основы радиосвязи. Основы радиосвязи и телесвязи. 1. Основы радиосвязи
 Скачать 2.77 Mb.
|
|
Вопросы для самоконтроля 7.1. Назовите основные требования к сигналам синхронизации. 7.2. Поясните принцип разделения импульсов синхронизации с помощью RC- цепочек. 7.3. Каким образом обеспечивается непрерывность следования строчных импульсов в сигнале синхронизации? 7.4. С какой целью в сигнале синхронизации врезки делаются с двойной строчной частотой? 7.5. С какой целью в сигнал синхронизации вводятся уравнивающие импульсы? 7.6. Нарисуйте и проанализируйте сигнал синхронизации ТВ приемника при чересстрочной развертке. 7.7. Объясните принцип непосредственной и инерционной синхронизации автогенераторов ТВ развертывающих устройств. 7.8. Назовите основные конструктивные особенности синхрогенератора. 7.9. В чем заключается принцип синхронизации далеко расположенных друг от друга источников видеосигнала? 7.10. Поясните особенности синхронизации источников видеосигнала путем временного преобразования. Список рекомендуемой литературы 7.1. Телевидение / Под ред. В.Е.Джаконии. – М.: Радио и связь, 1997. – 640с. 7.2. Домбругов Р.М. Телевидение. – Киев: Высшая школа, 1988. – 213с. 7.3. Быков Р.Е. Теоретические основы телевидения. – СПб.: Лань, 1998. – 288с. 7.4. Проектирование и техническая эксплуатация телевизионной аппаратуры / Под ред. С.В.Новаковского. – М.: Радио и связь,1994. – 348с. 8. Особенности построения телевизионных систем 8.1. Принцип передачи телевизионных сигналов 8.2. Обобщенная структурная схема телевизионной системы 8.3. Вещательные аналоговые системы цветного телевидения 8.4. Конструктивные особенности телевизионных приемников Целью изучения данной темы является ознакомление с основными принципами передачи ТВ сигнала и сигнала звукового сопровождения по радиоканалу, с основными элементами структурной схемы ТВ системы, знание принципов построения совместимых аналоговых систем цветного телевидения, важнейших особенностей систем цветного телевидения SECAM-3, NTSC, PAL, структурных схем современных ТВ приемников. 8.1. Принципы передачи телевизионных сигналов Для передачи ТВ сигналов по радиоканалам в принципе можно использовать как АМ, так и ЧМ. В случае ЧМ для обеспечения высокой помехоустойчивости передачи необходимо, чтобы индекс модуляции mЧМ был равным 3-5. При этом полоса частот f , занимаемая частотно-модулированным сигналом, будет определяться соотношением: f где - девиация частоты. Следовательно, для передачи одного ТВ сигнала потребуется радиоканал с полосой частот порядка 50-70 МГц. Такое расширение полосы частот радиоканала привело бы к резкому сокращению общего числа передаваемых ТВ сигналов в диапазоне частот, отведенном для ТВ вещания. В современной сети ТВ вещания для передачи ТВ сигналов по радиоканалам используется только АМ, несмотря на более низкую помехоустойчивость и худшие энергетические показатели радиопередатчиков по сравнению с ЧМ. Основное достоинство АМ заключается в том, что амплитудно-модулированный сигнал занимает сравнительно узкую полосу частот. Как известно, АМ несущей частоты f приводит к образованию двух боковых частотных полос - нижней и верхней, каждая из которых равна ширине полосы частот модулирующего сигнала. Если максимальная модулирующая частота f 6 МГц, что соответствует верхней частоте ТВ сигнала, то спектр модулированных частот будет равным f f , т.е. займет полосу приблизительно в 12 МГц. Поэтому для возможности передачи модулированного ТВ сигнала в стандартном радиоканале, имеющем полосу пропускания 8 МГц,нижняя боковая полоса частот модулированного ТВ сигнала частично подавляется, что приводит к устранению избыточности информации в амплитудно-модулированном ТВ сигнале.  