射频全电视信号

射频全电视信号 二、射频全电视信号 1地面广播电视系统射频电视信号的形成 1图像信号的调制 ?调幅原理 见第2章 ?已调高频图像信号 用全电视信号对载波进行调幅调幅后的高频信号称为已调 高频图像信号。其波形及频谱如图 3-2 所示。图a为负极性 10 调幅图b为正极性调幅图c为全电视频信号及高频载 波的频谱图d为已调波的频谱。 图3-2 已调高频图像信号波形及频谱 我国采用负极性调幅。负极性调制有三个主要优点 其一负极性调幅波的同步脉冲对应于图像发射机的输出功 率最大值在一般情况下一幅图像中亮的部分总比暗的部分面 积大因而负极性调制时调幅信号的平均功率要比峰值功率小 很多显然工作效率高 其二在传输过程中当有脉冲干扰叠加在调幅信号上时 对正极性调制来说干扰脉冲为高电平白电平虽高也为高电 平经解调后在荧屏上呈现为亮点较易被人眼察觉。而负极 性调制干扰脉冲虽也为高电平白电平为低电平经解调后 在荧屏上呈现暗点人眼对暗点不敏感并且也易通过自动干扰 抑制电路减小其影响 11 其三负极性调制便于将同步脉冲顶用作基准电平进行信号 的自动增益控制。 全电视信号不同于单一频率的调制信号其信号频率带宽为 0-6MHZ。根据3-3式可知全电视信号调幅波的频谱分布是 在载频 fs 的两边各有一个边带上边带fs f1max和下边 带fs –f1max总的带宽是最高调制频率fmax 的两倍即 6 MHZ。参见图 3-1c、d。 2伴音信号的调制 广播电视中伴音的频率范围为30HZ到期 15KHZ。伴音信号采 用调频方式传送。 载波被伴音信号调频以后称为已调高频伴音信 号。 ?调频原理 所谓调频就是用需要传送的伴音信号去调制高频载波 U U 的频 率使高频载波频率随伴音信号的瞬时值而变化。 设低频调制信号为cosΩt 载波信号为 UcUccosωct 则可以写出调频波的数学达式 U Uscosωct f k U /ΩsinΩt Uscos ω ct f m sin Ω t 3-1 式中 f m 为调频波的调频指数也即最大相移 12 3-2 f k 为比例常数表示单位调制信号所引起的频率偏移。 调频波的最大频率偏移为 ? ω m f k U 3-3 ? f m ?ωm /Ω 由3-2、3-3式可见调频波的频率变化?ω f k UΩm 与 调制信号频率无关 而调频波的调频指数与调制信号频率Ω成反 比。 单一频率调制时调频波波形与频谱如图 3-3 所示。当调制信 号瞬时值大时 载波频率瞬时频率变高 当调制信号瞬时值小时 载波频率瞬时频率变低。 图3-3 调频波波形与频谱 与已调幅波一样调频波的频谱是也将包含有新的频率成分 其有效边频对数与边频幅度变化规律都取决于调频指数 f m 。当 13 f m 较大时调频波中包含的频谱比调幅波复杂得多有 fc、fc ?F、fc?2 F、fc?3 F、??理论上有无穷多对边频而且边 频的振幅可能高于载波振幅见图3-1c。 单一频率调制调频波的频谱宽度 若将振幅小于载频振幅10 的边频忽略则调频波所含频谱宽度可近似表示为 B2 ? FmF 3-4 式中?fm?ωm/2π ?fm 为最大频偏 ? 已调高频伴音信号的频谱 已知音频信号最高频率为fmax15 KHZ我国规定已调频波最 大频偏为50 KHZ则由3-式已调伴音信号的带宽为 B2?fmF 25015130 KHZ 其频谱图如图3-4所示。 图3-4 已调高频伴音信号的频谱 图中fc为伴音载频fc两边各留有0.25MHZ的带宽容纳边 频。由此可知调频波所携带的边频很丰富因此伴音的音质、 14 音域都比调幅波好。调频波另一优点是抗干扰性好因为干扰 一般首先引起调频波的幅度产生变化对这种寄生调幅可用限 幅器加以消除。 