полосой пропускания 8 МГц.

Большинство радиотелевизионных станций в России в настоящее время представляют собой систему из двух передатчиков, работающих на общий антенно-фидерный тракт. Один из них служит для передачи видеосигнала и, поскольку такой сигнал занимает очень широкую полосу частот, в нём, с целью экономии радиоспектра, используется амплитудная модуляция. Именно к такому передатчику в дальнейшем будет относиться термин «телевизионный». Второй передатчик предназначен для передачи звукового сопровождения. Поскольку спектр звуковых сигналов в сотни раз уже спектра видеосигнала, для его передачи используется частотная модуляция, позволяющая обеспечить высокую помехоустойчивость приёма. Такой передатчик принципиально не отличается от передатчиков ЧМ радиовещания и, поэтому в дальнейшем рассматриваться не будет.

Структурная схема одного из вариантов построения телевизионной радиостанции приведена на рисунке 10.2.

Рисунок 10.2 – Структурная схема телевизионной радиостанции

Каждый передатчик радиостанции, для повышения надёжности, состоит из двух полукомплектов, работающих в мостовой схеме сложения мощностей с использованием квадратурных мостов (М ). В аварийной ситуации исправный полукомплект передатчика подключается к нагрузке в обход моста сложения мощностей с помощью переключателей s3…s6. Возбудитель также имеет резервный комплект, который в случае аварии включается в работу переключателями s1,s2.

Для обеспечения независимой работы передатчиков сигнала изображения и звукового сопровождения их выходы подключатся к антенно-фидерному тракту через разделительный фильтр (РФ ). Этот фильтр предотвращает взаимное влияние передатчиков, которое может привести к перегрузке выходных ступеней и перекрёстной модуляции. Общая колебательная система радиостанции выполняется в виде полосового фильтра гармоник (ФГ ).

Рассмотрим основные особенности телевизионного передатчика. Как уже было отмечено выше, в нем используется амплитудная модуляция. Однако и в этом случае полоса радиосигнала слишком велика (≈13 МГц ). Поэтому спектр амплитудно-модулированного сигнала ограничивают, частично подавляя нижнюю боковую полосу, как показано на рисунке 10.3а.

Рисунок 10.3 – Амплитудно-частотные характеристики.

При этом нижние частоты видеосигнала передаются двумя боковыми полосами, а частоты лежащие выше 1,25 МГц – одной боковой. Таким образом, в процессе фильтрации боковой полосы, удаётся избежать значительных изменений амплитуды и фазы несущего колебания и наиболее мощных составляющих видеосигнала, непосредственно примыкающих к несущей. Однако в этом случае сигнал на выходе приёмника имел бы вид, представленный на рисунке 10.3б. Чтобы не допустить искажение принятого сигнала, АЧХ приёмника формируют в соответствии с рисунком 10.3в. В результате частичного подавления боковых полос в области нижних модулирующих частот, характеристика принятого сигнала выравнивается (рисунок 10.3г). Поскольку вблизи частоты среза фильтра в приёмнике возникают значительные фазовые искажения, их компенсируют с помощью фазовых корректоров. Причём половина искажений корректируется в приёмнике, а остальная часть устраняется путём предкоррекции в передатчике. В результате частичного подавления нижней боковой полосы спектр сигнала на выходе телевизионного передатчика удаётся разместить в полосе 8 МГц вместе с сигналом передатчика звукового сопровождения, который при максимальной звуковой частоте 20 кГц и стандартной девиации 50 кГц занимает согласно (9.11) и (9.14) полосу 250 кГц . Несущая частота сигнала звукового сопровождения выбирается на 6,5 МГц выше частоты несущей сигнала изображения.

Вследствие униполярности видеосигнала возможны два варианта амплитудной модуляции. В одном случае максимальный уровень сигнала соответствует уровню «белого» (позитивная модуляция), в другом – уровню синхроимпульсов (негативная модуляция). В мировой практике аналогового телевидения оба варианта находят применение. Отечественным стандартом предусмотрена только негативная модуляция, при которой обеспечивается максимальная помехоустойчивость системы синхронизации.

Уровень «белого» при негативной модуляции составляет 12,5% от пикового значения видеосигнала. Углубление модуляции до 0% , и тем более перемодуляция, когда несущая пропадает, не допустимы, т.к. несущая сигнала изображения используется в качестве частоты гетеродина при формировании промежуточной частоты звукового канала в телевизионном приёмнике. Отсутствие несущей изображения приведёт к пропаданию звукового сигнала.

Наличие постоянной составляющей в видеосигнале приводит к необходимости построения видеотракта по схемам усиления постоянного тока, что крайне сложно и нецелесообразно в виду многочисленности усилителей и корректоров, которые также строятся с использованием усилительных каскадов. Поэтому основная часть видеотракта, как правило, строится на базе обычных усилителей, разделительные конденсаторы которых рассчитаны на пропускание частоты кадров. Постоянная составляющая при этом теряется, что приводит к увеличению размаха видеосигнала и низкой эффективности использования активных элементов. Эта особенность иллюстрируется рисунком 10.4. Здесь показано, как меняется уровень постоянной составляющей в видеосигнале при передаче двух изображений – чёрной полосы на белом фоне и белой полосы на чёрном (рисунок 10.4а). Если убрать постоянную составляющую в этом сигнале (рисунок 10.4б), то в пределах рабочего участка характеристики АЭ (Δевх ) сигнал поместится только при существенном (примерно в 1,7 раза) уменьшении его эффективного значения.

