調頻(FM)廣播的接收是近幾年來(lái),特別是去年的一個(gè)熱門(mén)話(huà)題,這是因為調頻廣播較調幅(AM)廣播音質(zhì)好、保真度高、抗干擾性強、節目豐富,最關(guān)鍵的是成本低廉,現在雖然數字音源比比皆是,如CD、VCD、DVD等,但成本高,音樂(lè )軟件又是一筆無(wú)盡的開(kāi)支,而FM廣播節目的接收則是免費的,故對收入不豐的而又想欣賞音樂(lè )的諸多發(fā)燒友來(lái)說(shuō),收聽(tīng)調頻立體聲(FM ST.)廣播節目無(wú)疑是最好的選擇。但發(fā)燒友的追求又永無(wú)止境,接收的臺越多,選擇性越大,但本地電臺畢竟有限,這就是調頻遠程接收的由來(lái)。
本人也是調頻發(fā)燒友中的一員,愛(ài)好調頻接收已有十幾年了,總結了一些經(jīng)驗。在前幾年的《電子報》上陸續發(fā)表了一些有關(guān)調頻接收方面的文章。特別是在介紹了美國道奇車(chē)用數字調諧收音機后,引起了一場(chǎng)全國性的調頻接收熱,當時(shí)也得天時(shí)、地利、人和,時(shí)值全國各地調頻廣播越來(lái)越多之緣故,使得眾多的燒友加入了這一接收行列。然而事情并不像我們想象的那么簡(jiǎn)單,出現了這樣或那樣的問(wèn)題,時(shí)至今日,還電話(huà)鈴聲不斷,信函頗多,向我詢(xún)問(wèn)諸如選材、接收、維修等方面的問(wèn)題,另受編輯之約,再次提筆,系統介紹調頻高保真接收、選材方面的有關(guān)知識,使廣大調頻接收愛(ài)好者都能如愿以?xún)?,圓調頻發(fā)燒之夢(mèng)。
一套完整的調頻廣播接收系統組成如圖1所示,包括室外和室內兩大部分。室外部分包括天線(xiàn)架和天線(xiàn)放大器;室內部分包括調頻調諧器、功放和音箱。調頻接收器由FM高頻頭和中放立體聲解碼電路組成。下邊分別加以詳細闡述。
一、天線(xiàn)
天線(xiàn)是接收系統的門(mén)戶(hù),是第一站,沒(méi)有天線(xiàn),再好的接收機也收不到信號,沒(méi)有良好的天線(xiàn),遠程接收也是不可能實(shí)現的。為了便于大家理解,我們跟電視接收對比,因為大家對電視接收是相當熟悉的,而它們同屬調頻傳送。調頻天線(xiàn)的設計,完全等同于電視天線(xiàn),要求不高的話(huà),可直接用5頻道電視室外天線(xiàn)代替調頻天線(xiàn)。天線(xiàn)有以下三個(gè)指標:
1.增益 天線(xiàn)的增益是用來(lái)說(shuō)明天線(xiàn)接收信號能力的一個(gè)重要指標,它又是由天線(xiàn)的方向角和前后輻射比兩個(gè)方面所決定。方向角越小,天線(xiàn)的接收能力越強,受其它方向的干擾就越小,這也就是為什么天線(xiàn)要對準方向,才能接收清晰圖像和伴音的原因。天線(xiàn)的前后輻射比,是指天線(xiàn)前后接收信號強度之比,這個(gè)值越大,說(shuō)明天線(xiàn)性能越佳?;締卧褡犹炀€(xiàn),有兩個(gè)最大接收面,即前后比為1:1,如何增大前后比,使方向性更加尖銳,最好的辦法是增加引向器和反向器,這也就是為什么只有在信號強時(shí)才用單個(gè)振子,而在信號弱時(shí)使用多單元天線(xiàn)的原因。理論上,引向器越多,增益越高,而反向器僅一根即可,但引向器過(guò)多,會(huì )影響帶寬,機械強度也差,安裝尺寸龐大,所以調頻段的天線(xiàn)一般用三單元天線(xiàn),最多不過(guò)五單元。
