Прием сигналов радиовещания
Структура радиовещательного сигнала значительно отличается от структуры сигнала телевидения главным образом шириной частотного спектра. В состав полного телевизионного сигнала помимо собственно сигнала изображения входят гасящие импульсы строк и полей, синхронизирующие импульсы строчной и кадровой разверток, врезки и уравнивающие импульсы. Сигнал изображения также не является гладким, непрерывным:
для передачи мелких элементов изображения, соответствующих четкости в 500 элементов вдоль строки, сигнал должен содержать импульсы длительностью 0, 2 мкс. Для этого требуется передавать широкий спектр частот, превышающий 6, 5 МГц. Именно по этой причине телевидение передается в диапазоне УКВ: ведь суммарная ширина частотного диапазона длинных и средних волн составляет всего 1, 5 МГц, а диапазона коротких волн с 25 до 75 м - 8 МГц. Весь диапазон коротких волн пришлось бы отдать лишь одной
телевизионной программе, прекратив работу коротковолновых радиостанции всего мира, которых насчитываются многие сотни.
В связи с тем, что цель радиовещания состоит в передаче звуковой информации, ширина частотного спектра радиовещательной станции сравнительно невелика. Так как высшая частота звука, воспринимаемого органами слуха человека, не превышает 16 кГц, для передачи звуковых сигналов при амплитудной модуляции достаточно передавать спектр шириной 32 кГц. В действительности же радиовещательные станции с амплитудной модуляцией передают более узкий спектр частот, не превышающий 14 кГц. Это связано с тем, что и при таком узком спектре достигается вполне удовлетворительное качество звука, но вдвое увеличивается количество радиостанций, которые можно разместить в выделенных для радиовещания диапазонах частот длинных волн (ДВ), средних волн (СВ) и коротких волн (KB).
Значительно большие возможности для высококачественного радиовещания представляются при использовании диапазона УКВ, где практически можно разместить неограниченное количество радиостанций благодаря большой ширине этого диапазона и ограниченному радиусу действия каждой из них. В диапазоне УКВ каждой радиостанции допустимо выделить достаточно широкую полосу частот, что позволяет использовать вместо амплитудной частотную модуляцию сигнала (ЧМ), которая устраняет влияние атмосферных и индустриальных помех, имеющих амплитудный характер.
Международными соглашениями для радиовещания выделены диапазоны частот в пределах от 150 до 405 кГц (ДВ), от 525 до 1605 кГц (СВ), а также участки в диапазоне KB, носящие название поддиапазонов:
3950... 4000 кГц - 75 м,
5950... 6200 кГц - 49 м,
7160... 7300 кГц- 41 м,
9500... 9775кГц-31 м, 11700... 11975 кГц-25м,
15100... 15450 кГц- 19м,
17700... 17900 кГц- 16м, 21450... 21750 кГц - 13м, 25600... 26100 кГц- 11 м.
В диапазоне УКВ в странах бывшего СССР и большинстве стран Восточной Европы радиовещание ведется в участке частот от 65, 8 до 73, 0 МГц, а в других странах мира в пределах от 88 до 108 МГц (этот участок у нас занят телевидением 4-го и 5-го каналов).
Радиовещание в диапазоне ДВ характеризуется тем, что при достаточной мощности радиостанции прием сигнала оказывается возможным на очень больших расстояниях порядка 2000 км. Это объясняется с одной стороны наличием так называемой "земной волны", когда радиоволны огибают земную поверхность, и с другой - значительной рефракцией от нижних ионизированных слоев атмосферы. При большой протяженности территории России это свойство диапазона ДВ особенно важно. К недостаткам этого диапазона относятся его относительная узость, которая препятствует
увеличению количества радиостанций, и высокий уровень индустриальных помех.
