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主题:收音机的基本知识

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收音机的基本知识  发帖心情 Post By:2013-12-4 23:32:01 [只看该作者]

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收音机的基本知识

一、无线电的传播

       调幅制无线电广播分为长波、中波和短波三个大波段,分别由相应波段的无线电波传送信号。我国只有中波和短波两个大波段的无线电广播。中波广播使用的频段大致为550kHz-1600kHz,主要靠地波传播,也伴有部分天波(夜间为甚);短波广播使用的频段约为2MHz-24MHz,主要靠天波传播,近距离内伴有地波。

     调频制无线电广播多用超短波(甚高频)无线电波传送信号,国内广播电台使用的频率约为88MHz-108MHz,校园广播电台使用的频率约在70MHz----88MHZ之间,主要靠空间波传送信号。

     目前,地面的广播电视分做VHF(甚高频或称米波)和UHF(特高频或称分米波)两个频段。在我国,VHF频段电视使用的频率范围是48.5MHz-3MHz,划分成1-12频道,UHF频段使用的频率范围是470MHz-956MHz,划分成:3-68频道。它们基本上都是靠空间波传播的。

二、收音机的发展

     民用广播和收音机发明于本世纪初。近百年来,无线电广播与收音机技术发生了翻天覆地的变化。

     广播方式从调幅(AM)广播时代开始,经历了调频(FM)广播、调频立体声(FM   STEREO)广播、数字音频广播(DAB)等阶段。目前,科学家正研究短波段的数字广播(DRM)。

     民用广播所使用的频率,经历了长波(LW)、中波(MW)、短波(SW)、超短波调频(FM)、卫星调频广播等阶段;广播的传播距离和覆盖范围也从近距离到利用人造地球卫星进行全球转播等;收音机从矿石收音机、电子管收音机、晶体管收音机、集成电路收音机,到使用微电脑处理器的数字调谐收音机;收音机的基本电路形式、也从直接放大式,到超外差式、多次变频式电路。收音机的体积也从笨重变小到微型,而音质却越来越好......

            年 代  收音机基本电路和常用信号放大元件  主要民用广播制式和波段

      20-60年代  电子管电路/直放式,外差式                  长波/中波/短波

      50-70年代   晶体管电路/外差式,多次变频             中波/短波/调频

      70-80年代   集成电路/外差式,多次变频,数字调谐  中波/短波/调频

      90年代      集成电路/外差式,多次变频,数字调谐   中波/短波/调频/数字广播

三、收音机的分类

 市场上常见的收音机,主要有以下几种分类方法:

     ■ 按波段分类可分为: 

  调频/调幅两波段、调频立体声/调幅两波段、调频/中波/短波3-5波段、调频/中波/短波8-12波段、调频立体声/中波/短波8-12波段、电视伴音等收音机。

  ■ 按电路技术特点可分为:

  传统超外差式、带数字电子钟及钟控功能(LCD型/LED型/荧光型显示)、模拟调谐/数字显示频率和时间,频率合成式(PLL)数字调谐(数字式、可记忆频率)、采用二次变频技术(高灵敏度和优良选择性)、高灵敏度短波/单边带(SSB接收机)。

 四、调频/调幅/全波段收音机

     1、 调幅收音机:

    调幅广播利用幅度调制的无线电波(高频载波)传送节目内容,幅度的调制就是原来等幅恒频的高频载波信号的幅度,随着调制信号(音频信号)的幅度而变化。调幅收音机就是接收这些幅度调制无线电信号,经过解调还原成声波。

      2、调频收音机:

   调频广播是利用频率调制的无线电波传送节目内容。所谓频率调制是原来等幅恒频的高频信号的频率,随着调制信号(音频信号)的幅度而变化,调频收音机就是接收这些频率调制的无线电信号,经过解调还原成声波。

     3、 全波段收音机:

      全波段收音机,最早期规定为能接收国际无线电委员会规定的频率范围内所有广播信号的收音机,但由于很多米波段都没有电台,所以现在人们按习惯叫带有AM(中波)、FM(调频)、SW(短波覆盖在5.9MHz-21.85MHz范围内的米波段)的收音机为全波段收音机。

