立体声调频广播发射机的检测方案探讨

2023-03-13张海象

信息记录材料 2023年1期

张海象

（枣庄市广播电视微波站山东枣庄 277000）

0 引言

立体声调频广播发射机在检测指标中，对传输单声、立体声、多路声音、业务数据等实现整合。立体调频广播发射机架构包含了发射天线、立体声调制器、发射机等。应了解立体声调频广播发射机的工作原理，按照相关技术要求实现归纳分类。在所测技术指标中，要符合已有的检测标准以及流程，从而发挥最终的检测优势。在本文的研究中，要了解调频广播的理论。如基础理论、调频以及调幅之间的对比特点等，明确调频广播的独特优势。其信号强度稳定、信噪比较佳、动态范围精准。考虑立体声调频广播发射机的实际需求，制定检测方案，完成检测环境分析。在检测方法解析中，从指标、残波辐射、谐波失真以及左右声道分离度入手，给出对应的理论。随后，以立体声调频广播发射机系统测量解决方案为核心，进行针对性测试。

1 调频广播的理论

1.1 基本理论

考虑调频广播的应用要求，对调频广播的理论及方式实现了解。调频广播通过电磁波传递，因此电磁波应用非常重要。电磁波作为一种载体，需考虑在不同信息装载发射后，通过何种方式对信息进行读取，此过程被称为调节技术和解调技术。这2种技术是电磁波能够完成传递的主要方法，截止至目前，我国通常使用的模拟广播发射机主要的调节方式包含调幅和调频2种。以调幅和调频进行对比分析，表明二者之间的调节方式有着明显的不同之处[1]。

1.2 调幅与调频对比

调幅和调频在振幅比及信号变化的强度上，深度及变化量有一定差别[2]。利用载波的调频标准，以音频信号的大小变化为核心实现测量，对于最终数据值的展示，要使载波的幅度保持不变。此外，按照已知的频率定位及瞬时频率的要求，载波核心及调节信号的大小偏移指导要完成频片的射调。如，频偏值较大，载波信号的特征较强。在后续，要将频率偏移保持在75 kHz，而最大频偏，则保持在1 000 kHz，调幅和调频之间允许有一定差异，但差异不宜过大。需要分析调频广播发射机在工作过程中所涉及到的调频波指数，如弧度单位。通过最大相位仪，实现数据值的读取，了解调幅和调频之间的振幅正及角频率。需要特别注意的是，调频波的频率不像调频波所产生的上下边带简单，而是需要经过一系列的推导过程。利用已知理论，调频波频谱以无数对边频组成。其中，将N设置为任意的整数，可以得到“n1”“n2”“n3”...通过“n1”“n2”“n3”“n4”表明，调频波可为无限且随机[3]。后续多个频带也以无限宽的方式进行设置，例如考虑相同频带之间的间隔模式。对于已知的调频信号，保障绝大部分能够集中于载频附近。融合边频二者之间的比例以及指数，边频幅度若降至小于0.1，边频的分量表明调频波的失真影响不大。因此，得出以下结论：在要求两相邻电台干扰度上，若要求非线性失真较小时，带宽还应适当增加。

2 调频广播的独特优势

2.1 信号强度稳定

调频广播的优势在于信号强度稳定，无任何信号串扰现象。如，传统的中波段电波可以被电离层反射，因此在传播过程中，会受到地面、环境、天气变化等因素影响，覆盖范围内的信号比值概率会随之变大，很容易造成相邻频率之间的电台出现串扰问题，导致数据在传播过程中失去精准性，无法达到要求[4]。而调频广播使用的高频波段在视距范围内传播，在视距范围外信号会呈现衰退的现象。因此，调频广播不会形成额外的串扰问题，有助于频谱的高效率使用及数据的精准传播[5]。

2.2 信噪比高

目前的信噪比中，以调频广播与常规调频相比，广播调频对于信号的精准度要求更高。因此，广播调频要保障调频信号的电波幅度，调幅和调频之间有明显的比值要求。此外，还需考虑一系列的影响因素，如荧光灯和电气设备等，均容易对调频广播产生干扰。在信号传递时，有可能会出现叠加值难以筛选、排除的问题，可通过线幅放大进行恢复，保障电波接收信号的有效性。在高频波段产生的信噪比中，完成高效的传播优势。