2.方向圖 它是表示天線(xiàn)對不同方向的信號所具有的接收能力,它與方向角的意義不同。原則上應使半波振子天線(xiàn)與電臺發(fā)射臺的信號方向垂直,但事實(shí)上接收遠地信號,由于傳播有所改變,在接收時(shí)可能有所偏差,應以實(shí)際接收效果最好為標準。當然我們要求的不僅是一個(gè)方向,而是要求360°全方向接收,這就產(chǎn)生了多方向和全方向天線(xiàn)。事實(shí)上,前面的單個(gè)振子就是多方向天線(xiàn),若將兩副振子垂直組合,便成了十字全向天線(xiàn),此種天線(xiàn)筆者原來(lái)也介紹過(guò),但因其效率低,增益低,故用在信號弱地區不很適宜。唯一的辦法就是用轉向天線(xiàn),它既有較高的增益,又有好的方向圖,它能與來(lái)自任何方向的信號進(jìn)行垂直接收,并獲得最大增益,它能提高信噪比,消除鄰頻干擾甚至同頻干擾,是我們調頻接收愛(ài)好者的最佳選擇。
3.帶寬 它是表示接收調頻信號頻率的一個(gè)指標。通頻帶越寬,表示其接收電臺越多,我國規定調頻廣播的頻率范圍是87.5~108MHz,總帶寬為20MHz,仍屬窄帶天線(xiàn),其中
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心頻率為=√λ1?λ2 =97.4MHz,一般?。梗福停龋?,如果偏向某一頻段,比如低段(88~98MHz)或高頻段(98~108MHz),設計天線(xiàn)時(shí),可以有意傾向某端,靈活掌握。
總之,接收調頻廣播對室外天線(xiàn)的要求是增益要高,具備全方向接收(若其它方向無(wú)電臺,也可定向接收),使用方便。一般三單元天線(xiàn)增益是7dB,五單元天線(xiàn)可達11dB。去年筆者使用的FM9901A型天線(xiàn),便是國內首家按調頻廣播接收設計的三單元專(zhuān)用天線(xiàn),利用電源盒,可以控制天線(xiàn)全方位轉動(dòng)接收,效果不錯。由于設計天線(xiàn)尺寸計算復雜,下面僅給出五單元調頻天線(xiàn)的制作尺寸,見(jiàn)圖2,供愛(ài)好者自制參考。
材料:使用∮10mm的鋁管,按圖制作,銅管更好,直徑越大越好,但在彎制折合振子時(shí)先用砂粒灌滿(mǎn),然后彎制,這樣不易折斷,且彎曲處光滑。中間可用相同材料連接,但注意必須在引向器和反向器的中點(diǎn)。也可用絕緣材料連接,均不影響效果。
二、天線(xiàn)放大器
放大器是FM超遠程接收的必不可少的組成部分,沒(méi)有它,超遠程接收是不可能實(shí)現的。它的作用是將天線(xiàn)接收到的微弱信號進(jìn)行放大,以提高信噪比。另外,遠程接收的天線(xiàn)一般架設得很高,需很長(cháng)的饋線(xiàn)引入室內,這就有一定的損耗,放大器的另一個(gè)作用就是彌補傳輸饋線(xiàn)所帶來(lái)的損耗。
天線(xiàn)放大器的一個(gè)重要指標就是增益。一般地講,增益高一些,輸出電平相應高一些,但噪聲也隨之增大,尤其弱信號更是如此,當輸入強信號時(shí),輸出電平過(guò)高又會(huì )使接收機過(guò)荷失真,產(chǎn)生阻塞現象,因此增益要適當,一般在30dB左右,需要注意的是不要將放大器視為萬(wàn)能武器,好像有了放大器,一切問(wèn)題都迎刃而解了,這里還有很多復雜的原因(后文將述)。因調頻段帶寬僅20MHz,屬窄帶放大器,只要在前級加入相應的帶通濾波器即可。
