中波广播理论综

中波广播理论综第一节无线电波一、无线电波的定义无线电波是指在自由空间传播的射频频段的电磁波。无线电波是电磁频谱的一部分，它像水池中的波纹一样向个各方向传播。电磁波：磁场的任何变化会产生电场，电场的任何变化也会产生磁场。交变的电磁场不仅可能存在于电荷、电流或导体的周围，而且能够脱离其产生的波源向远处传播，传播速度与光的传播速度一样，这种在空间内以—定速度传播的交变电磁场，称为电磁波。无线电技术中使用的这一段电磁波通常称为无线电波。图电磁波传播示意图二、无线电波的传播方式及传播特点无线电波主要的传播方式有：地波、天波和沿直线传播的空间波。无线电波和光波的传播速度一样（3×108米／秒），具有地波：地波是沿地球表面空间向外传播的无线电波。地波的传播特点：频率越高，地面吸收越多，损耗越大。因此只有长波和中波能在地面传播。地波不受气候影响，传播比较稳定可靠。但在传播过程中，能量被大地不断吸收，因而传播距离不远。所以地波适宜在较小范围里的通信和广播业务使用。天波：天波也即电离层波。地球大气层的高层约100Km处存在着“电离层”。无线电波进入电离层时其方向会发生改变，出现“反射”。因为电离层折射效应的积累，电波的入射方向会连续改变，最终会“拐”回地面，电离层如同一面镜子会反射无线电波。我们把这种经电离层反射而折回地面的无线电波称为“天波”。天波的传播特点：电离层能反射电波，也能吸收电波。对频率很高的电波吸收的很少。短波和中波是利用电离层反射传播的最佳波段，它可以借助电离层这面“镜子”反射传播，被电离层反射到地面后，地面又把它反射到电离层，然后再被电离层反射到地面，经过几次反射，可以传播很远。空间波：空间波是沿直线传播的无线电波。它包括由发射点直接到达接收点的直射波和经地面反射到接收点的反射波。空间波的传播特点：空间波传播距离一般限于视距范围，因此又叫视距传播。超短波和微波不能被电离层反射，主要是在空间直接传播。其传播距离很近，易受高山和高大建筑物阻挡，为了加大传输距离，必须架高天线，尽管这样，一般的传输距离也不过50公里左右。超短波的电视和雷达多采用空间波方式传播。散射波：当大气层或电离层出现不均匀团块时（12～16Km），无线电波有可能被这些不均匀媒质向四面八方折射和散射，使一部分能量到达接收点，这就是散射波（波长较短的波段）。图地波、天波、空间波传播示意图外球层传播：离开地面1000Km以外的宇宙间通信称为外球层传播。卫星通讯和卫星直播电视就是利用这种传播方式。电离层：电离层是地球大气的一个电离区域。60千米以上的整个地球大气层都处于部分电离或完全电离的状态，电离层是部分电离的大气区域，完全电离的大气区域称磁层。也有人把整个电离的大气称为电离层，这样就把电磁层看作电离层的一部分。除地球外，金星、火星和木星都有电离层。电离层从离地面约50公里开始一直伸展到约1000公里高度的地球高层大气空域，其中存在相当多的自由电子和离子，能使无线电波改变传播速度，发生折射、反射和散射，产生极化面的旋转并受到不同程度的吸收。根据密度不同，电离层可分为D、E、F1和F2层。图电离层组成示意图三、无线电波在电磁频谱中的频率范围物理学家在17至19世纪首先认识到白色光实际上是由红色到紫色各种不同颜色的光组成的。因此，白色光是不同颜色的频谱，光也具有波长和频率特征。电磁频谱可以从可见光向两个方向扩展，更高频率的‘光’包括紫外线、X射线以及宇宙射线，而更长的波长、更低频率的‘光’则首先包括有红外线光，随着频率降低和波长越来越长即是无线电波。可见，无线电波是电磁波的一种表现形式，是频率在3000吉赫兹以下的电磁波。