中波廣播理論綜

中波廣播理論綜第一節(jié)無線電波一、無線電波的定義無線電波是指在自由空間傳播的射頻頻段的電磁波。無線電波是電磁頻譜的一部分，它像水池中的波紋一樣向個各方向傳播。電磁波：磁場的任何變化會產(chǎn)生電場，電場的任何變化也會產(chǎn)生磁場。交變的電磁場不僅可能存在于電荷、電流或?qū)w的周圍，而且能夠脫離其產(chǎn)生的波源向遠處傳播，傳播速度與光的傳播速度一樣，這種在空間內(nèi)以—定速度傳播的交變電磁場，稱為電磁波。無線電技術(shù)中使用的這一段電磁波通常稱為無線電波。圖電磁波傳播示意圖二、無線電波的傳播方式及傳播特點無線電波主要的傳播方式有：地波、天波和沿直線傳播的空間波。無線電波和光波的傳播速度一樣（3×108米／秒），具有地波：地波是沿地球表面空間向外傳播的無線電波。地波的傳播特點：頻率越高，地面吸收越多，損耗越大。因此只有長波和中波能在地面?zhèn)鞑ァ５夭ú皇軞夂蛴绊?，傳播比較穩(wěn)定可靠。但在傳播過程中，能量被大地不斷吸收，因而傳播距離不遠。所以地波適宜在較小范圍里的通信和廣播業(yè)務(wù)使用。天波：天波也即電離層波。地球大氣層的高層約100Km處存在著“電離層”。無線電波進入電離層時其方向會發(fā)生改變，出現(xiàn)“反射”。因為電離層折射效應的積累，電波的入射方向會連續(xù)改變，最終會“拐”回地面，電離層如同一面鏡子會反射無線電波。我們把這種經(jīng)電離層反射而折回地面的無線電波稱為“天波”。天波的傳播特點：電離層能反射電波，也能吸收電波。對頻率很高的電波吸收的很少。短波和中波是利用電離層反射傳播的最佳波段，它可以借助電離層這面“鏡子”反射傳播，被電離層反射到地面后，地面又把它反射到電離層，然后再被電離層反射到地面，經(jīng)過幾次反射，可以傳播很遠?？臻g波：空間波是沿直線傳播的無線電波。它包括由發(fā)射點直接到達接收點的直射波和經(jīng)地面反射到接收點的反射波?？臻g波的傳播特點：空間波傳播距離一般限于視距范圍，因此又叫視距傳播。超短波和微波不能被電離層反射，主要是在空間直接傳播。其傳播距離很近，易受高山和高大建筑物阻擋，為了加大傳輸距離，必須架高天線，盡管這樣，一般的傳輸距離也不過50公里左右。超短波的電視和雷達多采用空間波方式傳播。散射波：當大氣層或電離層出現(xiàn)不均勻團塊時（12～16Km），無線電波有可能被這些不均勻媒質(zhì)向四面八方折射和散射，使一部分能量到達接收點，這就是散射波（波長較短的波段）。圖地波、天波、空間波傳播示意圖外球?qū)觽鞑ィ弘x開地面1000Km以外的宇宙間通信稱為外球?qū)觽鞑?。衛(wèi)星通訊和衛(wèi)星直播電視就是利用這種傳播方式。電離層：電離層是地球大氣的一個電離區(qū)域。60千米以上的整個地球大氣層都處于部分電離或完全電離的狀態(tài)，電離層是部分電離的大氣區(qū)域，完全電離的大氣區(qū)域稱磁層。也有人把整個電離的大氣稱為電離層，這樣就把電磁層看作電離層的一部分。除地球外，金星、火星和木星都有電離層。電離層從離地面約50公里開始一直伸展到約1000公里高度的地球高層大氣空域，其中存在相當多的自由電子和離子，能使無線電波改變傳播速度，發(fā)生折射、反射和散射，產(chǎn)生極化面的旋轉(zhuǎn)并受到不同程度的吸收。根據(jù)密度不同，電離層可分為D、E、F1和F2層。圖電離層組成示意圖三、無線電波在電磁頻譜中的頻率范圍物理學家在17至19世紀首先認識到白色光實際上是由紅色到紫色各種不同顏色的光組成的。