選用放大器的原則是高增益,低噪聲,最好帶AGC功能。早期產(chǎn)品均是二級或三級高頻三極管組成,噪聲大;后期產(chǎn)品則采用一級低噪聲晶體管加上一級集成放大電路,最常見(jiàn)的便是2SC3358+μPC1651的形式,這種形式被許多廠(chǎng)家所選用。近年較好的則是利用性能指標更好的AT415+A08電路,筆者認為這是目前最佳的組合,符合低噪聲、高增益的選取原則。筆者曾介紹的QG836放大器便是這種形式。如有條件,可選用二級雙柵場(chǎng)效應管構成的放大器,它除有較低的噪聲,較高的增益外,還有很強的抗過(guò)載能力,應是除集成電路外,分立件的最好選擇,雙柵管可選用K73、BF964等型號。
實(shí)際上,只要是電視上用的放大器,均可用于調頻段,僅需將前級帶通濾波器換成調頻專(zhuān)用的一體化BPF即可,它的外形似一只瓷片電容,但有三個(gè)引腳,即輸入、地、輸出,它的作用就是將88~108MHz以外的信號濾掉,而調頻信號暢通無(wú)阻,有效地提高了信噪比。如購不到此件,可用電感、電容組合,如圖3所示。
再告訴大家一點(diǎn),筆者前段時(shí)間試驗了用于衛星接收的高頻頭來(lái)做天線(xiàn)放大器取得了很好效果。衛星接收上用的高頻頭金屬全屏蔽防雨結構,其內部的混頻級和本振級除去不用。內部有三級場(chǎng)效應管構成的高頻放大電路,其接收頻率為3.4~4.2GHz,是調頻段的幾十倍,增益高、效果好。雖然內部有諧振電路,但微帶電感對調頻信號來(lái)講僅相當于直導線(xiàn),在前級加入BPF就是很好的放大器。當然筆者僅僅是做了一項試驗而已,時(shí)間不長(cháng),其穩定性還有待考驗。
三、室外部分系統連接及架設
有了好天線(xiàn)、放大器,其連接也很重要。
?。保炀€(xiàn)架與放大器的配接 一般來(lái)講,放大器的輸入、輸出阻抗均為75Ω,而折合振子的阻抗為300Ω,必須用4:1的阻抗匹配器(可用電視機插座上的300/75的匹配器代用)加以匹配。若直接連接,損耗加大,本來(lái)已十分微弱的信號,再有損失,其信號豈不更小,因此應十分重視匹配問(wèn)題。雖然半波振子的阻抗為75Ω,但本身機械強度差,且與75Ω的同軸電纜也存在1:1的平衡不平衡匹配問(wèn)題。傳輸線(xiàn)不用扁平饋線(xiàn)而用圓饋線(xiàn)是因為前者損耗太大了,故選用損耗較小的75Ω同軸電纜,一般用75-3型,用75-5更好,當然成本也更高些。天線(xiàn)放大器一般安裝在天線(xiàn)架下面30cm左右,也有裝成一體化形成的,如FM9901型天線(xiàn)便是這種形式,同時(shí)解決了防雨雪問(wèn)題。
2.從放大器到接收機的連接 若接收機是單鞭拉桿天線(xiàn),僅接同軸線(xiàn)的中間銅絲,外層屏蔽網(wǎng)空著(zhù)。若是成品調諧器,一般有75Ω和300Ω兩組天線(xiàn)輸入端子,可接屬于壓接方式的75Ω端子,只有正確的匹配,才能獲得最大的電平輸入。
若架設室外天線(xiàn),盡可能提高天線(xiàn)高度,一般是高于地面6m以上,高于屋頂3m以上。但也并非越高越好,太高效果反而可能變差,應根據實(shí)際接收效果決定架設高度,如果周邊物體都沒(méi)有天線(xiàn)高,還要安裝避雷針,并使其良好接地,以免雷擊。