2.3 动态范围精准

动态范围指人耳听觉能够感受到的音量变化，要求感受到的音量变化不会出现失真问题。在中波广播在传播过程中会受到调制度的限制，且为了完成信号响度的提升，一般采用基本措施以提高其平均调制度，进而导致信号动态范围较小，仅适用于单纯的音质广播。而调频广播自身的信噪比较高，动态范围经过数据测量，可高达60 dB上，有极高的表现力，适用于各类节目的播出，音质较高。

通过分析，了解到仅依靠动态传播，范围依然有一定的不足之处。要保障实现高精度广播，还必须要完成音频信号的带宽调节。调频广播在一般情况下，要考虑人耳能听最高音频限值为15 kHz。在规定调制带宽时，就可以满足15 kHz的条件[6]。对于中频调幅广播，按照规定电台的频带宽度，则为9 kHz。因此，最终的调制频率可限制为7 kHz。实现立体声广播，保障具有高动态、高音质、高解析、高信噪比、高范围的优势[7]。

3 立体声调频广播发射机的检测方案

3.1 检测环境分析

对检测环境进行分析,考虑到目前已有的检测环境，结合广播发射机的整套系统，因此在测试地点中选择现场测试。可将发射天线使用假负载完成替换测试，选择黑盒测试，直接将射频信号的输出端连接至测试接收机，对发射机的技术指标实现有效测量并获取理想数据。随着检测技术的发展及测试设备的更新换代（表1），原需要的多台测试机现只需要通过配比2台仪器便能够完成测试。所有功率计算、发射功率均将实现数据值的精准读取及记录，通过音频信号发生器模式所产生的基带音频信号，将其作为立体声调节的输出频率。了解接收机模式对于立体声调频广播的技术要求，从而实现发射机检测方案的制定。

表1 检测仪器

3.2 检测方法解析

3.2.1 指标分析

在指标分析中，应对已有的输出功率、发射功率、载波频率及允许偏差率等实现记录。如要保障信号偏差及调制S信号38 kHz频率的残留分量，需考虑这种分量对于主载波有何种影响。如：设置广播接收机，在输入发射机工作频率，进入测试界面后，可以读取大部分的数据指标。可读取载波频率允许偏差值和导频信号频率偏差值，而其他指标也可以通过简单的换算得出最终的数据值。

考虑低通滤波器工作原理，矩阵方式最大的优势及特点便是能够得到左右两路信号的差异值。随后，实现对比。通过滤波滤除3次以上的不良频率，得到均衡数据。主信号也要设置补偿网络，尽可能使两路信号保持高度的一致性。在后续的检测实践中，表明对变压管、二极管、LC滤波器要实现良好的立体声分离度指标，就要保障调试简洁，避免出现影响因素。对于开关方式，立体声编码器以复式级数的分析建立在脉冲序列信号中，通过重复频率38 kHz开关，能够形成一组脉冲序列。当重复频率为“F”时，对占空比为50%的双波脉冲序列设置必要的幅度值，以此信号作为左路信号的取样脉冲。

3.2.2 残波辐射强度

结合已有的残波辐射的强度，考虑检测频率。要实现输出功率的检测及斜波强度的分析，考虑发射机在进行调试过程中设定调试模式下单载波的出现。使用广播测试接收机，能够对已知的发射机工作频信号进行记录，取合理标准值。取数据值a进行标记，随后将测量发射机工作频率2倍频信号的功率记录为b。通过b与a之间的比对，如b减a，残留数据便是残波辐射强度。在此，需要满足≤-60 dB的要求，且在计数比例上，还需要考虑数值计算比例，如要＜1 MW。且在测试过程中，结合输出的信号值，假定负载耦合口。根据计算发射机的残留波辐射强度，了解耦合链路口的衰减，还原传统的辐射强度方式。以发射机为例，1 kW发射机的功率应保持在60 dBm，若假定广播测试接收机的测量发射频率二者之间的耦合输出功率，以及2倍输出频率、中间链路衰减等，均要实现数据值的融合分析。