四、无线电波频段的划分表无线电频段划分表五、无线电各频段的用途甚低频（VLF3～30KHz）超长波（1Km～100Km），空间波用于主海岸潜艇通信、远距离通信、超远距离低频（LF30～300KHz）长波（10Km～1Km），地波用于越洋通信、中距离通信、地下岩层通信、远距离导航；中频（MF0.3～3MHz）中波（1Km～100m），地波与天波多用于船用通信、业余无线通信、移动通信、中距离导航；高频（HF3～30MHz）短波（100m～10m），天波与地波用于远距离短波通信、国际定点通信；甚高频（VHF30～300MHz）米波（10m～1m），空间波电离层散射（30～60MHz）多用于流星余迹通信、人造电离层通信（30～144MHz）、对空间飞行体通信、移动通信；超高频（UHF0.3～3GHz）分米波（1m～0.1m），空间波多用于小容量微波中继通信（352～420MHz）、对流层散射通信（700～10000MHz）、中容量微波通信（1700～2400MHz）；特高频（SHF330GHz）厘米波（10cm～1cm），空间波多用于大容量微波中继通信（3600～4200MHz）、数字通信、卫星通信、国际海事卫星通信（1500～1600MHz）；极高频（EHF30～300GHz）毫米波（10mm～1mm），空间波用于大气层通信、波导通信。第二节中波的发射与接收一、中波的定义中波是指频率为300kHz～3MHz的无线电波，中波的频段范围是526.5KHz～1606.5KHz，其波长为575～187m，频带间隔9KHz。中波广播(MW:MediumWave)采用了调幅(AmplitudeModulation)的方式。在不知不觉中，MW与AM之间就划上了等号，实际上MW只是诸多利用AM调制方式的一种广播，像在高频(3～30MHz)中的国际短波广播所使用的调制方式也是AM，甚至比调频广播更高频率的航空导航通讯(116～136MHz)也是采用AM的方式，只是我们日常所说的AM广播只是中波广播的调制形式而已。二、中波的传播特点中波广播主要通过地面波传送，中波广播晚上还可通过空间电离层反射（天波）传播。传播特点存在衰落现象，场强有明显的日变化和年变化，易受太阳活动电离层暴（日凌）影响。无线电波碰到导体时，就会在导体中产生感应电流，从而损耗掉一部分能量，这种使电波能量变弱的现象，叫做对电波的吸收。大地是导体，对中波的吸收较强，故以地波形式传播的中波传播不远(约二三百公里)。白天，由于阳光照射，电离层密度增大，使电离层变成良导体，致使以天波形式传播的一小部分中波进入电离层就被强烈吸收，难于返回地面，加之以地波形式传播的中波又被大地吸收而传播不远，于是就造成白天难以收到远处的中波电台。到了夜间，大气不再受阳光照射，电离层中的电子和离子相互复合而显著增加，故电离层变薄，密度变小，导电性能变差，对电波的吸收作用也大大减弱，这时，中波就可以通过天波途径，传送到较远的地方，于是夜间收到的中波电台就多了。图中波夜间电离层传播示意图三、中波广播的发展历程中波广播技术发明于20世纪20年代，距今已有近100年的历史。中波广播发展的过程，可以说是提高中波广播发射机效率和可靠性的过程。经过近100年的发展，中波发射机的效率从40%提高到近90%，极大地降低了中波发射机的日常维护费用，发射机的可靠性得到极大的提高，停播率大大降低，基本上满足了不间断、高质量播出的要求。（一）按时间发展阶段算，中波广播经历的四个阶段：1.起步阶段；2.因二次世界大战而造成的停滞阶段；3.二次世界大战后的恢复和技术基础准备阶段；4.20世纪70年代的快速发展阶段。