7. ОСОБЕННОСТИ РАДИОВЕЩАНИЯ НА КОРОТКИХ ВОЛНАХ

Короткие волны могут распространяться земной и пространственной волнами. При использовании земной волны из-за сильного ее поглощения в почве радиовещание возможно лишь в пределах нескольких десятков километров. Пространственные волны при отражении от ионизированных слоев атмосферы испытывают незначительные поглощения. Это делает короткие волны значительно более удобными, чем длинные или средние, при передаче информации  на большие расстояния. Используя  пространственную волну в диапазоне KB, можно обеспечить передачу вещательных сигналов на расстояние в несколько тысяч километров. Для радиовещания в KB диапазоне применяют передатчики мощностью 50, 100, 250 и 500 кВт. Допустимое отклонение частоты несущей KB передатчика регламентировано общесоюзными нормами и составляет ± 10 Гц для передатчика, работающего в индивидуальном или совмещенном частотном канале, и ± 0,05 Гц — для передатчика, работающего в синхронной сети [81].

Для высококачественного приема в KB диапазоне защитное отношение по высокой частоте в совмещенном канале должно составлять 27 дБ [53]. Удовлетворительное качество приема в совмещенном частотном канале можно получить при защитном отношении 14—16.дБ. Величина защитного отношения по соседнему каналу для обеспечения высококачественного приема составляет 40—43 дБ и 5—10 дБ — для удовлетворительного приема. Изменение ширины полосы модулирующего сигнала от 10 до 3,4 кГц на величину защитного отношения по соседнему каналу существенного влияния не оказывает. Это объясняется сравнительно невысоким весом высокочастотных составляющих в спектре модулирующего сигнала [53].

Главным недостатком использования коротких волн для вещания является то, что, отражаясь от ионизированного слоя, они не имеют постоянства условий распространения. Непостоянство электронной концентрации слоя приводит к тому, что при приеме коротких волн появляются глубокие замирания и вследствие этого колебания сигнала. Амплитуда сигнала при замираниях меняется в десятки и даже в сотни раз. Период замираний, определяемый как промежуток времени между двумя последовательными минимумами или максимумами, колеблется от нескольких десятков до десятых долей секунды. Так же, как и в зоне дальних замираний диапазона СВ, основной причиной замираний коротких волн следует считать интерференцию нескольких приходящих в место приёма лучей, фазы которых вследствие непостоянства пути распространения волн непрерывно изменяются.

Рассмотрим искажения радиосигнала, когда несущая модулирована колебанием частоты Ω. Вследствие интерференции многих лучей, напряжение сигнала на входе приемника можно представить выражением, тождественным формуле (6.8). Поскольку показатель преломления ионосферы зависит от частоты радиосигнала, каждый из трех входящих в состав модулированного сигнала (6.8) лучей распространяется по траектории, отличной от траектории других лучей, и отражается от слоев, находящихся на разной высоте. Поэтому характер замирания трех лучей различный. В месте приема модулированного колебания под действием замираний непрерывно и независимо друг от друга изменяются как амплитуды, так и фазы трех спектральных составляющих. Результирующие изменения амплитуд и фаз различные для разных участков полосы частот радиоканала. Появляющиеся частотно-избирательные замирания приводят к появлению нелинейных и частотных искажений.

Статистические характеристики радиоканала с частотно-избирательными замираниями можно получить при измерении его частотной корреляционной функции. Частотная корреляционная функция радиоканала R(f₁, f₂) описывает корреляцию замирания как функцию двух измерений частот  f₁ и f₂, отстоящих друг от друга по шкале частот на интервал Δf= f₁-f₂,

 

где U₁(t, f₁) и U₂(t, f₂) — принимаемые сигналы в момент времени t на частотах соответственно f₁ и f₂.

Результаты измерений на различных трассах показали, что минимальный интервал корреляции, т. е. минимальный частотный интервал, в пределах которого наблюдается зависимое замирание, равен нескольким килогерцам, но может понижаться и до сотен герц [115].