Рисунок 8.1. Номинальные амплитудно-частотные характеристики радиопередатчиков изображения и звукового сопровождения Согласно ГОСТ 7845-92 остаток нижней боковой полосы частот составляет 1,25 МГц. При этом номинальная полоса частот радиоканала, отводимая для передачи непосредственно ТВ сигнала составляет 7,625 МГц (рисунок 8.1). Причем ослабление частотных составляющих - 1,25 и 6,375 МГц относительно несущей частоты изображения составляет 20 дБ. Часть спектра нижней боковой полосы частот шириной 0,75 МГц передается в неискаженном виде. Крутизна склона нижней боковой полосы частот, начинающегося от 0,75 МГц ниже несущей частоты изображения, составляет 40 дБ/МГц. При этом крутизна склона верхней боковой полосы частот, рядом с которым расположен спектр сигнала звукового сопровождения, оценивается величиной более 50 дБ/МГц. При таком способе передачи ТВ сигнала по радиоканалу амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) тракта изображения ТВ приемника должна иметь форму, представленную на рисунке 8.2. Из рисунка 8.3 следует, что в ТВ приемниках уровень несущей частоты изображения должен ослабляться на 6 дБ, т.е. в 2 раза, а частотная составляющая 0,75 МГц нижней боковой полосы должна быть ослаблена на 20 дБ, т.е. в 10 раз, по сравнению с уровнем опорной частоты 1,5 МГц в спектре верхней боковой полосы. При выполнении данных условий после детектирования ТВ радиосигнала суммарное номинальное напряжение, образующееся на нагрузке детектора от одинаковых частотных составляющих нижней и верхней боковых полос, на любой частоте спектра в пределах 0-6 МГц всегда будет равно единице, если отсчет вести в относительных величинах. На практике это означает, что форма результирующей АЧХ тракта передачи ТВ радиосигнала от модулятора радиопередатчика до нагрузки детектора телевизора будет равномерной в заданной полосе частот 6 МГц.  Рисунок 8.2. Амплитудно-частотная характеристика радиотракта изображения ТВ приемника  Рисунок 8.3. АЧХ усилителя промежуточной частоты изображения ТВ приемника В каждом стандартном радиоканале шириной 8 МГц кроме ТВ сигнала передается соответствующий ему сигнал звукового сопровождения (см. рисунок 8.1). Причем радиосигнал звукового сопровождения передается с помощью ЧМ несущей частоты звука, что обеспечивает высокую помехоустойчивость тракта звукового сопровождения. Максимальная девиация частоты составляет ± 50 кГц при номинальной ширине полосы частот, занимаемой радиосигналом звукового сопровождения, не более 0,25 МГц. Для использования общей антенно-фидерной системы в радиопередающих устройствах и общего усилительного тракта для усиления ТВ сигнала и сигнала звукового сопровождения в телевизорах принято передавать сигнал звукового сопровождения на несущей частоте, близкой к несущей частоте изображения. В действительности разнос несущих частот звука и изображения составляет 6,5 МГц, причем несущая частота изображения меньше несущей частоты звука. Разные виды модуляции ТВ и звукового радиосигналов в значительной мере облегчают их разделение в телевизорах. На практике мощность радиопередатчика звукового сопровождения составляет 10-20% от мощности ТВ радиопередатчика в моменты передачи СИ. Соотношение мощностей радиопередатчиков изображения и звукового сопровождения выбирается из условия создания одинаковых радиусов действия обоих передатчиков при приеме на стандартные ТВ приемники. Ввиду униполярности ТВ сигнала возможны два варианта АМ радиосигнала: негативная и позитивная в зависимости от полярности модулирующего ТВ сигнала. В большинстве стран мира, в том числе и нашей стране, принята негативная полярность модуляции, при которой максимальному уровню несущей изображения соответствует передача величины СИ, а максимальному значению - уровень белого ТВ сигнала. При такой полярности модуляции по сравнению с позитивной импульсные помехи проявляются на ТВ изображении в большинстве случаев в виде темных точек, а не белых, поэтому они визуально менее заметны. Повышается помехоустойчивость тракта синхронизации ТВ системы по всем видам помех, кроме импульсных, так как при передаче СИ ТВ радиопередатчик излучает максимальную, т.е. пиковую мощность. При негативной полярности модуляции в телевизорах легче осуществлять автоматическую регулировку усиления (АРУ), так как в излучаемом радиосигнале, независимо от содержания ТВ изображения, СИ соответствует максимальной и постоянной величине излучаемой мощности. Кроме того, облегчается конструирование радиопередатчиков, так как средняя излучаемая мощность значительно меньше максимальной, поскольку на ТВ изображениях больше преобладают белые детали. Основной недостаток негативной полярности модуляции заключается в относительно большем влиянии импульсных помех на устойчивость синхронизации в ТВ приемниках. Способ установки элементов передающей ТВ антенны ориентирует электрический и магнитный векторы электромагнитной волны, т.