（二）按发射机类型发展算，经历了三个阶段：1.电子管中波广播发射机；2.晶体管加陶瓷管中波广播发射机；3.全固态数字式调幅中波广播发射机。最早期的是全电子管的中波发射机，它采用的技术是在发射机的末级直接进行栅极调制。由于受当时技术条件限制，使得中波发射机的设备庞大，效率很低（40%以下）。广播质量不高，但播出的成本却非常高，到了上世纪七八十年代，随着半导体晶体管和陶瓷管的发展和普及，中波广播发射机在小信号处理上实现了晶体管化，而在末级使用大功率陶瓷对管对调幅波进行放大发送，大大减少了中波发射的重量和体积，发射效率也有很大的提高（60%）。八十年代初，中波广播采用了先进的脉宽调制技术，去掉了原发射机中庞大的调幅变压器，使中波发射机的效率又有大幅度提高，音频指标也有新的突破。到了九十年代，随着晶体管制造技术的日趋成熟和大功率半导体器件的出现，全固态数字式调幅广播发射机应运而生，并引领了调幅广播技术变革的一大革命。所谓全固态是指发射机对信号的处理、放大和调幅发送均采用集成电路和半导体器件。数字调制是指将连续的模拟信号转换为数字式开关脉冲信号，用脉冲数字信号去控制发射机末级模块的开通和关闭，以达到调幅的目的，整个处理过程都是在脉冲开关状态。基于上述原因，全固态数字调幅中波发射机具有音频指标好、效率高（80%以上）、体积小、重量轻、保护功能完善、操作方便的特点。（三）按发射机调制技术的变革过程算，可分为八个阶段1.乙类屏调机（AM）2.脉冲宽度调制（PDM）3.脉冲阶梯调制（PSM）4.顺序阶梯调制（SSM）5.单边带调制（SSB）6.数字调制（DM）7.幅相调制（APM）8.数字直接调制（DRM）四、中波广播的优势（一）方便性现在的收音机设计的越来越小巧，可以随身携带,收听的形式多种多样，司机和乘客可以在开车和坐车的时候收听；行人可以在走路的时候收听；农民可以在干活的时候收听等等。（二）易于被不同群体接受广播的受众不受文化程度限制，适合各层次的人群，尤其是文化程度偏低和视力障碍的群体，要想针对他们发挥广播的告知与说服功能，广播理所当然是最好的媒体。在创意设计方面注重口语化，可以令听众产生亲切感，朗朗上口，容易接受。（三）感染力强广播靠声音传播，能够突破时空界限，它能给听众无限的想象空间，这也正是广播的魅力所在。广播的特色正是刺激人的听觉器官，帮助收听者产生联想，容易撩拨人的心弦，煽动人的情绪。（四）广播的制作与广告成本低，自身发展有保障广播的广告制作成本低，时间内容信息量大，收费标准低，是当今最经济实惠的广告媒体之一。五、中波广播的发展方向（一）实行中小功率布网式建站发射机体积小，重量轻。使用新型小天线，占地面积小，选点容易、灵活、方便。合理选点布网，实行同步广播。（二）信号源传输多样化微波、FM、卫星及光纤网信号传输，为中波广播提供可靠的高质量信号源，确保信号源不会中断。（三）逐步实现异地遥测遥控功能发射机具备计算机接口，并可通过计算机网络进行远程监控，真正能做到有人留守，无人值班。（四）传播媒介更趋丰富多彩数字音频广播和DRM技术的应用，使新型广播的普及成为可能，以后的广播不单单是发射音频信息，而是能发射包括声音、视频、图片等多种业务在内的数字移动多媒体广播，可供、个人数字助理等终端设备直接收听、收看。（五）传播范围广中波广播覆盖面广，接收设备费用小，很多偏远的地方都能覆盖到。中波广播人口覆盖率超过95%，是世界上广播覆盖人口最多的宣传媒介。广播在重大事件中发挥了不可替代的作用，比如在汶川特大地震后，灾区无法与外界进行信息沟通的紧急情况下，广播在危难之地发挥了巨大的作用。