  五、调频、调幅、中波、短波介绍

  在一般的收音机或收录机上都有AM及FM频段,相信大家都以熟悉,这两个波段是供您收听国内广播之用,若收音机上还有SW波段时,除了国内电台之外,您还可以收听国外的电台。

      事实上AM及FM指的是无线电学上的两种不同的调制方式。AM称为调幅,是使载波振幅按照调制信号改变的调制方式。它保持着高频载波的频率特性,但包络线的形状则和信号波形相似。调幅波的振幅大小,由调制信号的强度决定。使载波频率按照调制信号改变的调制方式叫调频。已调波频率变化的大小由调制信号的大小决定,变化的周期由调制信号的频率决定。已调波的振幅保持不变。调频波的波形,就像是个被压缩得不均匀的弹簧,调频波用英文字母FM表示(调频广播电台占用的带宽较宽,有时标记为WFM)。

       一般中波广播(MW)采用了调幅的方式,在不知不觉中,MW及AM之间就划上了等号。实际上MW只是诸多利用AM调制方式的一种广播,象在高频(3-30MHz)中的国际短波广播所使用的调制方式也是AM,甚至比调频广播更高频率的飞航通讯(116-136MHz)也是采用AM的方式,只是我们日常所说的AM波段指的就是中波广播(MW)。

    FM的命运同MW相类似,我们习惯上用FM来指一般的调频广播(76-108MHz,在台湾为88-108MHz,日本为76-90MHz),事实上FM也是一种调制方式,就在短波范围内的28-30MHz之间,做为业余、太空、人造卫星通讯应用者,也有采用FM(占用的带宽较窄,约15KHZ左右)方式者。

  而SW呢,其实可以说是一种匿称,正确的说法应该是高频(HF:High    Frequency)比较贴切,而短波这名称是怎么来的呢?以波长而言,中波(MW)介于200-600公尺之间,而HF的波长却是在10-100公尺之间,这与上述的波长相比,的确是短了些,因此就把HF称做短波(SW:Short   Wave)。

   同样的,比MW更低频率的150KHz-284KHz之间,这一段频谱也是作为广播用的,以波长而言,它大约在1000-2000公尺之间,和MW的200-600公尺相比较长多了,所以把这段频谱的广播称做长波(LW:Long    Wave)。实际上,不论长波(LW)、中波(MW)、短波(SW)都是采用AM调制方式。

 对一般收音机而言,FM、MW、LW波段都是供您收听国内广播之用(除欧洲、日本等少数国家之外,大部分国家已淘汰民用长波广播),而SW波段则主要供您收听国际广播。

   短波划分为13个米波段,米波段范围内的频率为民用广播使用,米波段之外的频率大多用于军事和其他民用通讯。所以,只有在米波段范围内才能接收到民用广播电台节目。民用广播的大部分电台密集在频率为6-18兆频范围,即49-16米波段内。

l0波段(米)  MHz(兆赫兹)     电台分布及收听效果

 25.67 - 26.10  国际波段  电台极少。

 21.45 - 21.85  国际波段  电台极少,下午能收个别电台。

    17.55 - 17.90  国际波段  电台多,中午至晚上9:00前较好,早晨、上午 效果  一 般,深夜至早晨电台较少。

    10 - 15.6  国际波段  

 13.60 - 13.80  国际波段  傍晚收听最好,但电台不多。                    

 11.65 - 12.05  国际波段  电台最多,整日都好,早晨、上午、傍晚至12点前最好。

 9.50 - 9.90  国际波段  

    7.10 - 7.30  国际波段  电台多,早晨、傍晚和深夜收到电台多, 但容易受干扰,杂音大。

 5.95 - 6.20  国际波段  

 4.75 - 5.06  地区波段  

3.90 - 4.00  国际波段  夜间效果好,但电台不多,白天效果差,杂音多。

 3.20 - 3.40  地区波段  

 2.30 - 2.49  地区波段  

六、收音机干扰因素

中波                     

  中波的传播主要受电离层的影响,夜间收到的中波电台会比白天多。这是由于电离层导电性能在白天和夜间的不同变化引起的。白天,由于阳光照射,电离层密度增大,导电性能增强,对电波的吸收也大,中波很大一部分被吸收,传播得不远;夜间时,大气不受太阳照射,电离层导电性能大大减弱,中波就可以通过天波途径,传送到很远的地方。因此收听中波电台最好选择在夜间。不过由于现代家用电器中的开关电源类、可控硅斩波调压器等电路产生大量脉冲干扰信号,对中波接收造成严重干扰。