е. определяет плоскость поляризации электромагнитного излучения. Согласно ГОСТ 7845-92 допускается использовать как горизонтальную (вектор электрического поля расположен в горизонтальной плоскости), так и вертикальную поляризации волн, излучаемых ТВ радиопередатчиком. В свободном пространстве горизонтальная и вертикальная поляризации электромагнитных волн не имеют друг перед другом каких-либо преимуществ. Однако в реальных условиях, особенно в городах с большим количеством вертикально отражающих объектов, например домов, при горизонтальной поляризации обеспечивается меньший уровень отраженных интерферирующих волн, которые вызывают замирание сигнала и помехи на ТВ изображении в виде дополнительных контуров. Кроме того, при горизонтальной поляризации наблюдается меньшее воздействие промышленных помех, в частности помех от систем зажигания автотранспорта, которые имеют вертикально поляризованную составляющую.  Рисунок 8.4. Структурная схема ТВ системы Наконец, конструкции ТВ антенн с узкими диаграммами направленности для приема горизонтально поляризованных электромагнитных волн оказываются более простыми, их легче устанавливать на металлических опорах. Поэтому при организации ТВ вещания в большинстве стран мира предпочтение было отдано горизонтальной поляризации электромагнитного излучения. 8.2. Обобщенная структурная схема телевизионной системы Современная ТВ система (рисунок 8.4) состоит из двух частей: передающей и приемной, соединенных линией связи. В передающей части системы изображение наблюдаемого объекта с помощью объектива 2 проецируется на передающую трубку 3, находящуюся в передающей ТВ камере 1. Передающая трубка в процессе развертки формирует видеосигнал, который после предварительного усиления в усилителе ТВ камеры 5 поступает в ТВ канал 7. Для ТВ развертки на отклоняющую систему 4 передающей трубки подаются электрические сигналы пилообразной формы строчной частоты и частоты полей. Эти сигналы вырабатываются в блоке разверток 6 передающей камеры. В ТВ канале происходит дальнейшее усиление видеосигнала, коррекция его искажений и формирование полного ТВ сигнала, для чего в видеосигнал замешиваются гасящие и СИ строк и полей. Эти импульсы заводятся в ТВ канал от специального генератора импульсов - синхрогенератора 9. Синхрогенератор вырабатывает импульсы, необходимые для работы всей ТВ системы и обеспечивает строгое соотношение частот между ними. Вырабатываемые синхрогенератором СИ обеспечивают синхронность и синфазность разверток приемной и передающей трубок. Поскольку блок разверток передающей трубки находится непосредственно в передающей камере, то КСИ и ССИ отдельно подводятся к соответствующим генераторам блока разверток непосредственно от синхрогенератора. Необходимая для синхронизации блока разверток приемной трубки смесь синхроимпульсов передается вместе с видеосигналом. Сформированный и усиленный полный ТВ сигнал поступает на модулятор радиопередатчика 8, где модулирует его несущую частоту, а затем в виде высокочастотных колебаний поступает в передающую антенну. Принятые приемной антенной радиосигналы непосредственно поступают в ТВ приемник. Современные ТВ приемники строятся только по супергетеродинной схеме. В телевизорах применяется совместное усиление высокочастотным трактом сигналов изображения и звукового сопровождения с последующим их разделением и дополнительным усилением. В зависимости от точки разделения сигналов усилительный тракт ТВ приемника строится по одному из двух вариантов, называемых одноканальным и двухканальным. Одноканальная схема предполагает общее усиление на промежуточной частоте ТВ сигнала и сигнала звукового сопровождения (см. рисунок 8.4). Поэтому в высокочастотной части телевизора 10 осуществляется выбор соответствующего канала, предварительное усиление