图中波覆盖特点（六）传播及时广播节目和广告传播速度快，无论你身在何地，只要打开收音机，广播节目和广告就可以立即收到，广播的这种即时性是其他媒介所无法取代的。六、中波的调制与发射（一）调制在无线电技术里，把音频信号（或其它低频信号）加载到高频无线电波的过程叫作调制。（二）调制的原因调制是广播发射技术中最重要的一种技术，由于音频信号频率较低，如果直接发射，需要很长的发射天线和很大的发射功率，而且音频信号（20Hz～20KHz）不固定,这样一来，接收端也无法区分各个频道的节目，所以很难直接发射音频信号，必须借助固定的高频电磁波（载波）进行传播。通常在发送端对信号进行调制，在接收端再进行解调，获得我们需要的音频信号和信息。（三）调制波的概念等幅波：没有加载音频信号（或其它低频信号）的无线电波称为等幅波。调制波：加载音频信号以后的无线电波叫作调制波。调制信号：用来调制载波的音频信号也叫作调制信号。等幅波调制信号调制波图调制前后波形图（四）调幅与调频调幅：是使载波的振幅随着调制信号的变化规律而变化。调幅的优点是传播距离远，覆盖面大，电路相对简单。缺点是传送音频频带窄（200Hz2500Hz），高音缺乏，传播中易受干扰，噪声大。调频：是使载波的频率按照调制信号幅值的改变规律而改变。调频的优点是：传送音频频带较宽（100Hz—5KHz），适宜于高保真音乐广播。抗干扰性强，内设限幅器除去幅度干扰，应用范围广，用于多种信息传递。可实现立体声广播。缺点是传播衰减大，覆盖范围小。（五）中波广播的发射过程从高频振荡器来的等幅高频波与音频信号在调制电路里完成调制，调制后的包络信号经高频放大器放大，通过阻抗匹配网络发送到天线。图中波广播发射框图七、中波广播的接收与解调中波广播接收机的作用：有三个：选台、解调和还原。选台：将高频调幅波通过由线圈和可变电容组成的调谐回路选频电路接受下来的过程称为选台。解调：从含有音频成分的已调制包络信号中，恢复音频信号的过程称为解调。调幅信号是一个高频信号承载一个低频信号，当调幅信号通过检波二极管，由于二极管的单向导电性，调幅信号的负向部分被截去，留下正向部分，如在每个周期取平均值（低通滤波），二极管输出的高频信号对地短路，所得的波即为基带低频信号，实现解调功能还原：解调后的音频信号进过限幅、滤波、放大后，通过耳机、喇叭等再现声音的过程称为还原。已调高频波放大前后的465KHz中频信号检波并放大后的音频信号图接收与解调波形示意图第三节收音机的工作原理及发展史一、矿石收音机我们习惯把那些不使用电源，电路里只有一个半导体元件的收音机统称为“矿石收音机”。他是最简单的无线电接收装置，主要用于中波公众无线电广播的接收。由于最初是用矿石来做检波器，故由此而得名。矿石收音机由天线、地线以及基本调谐回路和矿石做检波器而组成，是没有电源和放大电路的无源收音机。矿石收音机的优点是无需电源、节能环保，线路简单，可以用来测试天线和地线的效率。矿石收音机很有吸引力，可用来引导初学者、小朋友进入无线电广播及DIY天地。矿石收音机的缺点是音量小，需要较长的天线和地线，选择性差。图矿石收音机原理图和DIY精品二、直放式收音机直放式收音机又叫直接放大式收音机，即在矿石机的基础上加放大电路。直放式收音机的缺点是低频的放大量不一致，频率高时放大能力下降，接收收高、低频的电台时效果很不一致。三、再生、来复式收音机再生式收音机在于使用被检波后的信号，经过原件再一次放大，从而获得比直接检波大得多的放大量。再生式收音机的缺点是灵敏度和选择性都比超外差式收音机差，存在对外干扰的情况。