 短波

  中波广播从电台的发射天线到收音机的接收,其距离一般在直径几百公里以内,而且中波波长比较长,不容易受到建筑物等障碍的影响。而短波发射台到接收机的距离往往数千公里,甚至上万公里,电台的发射天线也存在一定的方向和仰角,它在传播过程中,容易受到大气层及阻挡物的影响。

      短波的主要传播途径是天波。短波信号由天线发出后,经电离层反射回地面,又由地面反射回电离层,可以反射多次,因而传播距离很远(几百至上万公里),而且不受地面障碍物阻挡。而地球上空的电离层就像一面变化多端的镜子,它对短波的反射能力,它存在的高度随时在变化,因此短波广播变得不可靠。在天波传播过程中,路径衰耗、时间延迟、大气噪声、多径效应、电离层衰落等因素,都会造成信号的弱化和畸变,影响短波通信的效果。

   虽然如此,电离层还是有一些变化可以归纳出规则来的,因为电离层形成的主要因素是来自太阳的紫外线,它具能较强的能量,穿透大气层能够使某些气体分子发生电离,它的能量使得气体分子中的电荷游离子缺失了电子而带有正电荷的电子的剩余部分则成为游离的正离子,被电离了的气体层就是电离层。这样才能实现了洲际服务,在诸多因素的驱使下,电离层还会受到下面因素的影响:

1. 太阳活动的强弱:即所谓的大约每11年一个周期的变化。

2. 太阳与地球的距离:即一年四季的变化。 

3. 太阳能量在传达到地球时所经过的大气层厚度:即一天当中从早晨到黄昏到夜晚的变化。电离层受到影响后,短波接收也就不正常了,随着昼夜与季节的变化,使得短波接收经常出现类似海浪般忽大忽小的声音,这是收听短波的普遍现象,尽管如今电子线路利用了自动增益(AGC)来消除这种现象,但也不能完全消除。在最重情况下,声音仍会忽大忽小。

      另外,居住的地方如果是钢筋结构的大楼或周围有高层建筑时,广播信号被屏蔽掉一部分,室内的讯号会比室外微弱很多,因此最理想的收听短波方式是:在室外以收音机的拉杆天线收听;在室内时,或者在靠近窗口的地方使用收音机、或者使用室外天线来改善接收效果。

    功率强大的VHF电视广播和BB机发射台的电波,会干扰到调频接收,另外,频率相邻、发射功率强大的几个调频电台也会互相干扰。因此,接收到强烈干扰信号时,应缩短拉杆天线,改变天线方向,变换收听位置,尽量减轻干扰程度。

 另外,电视机、日光灯、可控硅调光台灯、计算机、汽车发动机、电动马达等电器设备以及其他任何信号发射台也会对收音机的信号接收产生一定的干扰,使用收音机时,与上述设备保持一定的距离。雷雨天气,尽量不要使用外接天线(特别是屋顶天线)!

七、解释

1、二次变频

   短波收音机最初是使用直接放大线路的,50年代开始,应用了一次变频线路,也就是平时所说的超外差式收音机。为了进一步提高无线电接收机的灵敏度、选择性和抗干扰能力,开发了多次变频技术。

      所谓二次变频就是先将电台信号变频到第一中频(如R970O的10.7MHz和DE1103的55.845MHz一中频),再将该第一中频通过第二次变频变换到通常的455kHz即第二中频。增加变频级数和使用较高的第一中频频率都有利于提高镜频抑制。频率稳定,调谐刻度精确,选择性好、灵敏度高,短波抗镜像干扰能力强。便携式高灵敏度短波收音机一般采用二次变频,而更高级的专业短波通讯接收机,甚至采用3次或4次变频技术(军用的高档收信机罕见4次变频的,并不是变频次数越多越好)。