радиосигналов и их частотное преобразование в промежуточные частоты изображения (38 МГц) и звукового сопровождения (31,5 МГц). Оба сигнала после преобразования усиливаются одним многокаскадным усилителем промежуточной частоты 11, который имеет достаточно широкую полосу пропускания а затем детектируются амплитудным детектором 12. Видеодетектор представляет собой нелинейный элемент и выполняет функцию простейшего преобразователя. Поэтому на его входе, кроме видеоспектра, образуется также сигнал частоты биений между промежуточными несущими частотами изображения и звука. Разностный сигнал с частотой f =38-31,5 МГц модулирован по частоте и амплитуде. Полезная информация, соответствующая сигналу звукового сопровождения, определяется ЧМ сигнала разностной частоты. Основное преимущество одноканальной схемы ТВ приемника состоит не только в отсутствии необходимости иметь отдельные гетеродины и смесители для сигналов изображения и звука, но и в том, что отсутствует нестабильность настройки сигнала звукового сопровождения, связанная с изменением частоты гетеродина в блоке 10. В данном случае отклонение частоты генератора высокочастотного блока телевизора от номинала приводит к равному изменению промежуточных частот видеосигнала и сигнала звука, а разностная частота, равная 6,5 МГц, остается неизменной. На разностную частоту настроены усилитель промежуточной частоты звука, амплитудный ограничитель и частотный детектор, входящие в канал звукового сопровождения 13. Кроме того, в блок 13 входит и усилитель низкой частоты, с выхода которого усиленный сигнал звуковой частоты подается на акустическую систему 14. Усиленный видеоусилителем 15 полный ТВ сигнал подается на блок цветности 16, в котором формируются видеосигналы основных цветов, подводимые к цветному кинескопу 17. С выхода видеоусилителя сигнал поступает также в канал синхронизации 18, в котором обеспечивается отделение синхроимпульсов от видеосигнала и разделение ССИ и КСИ. Далее эти импульсы синхронизируют задающие генераторы блоков кадровой 19 и строчной 20 разверток электронных лучей кинескопа соответственно. Формируемые генераторами разверток отклоняющие токи подаются на отклоняющую систему кинескопа. Кроме того, выходной каскад генератора строчной развертки одновременно служит источником высокого напряжения для питания кинескопа, которое получается путем выпрямления импульсов строчной частоты, образуемых в обмотке автотрансформатора этого каскада. В современных ТВ приемниках используются автоматические регулировки ряда параметров, например, яркости, размера растра. Блоки 10, 11 приемника, как правило, охвачены схемой АРУ, обеспечивающей поддержание выходного уровня видеосигнала как при переходе приема с одной программы на другую, так и при изменении условий распространения радиоволн и других факторов, влияющих на величину видеосигнала. 8.3. Вещательные аналоговые системы цветного телевидения Принципы построения систем цветного телевидения. Современное цветное телевидение базируется на теории трехкомпонентного цветового зрения, из которой следует, что смешением трех основных спектральных цветов, взятых в определенных пропорциях, можно получить все возможные цвета. При этом основные цвета должны быть линейно-независимыми, т.е. ни один из них не может быть получен путем смешения двух других. В качестве основных обычно берутся следующие цвета монохроматического излучения: красный (R) с длиной волны  =700,1 нм, зеленый (G)- =546,1 нм, синий (B)- =435,8 нм. Например, равноэнергетический белый цвет можно получить смешением в равной пропорции основных цветов R, G, B.