调频广播的超远程高保真接收

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调频广播的超远程高保真接收

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
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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。

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