因此，白色光是不同顏色的頻譜，光也具有波長和頻率特征。電磁頻譜可以從可見光向兩個方向擴展，更高頻率的‘光’包括紫外線、X射線以及宇宙射線，而更長的波長、更低頻率的‘光’則首先包括有紅外線光，隨著頻率降低和波長越來越長即是無線電波?？梢?，無線電波是電磁波的一種表現(xiàn)形式，是頻率在3000吉赫茲以下的電磁波。四、無線電波頻段的劃分表無線電頻段劃分表五、無線電各頻段的用途甚低頻（VLF3～30KHz）超長波（1Km～100Km），空間波用于主海岸潛艇通信、遠距離通信、超遠距離低頻（LF30～300KHz）長波（10Km～1Km），地波用于越洋通信、中距離通信、地下巖層通信、遠距離導航；中頻（MF0.3～3MHz）中波（1Km～100m），地波與天波多用于船用通信、業(yè)余無線通信、移動通信、中距離導航；高頻（HF3～30MHz）短波（100m～10m），天波與地波用于遠距離短波通信、國際定點通信；甚高頻（VHF30～300MHz）米波（10m～1m），空間波電離層散射（30～60MHz）多用于流星余跡通信、人造電離層通信（30～144MHz）、對空間飛行體通信、移動通信；超高頻（UHF0.3～3GHz）分米波（1m～0.1m），空間波多用于小容量微波中繼通信（352～420MHz）、對流層散射通信（700～10000MHz）、中容量微波通信（1700～2400MHz）；特高頻（SHF330GHz）厘米波（10cm～1cm），空間波多用于大容量微波中繼通信（3600～4200MHz）、數(shù)字通信、衛(wèi)星通信、國際海事衛(wèi)星通信（1500～1600MHz）；極高頻（EHF30～300GHz）毫米波（10mm～1mm），空間波用于大氣層通信、波導通信。第二節(jié)中波的發(fā)射與接收一、中波的定義中波是指頻率為300kHz～3MHz的無線電波，中波的頻段范圍是526.5KHz～1606.5KHz，其波長為575～187m，頻帶間隔9KHz。中波廣播(MW:MediumWave)采用了調(diào)幅(AmplitudeModulation)的方式。在不知不覺中，MW與AM之間就劃上了等號，實際上MW只是諸多利用AM調(diào)制方式的一種廣播，像在高頻(3～30MHz)中的國際短波廣播所使用的調(diào)制方式也是AM，甚至比調(diào)頻廣播更高頻率的航空導航通訊(116～136MHz)也是采用AM的方式，只是我們?nèi)粘Ｋf的AM廣播只是中波廣播的調(diào)制形式而已。二、中波的傳播特點中波廣播主要通過地面波傳送，中波廣播晚上還可通過空間電離層反射（天波）傳播。傳播特點存在衰落現(xiàn)象，場強有明顯的日變化和年變化，易受太陽活動電離層暴（日凌）影響。無線電波碰到導體時，就會在導體中產(chǎn)生感應電流，從而損耗掉一部分能量，這種使電波能量變?nèi)醯默F(xiàn)象，叫做對電波的吸收。大地是導體，對中波的吸收較強，故以地波形式傳播的中波傳播不遠(約二三百公里)。白天，由于陽光照射，電離層密度增大，使電離層變成良導體，致使以天波形式傳播的一小部分中波進入電離層就被強烈吸收，難于返回地面，加之以地波形式傳播的中波又被大地吸收而傳播不遠，于是就造成白天難以收到遠處的中波電臺。到了夜間，大氣不再受陽光照射，電離層中的電子和離子相互復合而顯著增加，故電離層變薄，密度變小，導電性能變差，對電波的吸收作用也大大減弱，這時，中波就可以通過天波途徑，傳送到較遠的地方，于是夜間收到的中波電臺就多了。