3.2.3 谐波失真

考虑谐波失真所造成的干扰及有害性，以放大1 kHz频率信号为例。1 kHz频率信号在放大后，会产生二次谐波及更多的谐波失真问题，带来一系列的不良后果。谐波失真并非通过一次测量便可规避，在理论值上，数据值越小失真度越低。但在实际测量过程中，受客观因素影响，测量的精度明显有差异。且谐波失真的检测，必须结合广播测试接收机的主频信号发生器，通过左、右声道输入，实现精准判断。如，在测试机接收端，选择“Audio Generator”模式设置，在此功能下选取“Af Gen L”以及“Af Gen R”，分析是否变为绿色。若已出现绿色，则表明音频信号工作系统已恢复正常工作。在后续检测分析中，就要基于某一节点实现发射机频率的调整。谐波失真检测，也可以在测试接收机模式下调取“Meas”，选择最终的“THD”，分别读取左、右声道在谐波失真中出现的数据值。但需要注意的是，不要与总谐波失真数据时间混淆。在检测某一频点的谐波失真范围上，检测的频点包含了0.03 MHz、0.05 MHz、0.10 MHz、1.00 MHz、3.00 MHz、5.00 MHz、7.00 MHz、12.00 MHz、15.00 MHz等，实现不同的数据值分析。谐波失真，如图1所示。

图1 谐波失真

3.2.4 左、右声道分离度

要考虑左、右声道的分离度，设定标准值。需考虑立体感，结合左声道、右声道二者之间的收听效果，分析数值的均衡及平均。如，将声道的分离度作为判断依据，分离度越高，则声道的结果越理想，表明左、右声道之间的串音越小，声音越稳定。作为代表立体声广播质量的好坏，立体感指标分析极为重要。在此情况下，可以设置测试接收机。如，设置“Crosstalk Type”将其与线性、非线性结合，最开始的频率设置为10 kHz，结束频率设置为15 kHz，分别得出左、右两声道的分离度曲线，直接读取数据值差异，了解其最高评价。左、右声道分离度，如图2所示。

图2 左、右声道分离度

4 立体声调频广播发射机的系统测量解决方案

4.1 FM Stereo/RDS系统

FM Stereo/RDS系统实行声道数据分析及传播，非常注重立体声传播的最终效率。按照实际的标准，该技术方案能够支持多种声道的传输。为了实现这一目标，就需要对声道的各项特征进行调节。可通过复用信号MPX基带部分，对左、右声道信息进行传输，保障立体声信号的精准获取。还可以利用频带数据完成识别并分清两路信号特征。如，以38 kHz处使用载波抑制服务方式发送信息，使立体声能够精准识别。在调频率提升信号中，还可以额外设计一个19 kHz导频信号，发挥导频信号自身的优势及强度，用来协助接收进机器检测及左、右声道的解码，在接收端实现信号恢复。RBS/RBDS信号在57 kHz处进行传播，速度可设置为1.187 5 kbps。RDS/RBDS可以发送电台名称、节目类型、交通信息等多种信息，融合性较高。在传播时，最大的数据组单元每组包含4大模块，而每单模块为26 bit，共包含16信息比特及10效应比特，保障错误能够完成修复及数据同步，发挥FM Stereo/RDS系统优势。

4.2 FM Stereo/RDS系统测试方案

FM Stereo/RDS系统参数涉及多参数的测量以及功率测量、信号噪比测量、谐波失真测量等。在研究时，要了解音频质量的标准，考虑立体声调频广播发射检测方案的要求。如，对于发射机测试方案，要明确发射波功率、准确度、发射频谱等。通过发射机输出信号连接，确定音频分析测试标准。如，发射音频源以“L”“X”数据进行标记。“L”“X”数据源通过系列分析仪的输入，模拟测试调节。选择内嵌软件，对提供的信号进行解调。通过PXA、MXA、EXA和CXA不同的分析仪，完成高度测量，提供不同的测量支持及多种通信协议标准，将信号以“X”比例进行分析。“X”包含了视频信号及音频信号，其测量的最终结果较为精准，所支持的滤波器较高，兼容性较好。如，包含了低通滤波器、高通滤波器及带通滤波器，得到理想的测试结果。对所有的设置信号进行加重处理，发射机提供的射频信号分析结果还可以实现载波功率、载波频率误差、射频频谱等分析。考虑左、右声道的测量结果，对已知的RDS信息进行编码，并传递关键信息。包含基本选台、换台信息、收音机文字以及时间日期等信息。