Радиовещательные станции диапазона СВ обеспечивают прием на расстояниях порядка 1000 км, но особенности этого диапазона состоят в различном уровне рефракции в течение светлого и темного времени суток. Днем рефракция ослабевает и дальность приема уменьшается, в ночное же время напряженность поля даже при большом удалении от передатчика значительно возрастает. Радиовещание в диапазоне СВ чрезвычайно популярно во всем мире, по своей ширине он позволяет разместить в 4 раза больше радиостанций, чем диапазон ДВ. В нем работают как радиостанции мощностью в десятки ватт, так и в сотни киловатт. Приверженность радиослушателей к диапазону СВ привела даже к тому, что промышленность многих стран выпускает радиовещательные приемники, рассчитанные на прием либо только одного средневолнового диапазона, либо двух: СВ и УКВ (конечно, помимо более дорогих всеволновых приемников).
В диапазоне KB земная волна сильно поглощается поверхностью Земли. Поэтому прием за счет земной волны ограничивается небольшим расстоянием порядка 100 км. Но волны этого диапазона интенсивно отражаются ионосферой. За счет многократных отражений от ионосферы и от Земли радиоволны диапазона KB способны многократно огибать земной шар, причем в процессе отражений волны этого диапазона испытывают небольшое поглощение. Это позволяет использовать короткие волны для связи на сколь угодно больших расстояниях. Интересна история радиовещания в диапазоне КВ. На заре развития радиосвязи профессиональные радиостанции работали только на длинных и средних волнах, а диапазон KB считался для радиосвязи непригодным. Мощность передатчиков в то время была невелика, да и чувствительность приемников - плохая. Поэтому дальность распространения земной волны составляла несколько десятков километров. О возможности использования отражений от ионосферы тогда специалисты не подозревали. Этому способствовало наличие зоны молчания, которой называют образующуюся вокруг работающего коротковолнового передатчика кольцевую область, где прием сигнала отсутствует. Внутренний радиус зоны молчания определяется затуханием земной волны, а внешний зависит от условий полного внутреннего отражения радиолуча в слое ионосферы. Ведь отражаются только радиоволны, излученные под углами к поверхности Земли, меньшими некоторого критического угла. Чем меньше этот угол, тем больше внешний радиус зоны молчания. По указанной причине диапазон KB был отдан радиолюбителям, которые в 1922 году открыли свойство коротких волн распространяться на большие расстояния благодаря преломлению в слоях атмосферы и отражению от них. Только после этого в диапазон KB ринулась лавина связных и радиовещательных станций, заполнив его почти целиком. Радиолюбителям же отвели лишь несколько узеньких участков, в пределах которых они могут вести между собой радиосвязь, используя несложные приемники и передатчики ничтожной мощности для связи с любой точкой земного шара.
Наличие зоны молчания является одним из недостатков диапазона КВ. Если внутренний радиус зоны молчания зависит только от мощности передатчика, рельефа местности и состояния почвы - поэтому для каждой радиостанции он почти стабилен - то внешний радиус сильно зависит от солнечной активности, времени года и времени суток, а также и от частоты сигнала. С наступлением темноты внешний радиус возрастает. Вместе с тем, при этом из-за уменьшения количества отражений напряженность поля в точке приема, если она находится вне зоны молчания, увеличивается. Внешний радиус зоны молчания также увеличивается при увеличении частоты сигнала. Другим недостатком коротковолнового диапазона являются глубокие замирания сигнала, которые связаны с нестабильностями электронной концентрации в ионизированных слоях атмосферы. В условиях профессионального приема на магистральных линиях связи с замираниями борются методом сдвоенного приема, который состоит в том, что используются две разнесенные в пространстве антенны, каждая из которых работает на отдельный приемник, а после детектирования их сигналы складываются. Для радиослушателя использование двух антенн, разнесенных на необходимое расстояние, недоступно. Поэтому единственный способ борьбы с замираниями состоит в применении радиоприемника, имеющего большой запас усиления и эффективную систему автоматической регулировки усиления (АРУ).