不少讀者來(lái)電來(lái)函詢(xún)問(wèn):據介紹某型天線(xiàn)或放大器接收效果好,但實(shí)際使用為什么改善不大,或者效果反而更差了。應該說(shuō):器材是好的,但也是相對而言的,這與使用方法有關(guān),可不妨檢查一下系統連接是否有問(wèn)題。其次,接收效果的好壞還與周?chē)h(huán)境有很大的關(guān)系,如發(fā)射臺天線(xiàn)的高度,發(fā)射的功率大小及周?chē)慕ㄖ锏鹊?,不能一概而論。一般講,山區的接收比平原要差,尤其超遠程接收。有時(shí)將天線(xiàn)位置移動(dòng)幾米,多試幾個(gè)點(diǎn)架設,可能就有很大的差異。若能用室外天線(xiàn)收好廣播,就不必再加放大器了,放大器使用不當時(shí),就是一個(gè)噪聲源;有的為了達到遠程接收,采用兩個(gè)放大器串接起來(lái),這時(shí)必須注意兩個(gè)放大器至少距離2m,還要有一定衰減,否則很難成功。
本人地處黑龍江山區(北緯44.7°、東經(jīng)128.2°),曾用十字全向天線(xiàn)配合道奇機或星河機收到幾十個(gè)電臺。效果良好的如哈爾濱第3套省臺廣播,長(cháng)春的第8套、吉林市的第4套,其余均為周邊縣市臺。但其它的像北京、安徽、武漢、湖北、江蘇、浙江等地文藝臺,還有韓國、日本、俄羅斯等外國電臺都屬超遠程接收,這類(lèi)臺不可能長(cháng)期穩定接收,由于是電離層的折射和反射所形成的,其場(chǎng)強忽大忽小,一會(huì )穩定、異常清楚,一會(huì )又噪聲四起,直至消失。一般的規律是:早晚接收效果好,夏季比冬季要好。
四、FM高頻頭
調頻接收機的靈敏度主要由高頻頭來(lái)決定,它是接收機的第一站。一般情況下,分立件組裝的比集成電路好,兩片集成電路又比單片電路要好。如市面常見(jiàn)的CXA1238、CXA1019、TEA5711等均是單片收音電路、集高放、中放、解調(甚至功放)于一體,由于電路擠在一片芯片上,勢必有所取舍。而單片調頻頭電路,如TA7358、LA1185等等都是專(zhuān)用調頻頭電路,故一致性較好,靈敏度較高,它一般包括高放、本振、混頻三部分,所以用專(zhuān)用的調頻頭電路加上中放解調電路,應是較好的組合,如常見(jiàn)的TA7358+TA8132、德生PL757等。分立件組裝的調頻頭早期均為三極管電路,一級高放,一級變頻,較好的有獨立的本振。若把高放三極管換成場(chǎng)效應管,則噪聲大為降低,增益也可提高幾個(gè)分貝。若想進(jìn)一步提高增益,單靠加大高放級的數目是不夠的(因此時(shí)噪聲也大了),必須采用窄帶調諧電路,即在高放級前再加一個(gè)選頻回路,這樣不但提高了增益,而且提高了抗干擾能力和選擇性,所以高級的調頻頭都采用三連可變電容調臺,如汽車(chē)上調頻收音機高頻頭均采用這種三連可變電容或電感調臺,高放采用單柵場(chǎng)效應管,有獨立的本振和混頻,這也就是為什么汽車(chē)上的收音機比普通收音機靈敏度高的原因。關(guān)于汽車(chē)收音電路可參見(jiàn)本報1991年合訂本附錄。高頻頭的靈敏度是用μV來(lái)表示的,一般做到≤1μV的靈敏度,就是相當不錯的指標了。
關(guān)于數字調諧器(電調諧),只不過(guò)是把調臺的可變電容換成了變容二極管,改變加在二極管上的電壓,其電容也隨之改變。這樣省去了體積較大的電容和復雜的拉線(xiàn)機構,且可加入鍵控、遙控,方便了許多。電調諧的接收機一般都帶有液晶(或熒光)顯示屏,用于顯示波段、頻率、時(shí)間、立體聲、臺號等信息,使接收一目了然?,F在數字調諧器也從幾百元降至一二百元,調頻接收愛(ài)好者最好使用這種數字調諧器,尤其優(yōu)先選用三個(gè)變容二極管組裝的高頻頭,但也不要以為凡數字調諧器靈敏度均高,只不過(guò)是使用方便罷了。