Для передачи по телевидению многоцветное изображение объекта на передающей стороне должно быть разделено на три одноцветных изображения (в красном, зеленом и синем цветах). Далее видеосигналы Е , Е , Е данных одноцветных изображений следует передать по каналу связи по аналогии с черно-белым ТВ. На приемной стороне для получения цветного изображения объекта необходимо воспроизвести три одноцветных изображения и осуществить их совмещение. Важнейшим требованием, предъявляемым к системам цветного ТВ, является совместимость, означающая: возможность приема цветных передач в черно-белом виде на существующие черно-белые телевизоры (прямая совместимость); прием сигналов черно-белого ТВ на цветные телевизоры (обратная совместимость); передачу сигналов цветного и черно-белого ТВ по одному и тому же каналу связи (в полосе частот черно-белого ТВ). Для обеспечения совместимости в цветном ТВ необходимо иметь сигнал, который создавал бы нормальное черно-белое изображение с правильным воспроизведением градаций яркости цветного объекта. Поэтому в совместимых системах цветного ТВ из полученных на передающем конце видеосигналов основных цветов E , E Е формируется яркостный сигнал Е E =0.3E +0.59E +0.11E , (8.1) в котором численные значения коэффициентов, определяющих долю напряжений видеосигналов основных цветов, выбраны с учетом характеристик принятого опорного белого цвета D (источника с цветовой температурой 6500К, соответствующего излучению дневного облачного неба) и координат цветности люминофоров современных цветных кинескопов. Яркостный сигнал Е в соответствии с выражением (8.1) формируется с помощью кодирующей матрицы, которая представляет собой резистивные делители напряжения с общей нагрузкой. Кроме яркостного сигнала, в совместимой системе цветного ТВ необходимо передавать информацию о цветности. Практически достаточно передавать на приемную сторону только два цветных сигнала, например, E и Е . Третий цветовой сигнал Е может быть легко получен на приемном конце матрицированием на основании уравнения (8.1). Однако непосредственная передача сигналов Е и Е нецелесообразна, поскольку данные сигналы, кроме информации о цвете, содержат избыточную информацию о яркости, которая уже имеется в сигнале Е . Поэтому во всех совместимых системах цветного ТВ передаются цветоразностные сигналы  которые формируются вычитанием из Е и Е яркостного сигнала Е . Особенность цветоразностных сигналов заключается в том, что они не содержат информации о яркости. Например, их амплитуда равняется нулю при передаче белых или серых участков изображения, когда E = E = Е = Е , и мала на слабо насыщенных цветах. Так как такие цвета обычно преобладают, то средняя амплитуда цветоразностных сигналов гораздо меньше максимальной и много меньше той средней амплитуды, которая была бы при передаче сигналов ЕR, ЕG, Е . Это намного улучшает помехоустойчивость и совместимость систем цветного ТВ. Причем цветоразностные сигналы достаточно передавать в сокращенной полосе до 1,5 МГц. Это объясняется особенностями зрительного восприятия цветных изображений. Экспериментальные исследования показали, что цветными зрительный аппарат человека воспринимает только крупные и средние детали изображения. Мелкие детали, которым соответствуют частоты цветоразностных сигналов более 1,5 МГц, достаточно воспроизводить черно-белыми, при этом общая оценка качества цветного изображения практически не ухудшится. В совместимых системах цветного ТВ яркостный и цветоразностный сигналы должны передаваться в стандартной полосе частот черно-белого ТВ. Для этого используется уплотнение спектра яркостного сигнала сигналами цветности. Практически в спектр яркостного сигнала вводятся одна или две поднесущие частоты, промодулированные двумя цветоразностными сигналами. Способ передачи и приема цветоразностных сигналов и различает между собой современные вещательные системы цветного ТВ. В настоящее время в различных странах мира эксплуатируются три вещательные системы цветного телевидения. Например, в США разработана цветная система с квадратурной модуляцией поднесущей частоты NTSC (National Television System Committee, т.е. система, предложенная национальным комитетом ТВ систем). Система NTSC используется в 54 странах мира с населением 870 млн. человек. В ФРГ разработана система с квадратурной модуляцией и строчно-переменной фазой PAL (Phase Alternation Line). Система PAL эксплуатируется в 81 стране мира с общим населением 3,5 млрд. человек. В нашей стране и еще в 60 странах мира с населением 760 млн. человек используется система цветного телевидения с последовательной передачей цветоразностных сигналов и частотной модуляцией поднесущих SЕСАМ-III. |