 2、锁相环数字调谐式收音机(PLL) 

   其采用单片微处理机芯片作为数字调谐系统的核心,并含有锁相环路频率合成、频率预选、多功能数字时钟控制及液晶数字显示等多种先进功能。并以高精度高稳定的石英晶体为频率基准,锁定接收电台的频率,绝无漂移现象。   且具有频率存储记忆功能。

        一般说来,数字调谐式收音机的存储电台数目越多越好,高级数字调谐式收音机应具备直接输入频率数字和模拟调谐旋钮,电子线路上也常采用二次变频技术来提高性能指标。

   数字调谐式技术的收音机的缺点是电路复杂,设计难度大,对元件的要求很严格,成本高,生产调试很复杂;由于采用的元件多,静态耗电比普通收音机要大,普及型的数字调谐收音机的灵敏度和选择性不见得比好的指针式模拟收音机高多少。

当代民用收音机资深设计师周炼将现代数调短波收音机按其采用的技术分成了三个档次,进一步细化如下:

第一档次低端:采用高中频(一中频高于40MHz)二次(或者三次)变频技术,镜像抑制大于55分贝,中短波的第一混频器采用平衡的混频电路,拥有真正的100Hz甚至更绵密的调谐步进,带4KHZ以下通频带宽度的中频滤波器,真正的USB/LSB模式;

第一档次高端:采用高中频(一中频高于40MHz)二次(或者三次)变频技术,中频抑制和镜像抑制均大于65分贝,全波段的第一混频器采用双平衡的混频电路,中短波的频率预选器至少分成7段,FM广播和航空波段拥有LC槽路同步预选器,拥有真正的50Hz甚至更绵密的调谐步进,带4KHZ以下通频带宽度的中频滤波器,真正的USB/LSB模式;

第二档次低端:采用带内一中频(比如说10.7MHZ)二次变频技术,镜像抑制大于40分贝,拥有真正的1000Hz的调谐步进,SSB拍频都需要靠电位器调节;

第二档次高端:采用高中频(一中频高于40MHz)的二次(或者三次)变频技术,镜像抑制在40分贝左右,拥有真正的1000Hz的调谐步进,SSB拍频都需要靠电位器调节。这些机器有德劲DE1103、乐信RP2100、凯隆KK-S500、德生PL450、PL600等;

第三档次:都是同一个平台的,均采用低中频一次变频技术。无论在怎样做(拆开看到N多屏蔽罩也好,增加单级调谐高放也好,加可变中频也好),综合性能上大同小异(除非其他原因没有做好而造成的差异)。这些机器有PL737/747/757/200/350/550,还有KK的非发烧系列数调机、安健所有系列的非二次变频数调机等。

现代科技日新月异,DSP的发展即将让收音机领域发生翻天覆地的变化!但由于单片DSP普通收音机推出的种类少,无法准确定位,有待于今后补充。

3、数字调谐与手动调谐

手调频率都是以机械的手段改变收音机中有关的调谐电路(选频、调谐电路,如输入选频回路,本振中的谐振电路等)中的回路可变电器的电容量(如双联)或回路谐振电感来实现。

   数字调谐是应用数字电路技术和电调谐技术对收音机与选台有关的调谐回路调谐。电调谐是利用变容二极管的电容值,随其偏适电压而变化的特性来进行,数字调谐的收音机都是电调谐的。

4、校园广播

     校园广播是小功率FM广播的一种,很多大专院校、中学甚至小学,现在已经大量采用校园FM广播方式播放英语节目或其他节目,频率范围通常在76-87MHz    之间,也就是说用普通的电视伴音收音机可以接收得到。现在有些FM收音机直接将频率扩展到    76-108MHz,都可以满足收听校园广播的需要。

5、电视伴音收音机

 电视的伴音(TV SOUND)使用的是调频制式,传播方式与调频广播一样,也是近距离传播。

 电视伴音分为VHF和UHF两段,其中:VHF:1-12 频道(又分为VHF-L 1-5和 VHF-H          6-12)UHF:13-56 频道。

 目前的电视伴音收音机主要为接收VHF的1-5和6-12频道,甚少有接收13频道(UHF) 以上的收音机。

6、单边带

 根据国际协议,短波通信必须使用单边带调幅方式(SSB),只有短波广播节目可以使用双边带调幅方式(AM)。因此,国内外使用的短波电台大都单边带电台(在十米波段有采用FM模式的渔业电台)。