圖中波夜間電離層傳播示意圖三、中波廣播的發(fā)展歷程中波廣播技術(shù)發(fā)明于20世紀20年代，距今已有近100年的歷史。中波廣播發(fā)展的過程，可以說是提高中波廣播發(fā)射機效率和可靠性的過程。經(jīng)過近100年的發(fā)展，中波發(fā)射機的效率從40%提高到近90%，極大地降低了中波發(fā)射機的日常維護費用，發(fā)射機的可靠性得到極大的提高，停播率大大降低，基本上滿足了不間斷、高質(zhì)量播出的要求。（一）按時間發(fā)展階段算，中波廣播經(jīng)歷的四個階段：1.起步階段；2.因二次世界大戰(zhàn)而造成的停滯階段；3.二次世界大戰(zhàn)后的恢復和技術(shù)基礎(chǔ)準備階段；4.20世紀70年代的快速發(fā)展階段。（二）按發(fā)射機類型發(fā)展算，經(jīng)歷了三個階段：1.電子管中波廣播發(fā)射機；2.晶體管加陶瓷管中波廣播發(fā)射機；3.全固態(tài)數(shù)字式調(diào)幅中波廣播發(fā)射機。最早期的是全電子管的中波發(fā)射機，它采用的技術(shù)是在發(fā)射機的末級直接進行柵極調(diào)制。由于受當時技術(shù)條件限制，使得中波發(fā)射機的設(shè)備龐大，效率很低（40%以下）。廣播質(zhì)量不高，但播出的成本卻非常高，到了上世紀七八十年代，隨著半導體晶體管和陶瓷管的發(fā)展和普及，中波廣播發(fā)射機在小信號處理上實現(xiàn)了晶體管化，而在末級使用大功率陶瓷對管對調(diào)幅波進行放大發(fā)送，大大減少了中波發(fā)射的重量和體積，發(fā)射效率也有很大的提高（60%）。八十年代初，中波廣播采用了先進的脈寬調(diào)制技術(shù)，去掉了原發(fā)射機中龐大的調(diào)幅變壓器，使中波發(fā)射機的效率又有大幅度提高，音頻指標也有新的突破。到了九十年代，隨著晶體管制造技術(shù)的日趨成熟和大功率半導體器件的出現(xiàn)，全固態(tài)數(shù)字式調(diào)幅廣播發(fā)射機應運而生，并引領(lǐng)了調(diào)幅廣播技術(shù)變革的一大革命。所謂全固態(tài)是指發(fā)射機對信號的處理、放大和調(diào)幅發(fā)送均采用集成電路和半導體器件。數(shù)字調(diào)制是指將連續(xù)的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字式開關(guān)脈沖信號，用脈沖數(shù)字信號去控制發(fā)射機末級模塊的開通和關(guān)閉，以達到調(diào)幅的目的，整個處理過程都是在脈沖開關(guān)狀態(tài)?；谏鲜鲈?，全固態(tài)數(shù)字調(diào)幅中波發(fā)射機具有音頻指標好、效率高（80%以上）、體積小、重量輕、保護功能完善、操作方便的特點。（三）按發(fā)射機調(diào)制技術(shù)的變革過程算，可分為八個階段1.乙類屏調(diào)機（AM）2.脈沖寬度調(diào)制（PDM）3.脈沖階梯調(diào)制（PSM）4.順序階梯調(diào)制（SSM）5.單邊帶調(diào)制（SSB）6.數(shù)字調(diào)制（DM）7.幅相調(diào)制（APM）8.數(shù)字直接調(diào)制（DRM）四、中波廣播的優(yōu)勢（一）方便性現(xiàn)在的收音機設(shè)計的越來越小巧，可以隨身攜帶,收聽的形式多種多樣，司機和乘客可以在開車和坐車的時候收聽；行人可以在走路的時候收聽；農(nóng)民可以在干活的時候收聽等等。