去年介紹的美國道奇車(chē)用收音機和國產(chǎn)星河883A調諧器均是采用的窄帶調諧高頻頭,故而靈敏度都很高,只可惜目前都無(wú)貨可供。筆者在本報今年第10期曾介紹了兩款高性能的調頻高頻頭,均為全新日本原裝,獨立屏蔽、場(chǎng)效應放大、窄帶調諧 電調諧專(zhuān)用發(fā)燒頭,其特別之處在于分三段接收,頻率范圍VL:70~150MHz、VH176~223MHz;U段:475~770MHz;除能接收標準的調頻波段外,還能接收電視3頻道以上的伴音,包括大部分增補頻道,是不可多得的十分優(yōu)秀的調頻寬帶接收頭。
另外筆者再推薦一款性能十分優(yōu)異的電路,見(jiàn)圖4,供愛(ài)好者自制參考。這是一款分立加集成的FM高頻頭,它集二者優(yōu)點(diǎn)為一身:采用一級雙柵場(chǎng)效應管調諧放大后,再經(jīng)選頻網(wǎng)絡(luò )后進(jìn)入FM高頻頭專(zhuān)用集成電路AN7254,進(jìn)行高放、混頻輸出中頻10.7MHz信號,又經(jīng)10.7MHz的濾波器進(jìn)入調頻中周進(jìn)一步選頻后,進(jìn)入集成電路進(jìn)行一級預中放,從⑨腳輸出純凈中頻,再經(jīng)10.7MHz濾波后送入中放解調。通過(guò)以上簡(jiǎn)單的流程敘述可見(jiàn),10.7MHz的中頻信號經(jīng)過(guò)了三級濾波,可謂純而又純了,其選擇性、靈敏度均十分出色;更難得的是AN7254除具有常規功能外,其⑧腳還輸出高放AGC電壓,調控雙柵管的第二柵極,以達到自動(dòng)控制高放增益的目的,避免高靈敏度遇到強信號所帶來(lái)的阻塞現象。筆者認為:這是一款最優(yōu)秀的FM高頻頭電路。
五、有了靈敏度高的前級高頻頭,僅說(shuō)明具備了接收超遠程弱信號的能力。而如何將中頻信號解調出來(lái),還原成聲音,達到高保真,是一個(gè)很重要而往往又被忽略的步驟。這部分電路由中放、解調、立體聲解碼電路組成,附帶調諧指示和立體聲指示及單/雙聲切換電路。主要技術(shù)指標有:中放增益,越高越好;諧波失真,越低越好;信噪比,越高越好;立體聲分離度,越高越好。這部分電路主要由集成電路構成,常用的電路有CX-A1238、TEA5711、TA8127、TA8132等。這些電路,只要輸入10.7MHz的中頻信號,就會(huì )有左右聲道的立體聲音頻信號輸出,且這幾片電路均可配接AM電路,外圍元件少,適合自己動(dòng)手制作,其它的兩片電路,如中放解調,只輸出單聲道信號,還要進(jìn)入單片解碼電路,還不如一塊簡(jiǎn)單,且性能穩定。
筆者推薦日本三菱的M51535電路,應用電路圖見(jiàn)圖5。這是本人迄今為止見(jiàn)到性能指標最好的單片解調電路,尤其外圍元件的選擇,盡用補品:CBB電容、黑金剛電解、村田瓷片、TDK10.7M。試用表明,解調后音色相當不錯,冠以高保真絕不夸張。這使我想到:音響摩機成風(fēng)的今天,為什么不把你的FM調諧器高保真音源摩一摩呢?花費不多,可能有意想不到的收獲!該電路的技術(shù)指標為:諧波失真0.05%、信噪比72dB、立體聲分離度45dB,可見(jiàn)性能不俗。但只有立體聲指示而無(wú)調諧指示,而上列幾款均具備調諧和立體聲指示。此外,接收弱信號的立體聲廣播節目噪聲較大。不過(guò)該電路內部有自動(dòng)切換電路,也可用手動(dòng)開(kāi)關(guān)直接切換到單聲道位置,這時(shí)就變成了清晰的單聲道廣播。