八、顾如何客挑选收音机

 顾客购买收音机时,可根据以下因素进行挑选:

 ■ 根据用途选择具有相应功能的机型。

  如果您爱好音质优美的调频广播,建议其使用立体声调频收音机。若还要兼顾短波接收效果,任何一款淘宝网上平均售价超过150元的收音均可。                     

  如果喜欢电台众多的短波广播,可选择多波段收音机,应用二次变频技术的收音机,短波接收效果更佳。如:德劲的DE1103、DE1121、DE1105、DE1107等;乐信的RP2100;德生PL600、PL450、R-9700DX等、凯隆的KK-9510HF、KK-S500、新出的DSP收音机D39L(体积重量非常小,接收性能不错)等。其中DE1103、RP2100、KK-S500(我没见过,但相信它与DE1103的差别在细微中)、DE1121、PL600(同KK-S500)就相当不错了。原因很简单,在DE1103刚面市一年内,我常用MSR-8000与业余爱好者们进行通联聊天,发射功率怎么也不可能超过210瓦特的,常出现这样的情况,通联不到三分钟,远在一千多公里的深圳的广播爱好者就在广播爱好者论坛发帖“阿里巴巴在XXXX频率出来了”而且双方的谈话内容都被完整抄收了,要知道,短波广播电台的发射功率起码是50---500千瓦级!

   如果只收听本地电台节目,推荐调频/调幅(FM/AM)两波段收音机就可以了,只听广播电台这类收音机足够了。

   如果您是广播爱好者,推荐您使用数调机,数调机以电子数字显示当前频率,并且锁定电台频率,不会出现漂移。

  如果顾客想接收电视伴音,推荐使用带电视伴音接收的任何品牌的收音机。

  当然,以上列举的情况并非绝对。我相信,您会根据自己的实际需要和自己的喜好,再结合自己的购买状况,一定会挑选出比较中意的收音机。

下边:介绍一下收音机中的二次变频技术

 先要说明一下什么是超外差式收音机,最初的收音机属于直放式收音机,它的特点是,从天线上接收到的高频信号,在检波以前,一直不改变它原来的高频频率(即高频信号直接放大)。它的缺点是,在接收频段的高端和低段的放大不一样整个波段的灵敏度不均匀。如果是多波段收音机,这个矛盾更突出。其次,如果要提高灵敏度,必须增加高频放大的级数,由此带来各级之间的统一调谐的困难,而且高频放大器增益做不高,容易产生自激。

 如果能够把收音机接收到的高频信号,都变换成固定的中频信号进行放大检波。由于中频频率比变换前的信号频率低,而且频率固定不变,所以任何电台的信号都能得到相等的放大量,同时总的放大量也可以较高。从而克服了上述矛盾。

     振荡器产生一个始终比接收信号高一个中频频率的振荡信号,在混频器内利用晶体管的非线性将振荡信号与接收信号相减产生一个新的频率即中频,这就是"外差"。

 为了获得较好的选择性和灵敏度,在获得中频信号以后在加以放大,即中频放大,这样收音机的接收质量大大提高,这就是"超外差式"电路。它有如下几个优点:

 1. 由于变频后为固定的中频,频率比较低,容易获得比较大的放大量,因此收音机的灵敏度可以做得很高。

2. 由于外来高频信号都变成了一种固定的中频,这样就容易解决不同电台信号放大不均匀的问题。

3. 由于采用"差频"作用,外来信号必须和振荡信号相差为预定的中频才能进入电路,而且选频回路、中频放大谐振回路又是一个良好的滤波器,其他干扰信号就被抑制了,从而提高了选择性。

5. 做得好的高中频二次变频有很多优点,抗镜像干扰能力强只不过是其中之一,它的每一个优点不一定都是很明显的,但是综合起来却是档次上的差别!其主要原因是高中频二次变频技术的采用将使整个关键的高频电路和第一本振电路要按照专业接收机的电路去做,必须采用高级的元器件,否则就很难达到好的效果。