（二）易于被不同群體接受廣播的受眾不受文化程度限制，適合各層次的人群，尤其是文化程度偏低和視力障礙的群體，要想針對他們發(fā)揮廣播的告知與說服功能，廣播理所當然是最好的媒體。在創(chuàng)意設(shè)計方面注重口語化，可以令聽眾產(chǎn)生親切感，朗朗上口，容易接受。（三）感染力強廣播靠聲音傳播，能夠突破時空界限，它能給聽眾無限的想象空間，這也正是廣播的魅力所在。廣播的特色正是刺激人的聽覺器官，幫助收聽者產(chǎn)生聯(lián)想，容易撩撥人的心弦，煽動人的情緒。（四）廣播的制作與廣告成本低，自身發(fā)展有保障廣播的廣告制作成本低，時間內(nèi)容信息量大，收費標準低，是當今最經(jīng)濟實惠的廣告媒體之一。五、中波廣播的發(fā)展方向（一）實行中小功率布網(wǎng)式建站發(fā)射機體積小，重量輕。使用新型小天線，占地面積小，選點容易、靈活、方便。合理選點布網(wǎng)，實行同步廣播。（二）信號源傳輸多樣化微波、FM、衛(wèi)星及光纖網(wǎng)信號傳輸，為中波廣播提供可靠的高質(zhì)量信號源，確保信號源不會中斷。（三）逐步實現(xiàn)異地遙測遙控功能發(fā)射機具備計算機接口，并可通過計算機網(wǎng)絡(luò)進行遠程監(jiān)控，真正能做到有人留守，無人值班。（四）傳播媒介更趨豐富多彩數(shù)字音頻廣播和DRM技術(shù)的應用，使新型廣播的普及成為可能，以后的廣播不單單是發(fā)射音頻信息，而是能發(fā)射包括聲音、視頻、圖片等多種業(yè)務(wù)在內(nèi)的數(shù)字移動多媒體廣播，可供、個人數(shù)字助理等終端設(shè)備直接收聽、收看。（五）傳播范圍廣中波廣播覆蓋面廣，接收設(shè)備費用小，很多偏遠的地方都能覆蓋到。中波廣播人口覆蓋率超過95%，是世界上廣播覆蓋人口最多的宣傳媒介。廣播在重大事件中發(fā)揮了不可替代的作用，比如在汶川特大地震后，災區(qū)無法與外界進行信息溝通的緊急情況下，廣播在危難之地發(fā)揮了巨大的作用。圖中波覆蓋特點（六）傳播及時廣播節(jié)目和廣告?zhèn)鞑ニ俣瓤?，無論你身在何地，只要打開收音機，廣播節(jié)目和廣告就可以立即收到，廣播的這種即時性是其他媒介所無法取代的。六、中波的調(diào)制與發(fā)射（一）調(diào)制在無線電技術(shù)里，把音頻信號（或其它低頻信號）加載到高頻無線電波的過程叫作調(diào)制。（二）調(diào)制的原因調(diào)制是廣播發(fā)射技術(shù)中最重要的一種技術(shù)，由于音頻信號頻率較低，如果直接發(fā)射，需要很長的發(fā)射天線和很大的發(fā)射功率，而且音頻信號（20Hz～20KHz）不固定,這樣一來，接收端也無法區(qū)分各個頻道的節(jié)目，所以很難直接發(fā)射音頻信號，必須借助固定的高頻電磁波（載波）進行傳播。通常在發(fā)送端對信號進行調(diào)制，在接收端再進行解調(diào)，獲得我們需要的音頻信號和信息。（三）調(diào)制波的概念等幅波：沒有加載音頻信號（或其它低頻信號）的無線電波稱為等幅波。調(diào)制波：加載音頻信號以后的無線電波叫作調(diào)制波。調(diào)制信號：用來調(diào)制載波的音頻信號也叫作調(diào)制信號。等幅波調(diào)制信號調(diào)制波圖調(diào)制前后波形圖（四）調(diào)幅與調(diào)頻調(diào)幅：是使載波的振幅隨著調(diào)制信號的變化規(guī)律而變化。