其原理是減少了帶寬,提高了信噪比,因為電臺頻率是指它的載波頻率,它的上下還有200kHz的邊帶信號,故兩個(gè)臺間隔0.4MHz才不會(huì )發(fā)生干擾,單聲道廣播帶寬為200kHz,立體聲帶寬為400kHz。實(shí)際上,當接收廣播節目時(shí),由于本地臺少、間距很大,不可能產(chǎn)生干擾,而恰恰在接收很多的遠地電臺時(shí),不可避免地有鄰頻或同頻干擾,除了靠天線(xiàn)方向消除外,當在0.3MHz間隔發(fā)生干擾時(shí),可用兩只10.7MHz中頻陶瓷濾波器串聯(lián)使用,以抑制鄰頻干擾,一般都能取得較好效果。此時(shí)最好用一級預中放來(lái)彌補10.7MHz的插入損耗,具體可參見(jiàn)本報1997年合訂本相關(guān)文章。
關(guān)于音箱和功放的配置已不屬本文討論之范圍,但接收的調頻節目還有噪音,可利用功放的降噪電路,一般用LM1894組裝,它對FM廣播噪聲有很好的抑制作用,也可串聯(lián)使用,降噪效果加倍,如功放上無(wú)此電路,不妨直接加在調諧器中,成為名符其實(shí)的高保真調諧器。下面推薦一套黃金組合:三單元遙控轉向帶天線(xiàn)放大器室外FM專(zhuān)用天線(xiàn)+電視用遙控板+MITSUMI三波段調頻頭+M51535中放立體聲解碼板+LM1894降噪電路,總成本約320元。有這套組合,可謂一款超級高靈敏全波段FM調諧器了,它可存儲多達90個(gè)電臺,實(shí)現70~770MHz的調頻信號接收,選臺操作一切由遙控器操作。米茲米三波段高頻頭結構與彩電高頻頭十分類(lèi)似,所以直接利用加裝遙控的電視遙控板變通使用,十分方便(若省去遙控板,可節約成本,但手調諧太費事了,必須用專(zhuān)用的多圈電位器調諧)。若再加一片TA7630板,那么連高低音、平衡、音量大小也能遙控了;若再加一電調AM組件,(接收頻率0.1~6MHz),就又能收聽(tīng)長(cháng)、中、短波的調幅電臺了,當然成本又相應地增加了,但畢竟一分錢(qián)一分貨,總的來(lái)說(shuō),性?xún)r(jià)比還是很高的。
以上是結合本人接收經(jīng)驗寫(xiě)下的一點(diǎn)體會(huì )。如果你的條件較好,可以接收衛星傳送的電臺節目,它也是調頻制,其音質(zhì)達CD水平,但不能用普通收音機解調,而是專(zhuān)用的衛星接收機。目前一套1.5m的模擬套站僅四五百元,一套數字套件也僅千余元,比前幾年便宜多了,其接收效果十分穩定,不受任何干擾,24小時(shí)全天候播音。目前模擬套站中可收到利用伴音副載波傳送的十幾套中央及省臺廣播節目(部分節目需麗音解碼器解碼),而數字套站,僅亞洲2號衛星上就能收到四五十套廣播節目,包括部分外國音樂(lè )臺,大部分為立體聲,其音質(zhì)相當好?,F在國內節目均集中在鑫諾1號衛星上,雖然圖像加密,但廣播節目還是開(kāi)放的,其中中央人民廣播電臺7套,中國國際電臺1套,中央第三套文藝調頻為立體聲,省臺廣播節目30余套,而接收此衛星信號僅需0.6米天線(xiàn),是國家普及的村村通工程。我們不僅能看到近似DVD畫(huà)面,還能聽(tīng)到CD水平的伴音和廣播,關(guān)鍵信號十分穩定。當然,也有專(zhuān)用于音頻廣播的衛星——亞洲之星,現已發(fā)射定點(diǎn)成功,但接收機太貴,我們目前根本消費不起。本來(lái)數字接收機是用來(lái)收看數字化電視節目的,而現在我們把它當收音機用,似乎大材小用了,但作為接收高質(zhì)量音頻廣播節目,也不失為一種較好的嘗試。