     但是超外差式电路也有不足之处,会出现镜频干扰和中频干扰,这二个干扰是超外差式收音机所特有的干扰。

       超外差式收音机的中频选择性,就是收音机对外来的455kHz中频信号的抗干扰能力。由于输 入回路的谐振频率比455kHz高,所以输入回路对中频干扰有较大的抑制能力。

  根据超外差式收音机的变频原理,当振荡频率与外来信号频率相差一个中频频率(455kHz)时,信号就能顺利通过中频放大器获得放大,用公式表示f振-f信=f中,这是信号频率比振荡频率低的情况。如果外来信号频率比振荡频率高一个中频,情况又怎样呢?他们的差额f镜-f振=f中,即他们的差额也是中频频率,同样中频放大器也能顺利的让他们通过获得放大。

两式相加可得f镜=f振+2f中,如下图:

|---455kHz---|---455kHz---|

f信         f振               f镜

 即对于一个特定的接收频率它的镜频频率为该频率加上二倍的中频频率,就象以f振为镜面,f镜是f信在镜子里成的像。

二次变频的目的: 在低成本下 提高假象镜频抑制能力像频抗拒比和提高灵敏度

     在短波波段,为了使输入回路在整个波段内保持比较均匀的灵敏度,通常使谐振峰比较宽(即选择性较差,整机选择性主要靠中频回路来保证),以15480kHz为例,其镜频为16390kHz,相当接近所接收的频率,如果在16390kHz正好也有个电台就很容易混入变频电路中而成为镜频干扰,普通收音机的中波镜频选择性>20dB,而短波镜频选择性仅>8dB,因此差一些短波收音机尤其是只有一个或二个短波的收音机,在15480kHz减去910  kHz的地方14570  kHz很容易再次收到15480kHz,选收音机时千万不要把镜频干扰当成是接收的电台比别人多,花了冤枉钱还以为买了便宜货,试机前先搞清楚哪些是广播频段。好在广播频段的镜频基本都不在本频段和相邻的广播频段内,似乎影响不大。                      

  但随着灵敏度的提高,16390kHz处微弱的其他电台信号也会在15480kHz被接收到,产生啸叫和干扰,这就阻碍了收音机灵敏度的提高。解决方法有二条,

其一,增加变频前面的高频放大调谐回路,这同样会带来统一调谐的困难,以及灵敏度不均匀性。其二,就是目前广泛采用的二次变频。

        所谓二次变频就是先将电台信号变频到第一中频(如9702的10.7MHz),再将该第一中频通过第二次变频变换到通常的455kHz即第二中频。镜频抑制能力和变频的级数以及第一中频频率有着很复杂的数学关系,增加变频级数和使用较高的第一中频频率都有利于提高镜频抑制。

   其实仅从原理上看也能有所了解,同样以15480kHz为例,第一中为10.7MHz,那么本振频率为26180   kHz,镜频为36880 kHz,与15480kHz相差十万八千里,即使是4波段的短波II接收范围在7~22   MHz的最高段也还差14 MHz,应该是都被抑制了。

      由于提高了镜频抑制,就可以放心的使用各种提高灵敏度的手段。有些专业的接收机甚至有4次变频(这一点我有不同看法,超过三次变频肯定不是为不惜工本的提高性能而考虑的)。变频级数的增加会大大提高成本,而所得到的性能提高并不成正比的,就象HiFi一样,为了最后一点音质的提高,几乎要花费以前的所有投入。 记得以前的一级收音机海鸥101在短波就是二次变频,第一中频好象是3.xxxMHz,第二本振也是用晶体稳频。

当然,干扰有各种各样,如果是同频干扰,电路上的任何技术都是无济于事的,除了采用定向天线要不就指望干扰信号的传播变差一点。

另外,业界已推出单片DSP收音机,其中凯隆推出的微型全波段收音机D39L在中波、短波、FM广播波段的主观接收性能已明显超过PL737等第一代数调收音机。

[此贴子已经被作者于2014-4-14 22:49:57编辑过]

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