但是 由于音频信号从 15HZ-15KHZ 频率变化1000 倍 因此 当频偏一定时音频低端与高端的调频指数变化非常大高频端 时调频指数 f m 将减小这会使抗干扰性能变差。此外频偏 ?f 与调制信号的振幅成正比通常声音中高音频分量的振幅比 低音频分量小更会使抗干扰性能变差。解决的是在发送端 采 用预加重措施压低低音频分量的振幅相当于提高了高音频 分量的相对幅度以均衡提高抗干扰的性能。在接收端则需将 解调后得到的音频信号中的高频分量加以衰减 即采取去加重措 施以恢复原伴音中高、低频分量振幅的比例。 3 射频图像信号的残留边带方式及全射频电视信号的频谱 ?射频图像信号的残留边带方式 如前所述图像信号经过调幅以后在载频两边出现了两个 对称的边带其频谱由图像的而定。因图像信号的最高频率 是6MHZ因而调幅后的频带宽度是12MHZ。这一方面很不经济 使允许的波段内容能容纳的频道数减少一半另一方面信号频 带过宽将对信道系统的某些性能提出更高的要求增加了设备 的复杂性。 我们从已调幅波的频谱中可以发现已调幅信号由两个对称 的上、下边带组成且上、下两个边带结构相同都是传送同一 15 种信息。如果在发射的时候设法抑制其中一个边带只发送一 个边带那仍然可以完成传送信息的任务而它的频带宽度却可 以压缩一半。 要实现单边带传输就需设法抑制掉其中一个边带。但在图 像信号中含有很低的频率成分使上、下边带靠得很近不可能 有这样一个理想滤波电路 所以要完全滤去某一个边带是很不容 易的因此在电视系统中采用残留边带方式传输。 残留边带调制的射频图像信号如图3-5。实现的方法是先产 生双边带的调幅信号然后通过带通滤波器保留高频载频 fs 和 全部上边带而滤去下边带的大部分只残留fs1.25以上 的频率分量其中fs0.75全部残留、fs1.25至fs 0.75频率分量过渡残留。 图3-5 残留边带调制频谱图 残留边带方式的主要优点是压缩了图像信号调幅波频带滤 波性能比单边带易于实现 可以采用简单的峰值包络检波器实现 解调。但残留边带调制是一种不均衡调制对于图 3-5 中的 fs ?0.75 频率分量具有双边带特性因而经峰值包络检波器解 16 调后输出信号中这些频率分量的振幅较大。对于图像信号中的 fs 0.75MHZ—6MHZ的频率分量实现单边带调制则经过同一检 波器解调后这些频率分量的振幅只是上述的一半。而图像信号 中0.75MHZ-1.25MHZ的频率分量处于过渡状态。这样低频分量 振幅大虽使图像对比度提高了 但高频分量的相对削弱会使图像 的清晰度下降因此要恢复原来信号频谱就要求电视机的中频 放大电路具有特殊的幅频特性。 ?全射频电视信号频谱 综合已调高频图像信号和已调高频伴音信号 就形成在高频 通道中传输的全射频电视信号两者在频谱上相互错开以免干 扰。我国电视规定伴音载频 fc 比图像载频 fs 高 6.5MHZ 各频道间隔为8MHZ。 则残留边带制全射频电视信号频谱如图3-6 所示。 图3-6 全射频电视信号频谱 4无线电波段的划分与图像载频的选择 17 ?无线电波段的划分 图像信号和伴音信号分别对图像载频和伴音载频进行调幅 和调频调制后形成了残留边带制全射频电视信号 再由发射天线 以无线电电磁波的形式向空间发射出去 而电视机的天线将空间 中传播的无线电电磁波接收下来 再经过一系列的处理后还原出 图像信号和伴音信号。 电磁波在真空中的传播速度等于光速约为3×10 8 m/s电 磁波的波长和频率的关系可用下式计算 λc/f 式中λ为波长f为频率c为光速。 无线电电磁波波段的划分如表3-1所示。 表 3-1 无线电电磁波波段的分 段 波段名称 波长范围 电磁波名称 频率范围 极长波 1×10 5 m 极低频ELF