調(diào)幅的優(yōu)點是傳播距離遠，覆蓋面大，電路相對簡單。缺點是傳送音頻頻帶窄（200Hz2500Hz），高音缺乏，傳播中易受干擾，噪聲大。調(diào)頻：是使載波的頻率按照調(diào)制信號幅值的改變規(guī)律而改變。調(diào)頻的優(yōu)點是：傳送音頻頻帶較寬（100Hz—5KHz），適宜于高保真音樂廣播?？垢蓴_性強，內(nèi)設(shè)限幅器除去幅度干擾，應用范圍廣，用于多種信息傳遞?？蓪崿F(xiàn)立體聲廣播。缺點是傳播衰減大，覆蓋范圍小。（五）中波廣播的發(fā)射過程從高頻振蕩器來的等幅高頻波與音頻信號在調(diào)制電路里完成調(diào)制，調(diào)制后的包絡(luò)信號經(jīng)高頻放大器放大，通過阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到天線。圖中波廣播發(fā)射框圖七、中波廣播的接收與解調(diào)中波廣播接收機的作用：有三個：選臺、解調(diào)和還原。選臺：將高頻調(diào)幅波通過由線圈和可變電容組成的調(diào)諧回路選頻電路接受下來的過程稱為選臺。解調(diào)：從含有音頻成分的已調(diào)制包絡(luò)信號中，恢復音頻信號的過程稱為解調(diào)。調(diào)幅信號是一個高頻信號承載一個低頻信號，當調(diào)幅信號通過檢波二極管，由于二極管的單向?qū)щ娦?，調(diào)幅信號的負向部分被截去，留下正向部分，如在每個周期取平均值（低通濾波），二極管輸出的高頻信號對地短路，所得的波即為基帶低頻信號，實現(xiàn)解調(diào)功能還原：解調(diào)后的音頻信號進過限幅、濾波、放大后，通過耳機、喇叭等再現(xiàn)聲音的過程稱為還原。已調(diào)高頻波放大前后的465KHz中頻信號檢波并放大后的音頻信號圖接收與解調(diào)波形示意圖第三節(jié)收音機的工作原理及發(fā)展史一、礦石收音機我們習慣把那些不使用電源，電路里只有一個半導體元件的收音機統(tǒng)稱為“礦石收音機”。他是最簡單的無線電接收裝置，主要用于中波公眾無線電廣播的接收。由于最初是用礦石來做檢波器，故由此而得名。礦石收音機由天線、地線以及基本調(diào)諧回路和礦石做檢波器而組成，是沒有電源和放大電路的無源收音機。礦石收音機的優(yōu)點是無需電源、節(jié)能環(huán)保，線路簡單，可以用來測試天線和地線的效率。礦石收音機很有吸引力，可用來引導初學者、小朋友進入無線電廣播及DIY天地。礦石收音機的缺點是音量小，需要較長的天線和地線，選擇性差。圖礦石收音機原理圖和DIY精品二、直放式收音機直放式收音機又叫直接放大式收音機，即在礦石機的基礎(chǔ)上加放大電路。直放式收音機的缺點是低頻的放大量不一致，頻率高時放大能力下降，接收收高、低頻的電臺時效果很不一致。三、再生、來復式收音機再生式收音機在于使用被檢波后的信號，經(jīng)過原件再一次放大，從而獲得比直接檢波大得多的放大量。再生式收音機的缺點是靈敏度和選擇性都比超外差式收音機差，存在對外干擾的情況。來復式收音機即一管多用收音機，節(jié)省元器件，一管三用：高頻放大、檢波、低頻放大。圖來復式收音機原理圖及電子管來復式收音機四、超外差收音機1913年，美國無線電工程師阿姆斯特朗發(fā)明了超外差電路。1924年，超外差式收音機首次投入市場。1934年得以推廣。