来复式收音机即一管多用收音机，节省元器件，一管三用：高频放大、检波、低频放大。图来复式收音机原理图及电子管来复式收音机四、超外差收音机1913年，美国无线电工程师阿姆斯特朗发明了超外差电路。1924年，超外差式收音机首次投入市场。1934年得以推广。超外差收音机工作原理：就是通过输入回路先将电台高频调制波接收下来，和本地振荡回路产生的本地信号一并送入混频器，经中频回路进行频率选择，得到一固定的中频载波调制（465KHz）。再经中频放大器放大后，送到检波器进行检波、滤波，还原的音频信号送到低频功率放大电路放大，推动扬声器，再现声音。图超外差收音机原理框图（一）输入调谐回路输入调谐回路由磁棒初级线圈、可变电容C和次级线圈组成。初级线圈和可变电容C谐振于525kHz～1605kHz，即f外或f信,通过次级耦合给三极管基极，与本振电路混频后产生中频信号。当调谐电路的谐振频率与f外一致时，调谐电路发生谐振，通过谐振回路进行选频谐振，抑制非调谐频率的信号,使信号在磁棒初级上的信号最大，通过磁耦合传递到磁棒线圈次级，再加到三极管输入端，作为输入信号。图输入调谐回路示意图（二）变频级变频级的主要作用是把输入的不同频率的电台信号变换成固定的465KHz的中频信号。变频级具有振荡和混频两种作用。本机振荡频率f本与输入回路过来的外电台频率f信同时送到混频级，当本振频率比外来频率高出一个中频频率（465KHz）时，信号通过放大器获得放大：f振－f信＝f中。本振电路和外部输入调谐电路共用一个双联可变电容，同步调整，使本振振荡频率始终高出输入调谐频率465KHz。外部输入频率为5251605KHz，本级振荡频率为9002070KHz。图变频级电路原理图（三）中频放大器中频放大器是LC谐振回路为负载的窄带放大器，它可以让中频信号（465KHz）畅通无阻，并对其进行放大，而不需要的邻频干扰信号会被拒之门外，这样做最大的好处是提高了收音机的选择性。中频放大一般采用多级耦合放大，以达到检波电路所需要的幅度。图中放电路原理图（四）检波电路当调幅中频信号通过检波二极管时，由于二极管的单向导电性，调幅信号的负向部分被截去，留下正向部分，如在每个周期取平均值（低通滤波），二极管输出的高频信号对地短路，所得的波即为基带低频信号，实现解调功能。图2.3.7检波电路（五）低频放大电路低频放大电路的主要作用是放大检波级送来的微弱音频信号，使其有足够的幅度去推动功率放大级。（六）功率放大电路功率放大电路的主要作用把放大后的音频信号进行功率放大，使其有足够的功率去推动扬声器，还原声音。图低频功率放大电路（七）自动增益控制电路自动增益控制电路（AGC）的主要作用是：当电台信号发生强弱变化时，通过反馈电路，去调整放大级的放大幅度，使其能在信号强时减少放大量；信号弱时增加放大量，即保证收音机的输出功率或电压保持不变。自动增益控制电路的工作原理：检波后的音频信号通过R3送到中放三极管的基极。由于C4的滤波作用，实际上送到中放管基极的是直流电压成分，当检波后的音频电压增大时，中放三极管的集电极电流增加，集电极电图自动增益控制电路压下降，减少了放大量，反之增加放大量，从而达到自动增益控制的目的。图典型的超外差收音机电路原理图五、收音机的发展史1906年，美国人德福雷斯特发明真空电子管，是真空管收音机的始祖。1910年，美国科学家邓伍迪和皮卡尔德发明矿石收音机，主要利用矿石的检波作用制造而成。1913年，美国无线电工程师阿姆斯特朗发明了超外差电路，同年，法国人吕西安、莱维利用超外差电路制作成了超外差收音机，1924年，超外差式收音机首次投入市场，1934年得以推广。1954