Рисунок 10.4 – Видеосигналы черной и белой полос

Соответственно уменьшится и эффективное значение выходного сигнала. С низким использованием АЭ можно мириться в маломощных предварительных ступенях; в мощной выходной ступени это недопустимо, поэтому на её входе постоянная составляющая должна быть восстановлена. Эта процедура выполняется с помощью специальных управляемых схем восстановления постоянной составляющей (ВПС ).

Ограниченное число каналов в 1- 3 телевизионных диапазонах (48,5÷ 230 МГц ), наиболее интенсивно используемых для телевизионного вещания, привело к необходимости использования работы в совмещённых каналах. Иначе говоря, одна и та же частота используется для вещания в разных населённых пунктах. При этом неизбежны взаимные помехи, существенно снижающие качество приёма вследствие биения частот радиостанций, работающих в совмещённых каналах. Помехи могут быть существенно ослаблены при использовании взаимного смещения несущих частот таким образом, чтобы составляющие спектра сигнала одной станции располагались в промежутках между спектральными составляющими другой. В этом случае частота биений будет наиболее высокой и соответственно менее заметной на изображении. На практике установлено, что заметность помехи резко снижается, если смещение несущих составляет ±10,45 кГц (кратное 1/3 частоты строчной развёртки). Поддержание такого смещения с высокой степенью точности возможно лишь при очень высокой стабильности несущих частот .

Пиковые мощности современных передатчиков изображения и звука выбираются в соотношении 10:1 . Средние мощности передатчиков при этом оказываются примерно одинаковыми, т.к. при амплитудной модуляции пиковые значения сигнала (на уровне синхроимпульсов) занимают незначительную часть периода строчной развёртки.

Качество изображения на экране телевизора во многом определяется точностью передачи формы сигнала изображения, поэтому линейные искажения сигнала в телевизионном тракте не менее существенны, чем нелинейные. Неравномерность АЧХ и нелинейность фазовой характеристики тракта сказывается на чёткости изображения (снижается крутизна фронтов перепада яркости на контурах изображаемых предметов); появляются повторы контуров в виде светлых и тёмных полос. В телевизионных передатчиках нелинейность фазовой характеристики оценивают величиной времени групповой задержки

Очевидно, что линейной фазовой характеристике будет соответствовать постоянная, не зависимо от частоты, величина Δtгр.

Нелинейные искажения приводят к нарушению передачи градаций яркости, что сказывается на контрастности изображения. Кроме того, перекрёстные искажения на частотах цветовых поднесущих приводит к смешиванию цветов на изображении. В телевизионном передатчике нелинейные искажения оценивают по характеристике мгновенных значений, которая, в отличие от амплитудной характеристики, непосредственно отражает искажения формы сигнала. Эта характеристика представляет собой зависимость мгновенных значений выходного сигнала от мгновенных значений входного. Примером такой характеристики может служить динамическая характеристика коллекторного тока АЭ iк = f(eу). В случае телевизионного тракта это зависимость евых = f(евх)

Количественно нелинейность характеристики мгновенных значений оценивают «дифференциальным коэффициентом передачи», который определяется следующим образом

Этот коэффициент определяют как отношение разности крутизны характеристики в точках, где она максимальна и минимальна, к её максимальному значению, выраженное в процентах.

В телевизионных передатчиках приходится также принимать во внимание и наличие инерционных нелинейностей, к которым относятся ёмкости р-п переходов и катушки индуктивности с ферритовыми сердечниками. В цепях, содержащих такие элементы, фазовый сдвиг зависит от положения точки входного напряжения на характеристике мгновенных значений. Его принято оценивать разностью максимального и минимального фазовых сдвигов на рабочем участке характеристики. Этот параметр получил название «дифференциальная фаза».

Параметры телевизионного тракта, о которых шла речь выше, нормируются соответствующим ГОСТом .

В последние годы всё чаще прибегают к совместному усилению (СУ ) радиосигналов изображения и звука после формирования их в возбудителе. В этом случае отпадает необходимость в сложных разделительных фильтрах и двух самостоятельных усилительных трактах. Как следствие такого построения, повышается надёжность телевизионного передатчика, снижаются массогабаритные показатели, легче решаются проблемы полной автоматизации передатчика. Однако при этом существенно возрастают требования к линейности усилительного тракта, т.к. вследствие перекрёстных искажений, возникают взаимные помехи звукового и видео каналов. Обеспечить допустимый уровень искажений удаётся лишь за счёт снижения эффективности использования усилительного тракта. В предварительных ступенях используется усиление класса «А », а в мощных – «АВ » и существенно недонапряженный режим АЭ .