調頻廣播的超遠程高保真接收

調頻廣播的超遠程高保真接收

調頻（ＦＭ）廣播的接收是近幾年來，特別是去年的一個熱門話題，這是因為調頻廣播較調幅（ＡＭ）廣播音質好、保真度高、抗干擾性強、節(jié)目豐富，最關鍵的是成本低廉，現(xiàn)在雖然數(shù)字音源比比皆是，如ＣＤ、ＶＣＤ、ＤＶＤ等，但成本高，音樂軟件又是一筆無盡的開支，而ＦＭ廣播節(jié)目的接收則是免費的，故對收入不豐的而又想欣賞音樂的諸多發(fā)燒友來說，收聽調頻立體聲（ＦＭ ＳＴ．）廣播節(jié)目無疑是最好的選擇。但發(fā)燒友的追求又永無止境，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。
　　本人也是調頻發(fā)燒友中的一員，愛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(xù)發(fā)表了一些有關調頻接收方面的文章。特別是在介紹了美國道奇車用數(shù)字調諧收音機后，引起了一場全國性的調頻接收熱，當時也得天時、地利、人和，時值全國各地調頻廣播越來越多之緣故，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單，出現(xiàn)了這樣或那樣的問題，時至今日，還電話鈴聲不斷，信函頗多，向我詢問諸如選材、接收、維修等方面的問題，另受編輯之約，再次提筆，系統(tǒng)介紹調頻高保真接收、選材方面的有關知識，使廣大調頻接收愛好者都能如愿以償，圓調頻發(fā)燒之夢。
　　一套完整的調頻廣播接收系統(tǒng)組成如圖１所示，包括室外和室內(nèi)兩大部分。室外部分包括天線架和天線放大器；室內(nèi)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
　　天線是接收系統(tǒng)的門戶，是第一站，沒有天線，再好的接收機也收不到信號，沒有良好的天線，遠程接收也是不可能實現(xiàn)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。調頻天線的設計，完全等同于電視天線，要求不高的話，可直接用５頻道電視室外天線代替調頻天線。天線有以下三個指標：
　?。保鲆妗√炀€的增益是用來說明天線接收信號能力的一個重要指標，它又是由天線的方向角和前后輻射比兩個方面所決定。方向角越小，天線的接收能力越強，受其它方向的干擾就越小，這也就是為什么天線要對準方向，才能接收清晰圖像和伴音的原因。天線的前后輻射比，是指天線前后接收信號強度之比，這個值越大，說明天線性能越佳?；締卧褡犹炀€，有兩個最大接收面，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才用單個振子，而在信號弱時使用多單元天線的原因。理論上，引向器越多，增益越高，而反向器僅一根即可，但引向器過多，會影響帶寬，機械強度也差，安裝尺寸龐大，所以調頻段的天線一般用三單元天線，最多不過五單元。
　?。玻较驁D　它是表示天線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與電臺發(fā)射臺的信號方向垂直，但事實上接收遠地信號，由于傳播有所改變，在接收時可能有所偏差，應以實際接收效果最好為標準。當然我們要求的不僅是一個方向，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。事實上，前面的單個振子就是多方向天線，若將兩副振子垂直組合，便成了十字全向天線，此種天線筆者原來也介紹過，但因其效率低，增益低，故用在信號弱地區(qū)不很適宜。唯一的辦法就是用轉向天線，它既有較高的增益，又有好的方向圖，它能與來自任何方向的信號進行垂直接收，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，是我們調頻接收愛好者的最佳選擇。
　?。常畮挕∷潜硎窘邮照{頻信號頻率的一個指標。通頻帶越寬，表示其接收電臺越多，我國規(guī)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，其中
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心頻率為＝√λ1?λ2  ＝９７．４ＭＨｚ，一般取９８ＭＨｚ，如果偏向某一頻段，比如低段（８８～９８ＭＨｚ）或高頻段（９８～１０８ＭＨｚ），設計天線時，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的要求是增益要高，具備全方向接收（若其它方向無電臺，也可定向接收），使用方便。一般三單元天線增益是７ｄＢ，五單元天線可達１１ｄＢ。去年筆者使用的ＦＭ９９０１Ａ型天線，便是國內(nèi)首家按調頻廣播接收設計的三單元專用天線，利用電源盒，可以控制天線全方位轉動接收，效果不錯。由于設計天線尺寸計算復雜，下面僅給出五單元調頻天線的制作尺寸，見圖２，供愛好者自制參考。
　　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先用砂粒灌滿，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。也可用絕緣材料連接，均不影響效果。