 

 

 

Нелинейные искажения, появляющиеся вследствие частотно-избирательных замираний, носят тот же характер, что и искажения при синхронном вещании. Как показано выше, при независимом изменении коэффициентов k₀, k_н, k_в [см. формулу (6.8)] появляются специфические нелинейные искажения (см. рис. 51, 52). Особенно большие нелинейные искажения возникают при пропадании несущей (k₀ = 0), В этом случае вторая гармоника частоты модулирующего сигнала достигает наибольшего значения.

На рис. 60 показана запись уровней полного синусоидального сигнала частотой 1000 Гц (N_f) и его второй гармоники N_2f, выделенные на выходе KB радиоприемника. Сопоставляя уровни полного сигнала и его второй гармоники, оценим величину нелинейных искажений. Как видно, в некоторые моменты времени уровень сигнала равен уровню второй гармоники. Коэффициент нелинейных искажений при этом равен 100%. Это соответствует полному пропаданию несущей. Часты случаи, когда коэффициент нелинейных искажений превышает 20% (номинальный уровень сигнала равен 13 дБ).

Степень ухудшения качества KB вещания можно оценить по частоте появления больших значений коэффициента нелинейных искажений (второй гармоники модулирующего сигнала) в единицу времени. Частота появления второй гармоники понижается с уменьшением коэффициента модуляции.

Частотные искажения в KB радиоканале, появляющиеся вследствие частотно-избирательных замираний, могут достигать больших значений. Из-за непостоянства характеристик тракта распространения его частотные характеристики также непостоянны. Если сравнить статистические усредненные за равные промежутки времени частотные характеристики, то можно обнаружить общие закономерности. На рис. 61 показаны две усредненные частотные характеристики, отражающие состояние KB радиоканала в течение двух сеансов радиопередачи, проводившейся в разные дни. Несмотря на разброс значений коэффициента передачи в полосе частот радиоканала, общая закономерность проявляется в уменьшении коэффициента передачи с ростом  частоты в высокочастотной области. Спад частотной характеристики сквозного радиоканала в ВЧ области звуковых частот приводит к

 

 t

ухудшению разборчивости речи и ухудшению натуральности звучания. Для повышения качества вещания на передающей стороне модулирующий сигнал подвергается предварительным предыскажениям. На рис. 62 показана характеристика схемы предыскажений. Предыскажения обеспечивают спад коэффициента передачи на низких частотах и увеличение коэффициента в ВЧ области. Такая характеристика в известной степени компенсирует те искажения, которые вносит KB тракт распространения [73, 80].

Обычно корректируют усредненную частотную характеристику тракта распространения радиоволн. Особенностью такой коррекции является то, что оптимальное качество радиовещания обеспечивается лишь для какого-то небольшого отрезка времени, в течение которого частотная характеристика тракта соответствует характеристике схемы предыскажений. В отдельные моменты времени, несмотря на вводимые предыскажения, линейные искажения в сквозном радиоканале имеют большие значения.

Оценивая качество KB радиовещания, следует отметить, что частотно-избирательные замирания при приеме вызывают одновременно появление линейных и нелинейных искажений случайных по величине и взаимной корреляции. Хотя влияние такого рода искажений на качество передачи исследовано недостаточно и не существует норм на такие искажения, замечено, что недетерминированные нелинейные искажения более ухудшают качество передачи, чем частотные.

Как показано выше_; при двухполосной амплитудной модуляции и линейном детектировании вследствие частотно-избирательных искажений радиосигнала нелинейные искажения принципиально неустранимы. Нелинейные искажения при приеме KB  радиосигнала можно существенно уменьшить, используя однополосную модуляцию. При передаче, например, одной из боковых полос и частично подавленного несущего колебания частотно-избирательные искажения приведут к появлению только частотных искажений. При организации профессиональной KB радиосвязи в настоящее время применяют профессиональные однополосные передатчики и приемники. Помимо резкого уменьшения нелинейных искажений, использование однополосной модуляции позволяет вдвое сократить полосу частот радиоканала и, не меняя мощности передатчика, в несколько раз увеличить мощность излучения полезного сигнала. Трудности применения ОМ в радиовещании связаны с необходимостью изменения схемы ВЧ тракта и детектора радиоприемника.