超外差收音機工作原理：就是通過輸入回路先將電臺高頻調(diào)制波接收下來，和本地振蕩回路產(chǎn)生的本地信號一并送入混頻器，經(jīng)中頻回路進行頻率選擇，得到一固定的中頻載波調(diào)制（465KHz）。再經(jīng)中頻放大器放大后，送到檢波器進行檢波、濾波，還原的音頻信號送到低頻功率放大電路放大，推動揚聲器，再現(xiàn)聲音。圖超外差收音機原理框圖（一）輸入調(diào)諧回路輸入調(diào)諧回路由磁棒初級線圈、可變電容C和次級線圈組成。初級線圈和可變電容C諧振于525kHz～1605kHz，即f外或f信,通過次級耦合給三極管基極，與本振電路混頻后產(chǎn)生中頻信號。當調(diào)諧電路的諧振頻率與f外一致時，調(diào)諧電路發(fā)生諧振，通過諧振回路進行選頻諧振，抑制非調(diào)諧頻率的信號,使信號在磁棒初級上的信號最大，通過磁耦合傳遞到磁棒線圈次級，再加到三極管輸入端，作為輸入信號。圖輸入調(diào)諧回路示意圖（二）變頻級變頻級的主要作用是把輸入的不同頻率的電臺信號變換成固定的465KHz的中頻信號。變頻級具有振蕩和混頻兩種作用。本機振蕩頻率f本與輸入回路過來的外電臺頻率f信同時送到混頻級，當本振頻率比外來頻率高出一個中頻頻率（465KHz）時，信號通過放大器獲得放大：f振－f信＝f中。本振電路和外部輸入調(diào)諧電路共用一個雙聯(lián)可變電容，同步調(diào)整，使本振振蕩頻率始終高出輸入調(diào)諧頻率465KHz。外部輸入頻率為5251605KHz，本級振蕩頻率為9002070KHz。圖變頻級電路原理圖（三）中頻放大器中頻放大器是LC諧振回路為負載的窄帶放大器，它可以讓中頻信號（465KHz）暢通無阻，并對其進行放大，而不需要的鄰頻干擾信號會被拒之門外，這樣做最大的好處是提高了收音機的選擇性。中頻放大一般采用多級耦合放大，以達到檢波電路所需要的幅度。圖中放電路原理圖（四）檢波電路當調(diào)幅中頻信號通過檢波二極管時，由于二極管的單向?qū)щ娦?，調(diào)幅信號的負向部分被截去，留下正向部分，如在每個周期取平均值（低通濾波），二極管輸出的高頻信號對地短路，所得的波即為基帶低頻信號，實現(xiàn)解調(diào)功能。圖2.3.7檢波電路（五）低頻放大電路低頻放大電路的主要作用是放大檢波級送來的微弱音頻信號，使其有足夠的幅度去推動功率放大級。（六）功率放大電路功率放大電路的主要作用把放大后的音頻信號進行功率放大，使其有足夠的功率去推動揚聲器，還原聲音。圖低頻功率放大電路（七）自動增益控制電路自動增益控制電路（AGC）的主要作用是：當電臺信號發(fā)生強弱變化時，通過反饋電路，去調(diào)整放大級的放大幅度，使其能在信號強時減少放大量；信號弱時增加放大量，即保證收音機的輸出功率或電壓保持不變。自動增益控制電路的工作原理：檢波后的音頻信號通過R3送到中放三極管的基極。由于C4的濾波作用，實際上送到中放管基極的是直流電壓成分，當檢波后的音頻電壓增大時，中放三極管的集電極電流增加，集電極電圖自動增益控制電路壓下降，減少了放大量，反之增加放大量，從而達到自動增益控制的目的。圖典型的超外差收音機電路原理圖五、收音機的發(fā)展史1906年，美國人德福雷斯特發(fā)明真空電子管，是真空管收音機的始祖。1910年，美國科學家鄧伍迪和皮卡爾德發(fā)明礦石收音機，主要利用礦石的檢波作用制造而成。1913年，美國無線電工程師阿姆斯特朗發(fā)明了超外差電路，同年，法國人呂西安、萊維利用超外差電路制作成了超外差收音機，1924年，超外差式收音機首次投入市場，1934年得以推廣。1954