二、天線放大器
　　放大器是ＦＭ超遠程接收的必不可少的組成部分，沒有它，超遠程接收是不可能實現(xiàn)的。它的作用是將天線接收到的微弱信號進行放大，以提高信噪比。另外，遠程接收的天線一般架設得很高，需很長的饋線引入室內(nèi)，這就有一定的損耗，放大器的另一個作用就是彌補傳輸饋線所帶來的損耗。
　　天線放大器的一個重要指標就是增益。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，輸出電平過高又會使接收機過荷失真，產(chǎn)生阻塞現(xiàn)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能武器，好像有了放大器，一切問題都迎刃而解了，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，最常見的便是２ＳＣ３３５８＋μＰＣ１６５１的形式，這種形式被許多廠家所選用。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用的一體化ＢＰＦ即可，它的外形似一只瓷片電容，但有三個引腳，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，筆者前段時間試驗了用于衛(wèi)星接收的高頻頭來做天線放大器取得了很好效果。衛(wèi)星接收上用的高頻頭金屬全屏蔽防雨結構，其內(nèi)部的混頻級和本振級除去不用。內(nèi)部有三級場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(nèi)部有諧振電路，但微帶電感對調頻信號來講僅相當于直導線，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，時間不長，其穩(wěn)定性還有待考驗。

三、室外部分系統(tǒng)連接及架設
　　有了好天線、放大器，其連接也很重要。
　?。保炀€架與放大器的配接　一般來講，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題。傳輸線不用扁平饋線而用圓饋線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。天線放大器一般安裝在天線架下面３０ｃｍ左右，也有裝成一體化形成的，如ＦＭ９９０１型天線便是這種形式，同時解決了防雨雪問題。
　?。玻畯姆糯笃鞯浇邮諜C的連接　若接收機是單鞭拉桿天線，僅接同軸線的中間銅絲，外層屏蔽網(wǎng)空著。若是成品調諧器，一般有７５Ω和３００Ω兩組天線輸入端子，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，盡可能提高天線高度，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(jù)實際接收效果決定架設高度，如果周邊物體都沒有天線高，還要安裝避雷針，并使其良好接地，以免雷擊。

不少讀者來電來函詢問：據(jù)介紹某型天線或放大器接收效果好，但實際使用為什么改善不大，或者效果反而更差了。應該說：器材是好的，但也是相對而言的，這與使用方法有關，可不妨檢查一下系統(tǒng)連接是否有問題。其次，接收效果的好壞還與周圍環(huán)境有很大的關系，如發(fā)射臺天線的高度，發(fā)射的功率大小及周圍的建筑物等等，不能一概而論。一般講，山區(qū)的接收比平原要差，尤其超遠程接收。有時將天線位置移動幾米，多試幾個點架設，可能就有很大的差異。若能用室外天線收好廣播，就不必再加放大器了，放大器使用不當時，就是一個噪聲源；有的為了達到遠程接收，采用兩個放大器串接起來，這時必須注意兩個放大器至少距離２ｍ，還要有一定衰減，否則很難成功。
　　本人地處黑龍江山區(qū)（北緯４４．７°、東經(jīng)１２８．２°），曾用十字全向天線配合道奇機或星河機收到幾十個電臺。效果良好的如哈爾濱第３套省臺廣播，長春的第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，這類臺不可能長期穩(wěn)定接收，由于是電離層的折射和反射所形成的，其場強忽大忽小，一會穩(wěn)定、異常清楚，一會又噪聲四起，直至消失。一般的規(guī)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效應管，則噪聲大為降低，增益也可提高幾個分貝。若想進一步提高增益，單靠加大高放級的數(shù)目是不夠的（因此時噪聲也大了），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，高放采用單柵場效應管，有獨立的本振和混頻，這也就是為什么汽車上的收音機比普通收音機靈敏度高的原因。關于汽車收音電路可參見本報１９９１年合訂本附錄。高頻頭的靈敏度是用μＶ來表示的，一般做到≤１μＶ的靈敏度，就是相當不錯的指標了。
　　關于數(shù)字調諧器（電調諧），只不過是把調臺的可變電容換成了變?nèi)荻O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、時間、立體聲、臺號等信息，使接收一目了然?，F(xiàn)在數(shù)字調諧器也從幾百元降至一二百元，調頻接收愛好者最好使用這種數(shù)字調諧器，尤其優(yōu)先選用三個變?nèi)荻O管組裝的高頻頭，但也不要以為凡數(shù)字調諧器靈敏度均高，只不過是使用方便罷了。去年介紹的美國道奇車用收音機和國產(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，均為全新日本原裝，獨立屏蔽、場效應放大、窄帶調諧 電調諧專用發(fā)燒頭，其特別之處在于分三段接收，頻率范圍ＶＬ：７０～１５０ＭＨｚ、ＶＨ?１７６～２２３ＭＨｚ；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，見圖４，供愛好者自制參考。這是一款分立加集成的ＦＭ高頻頭，它集二者優(yōu)點為一身：采用一級雙柵場效應管調諧放大后，再經(jīng)選頻網(wǎng)絡后進入ＦＭ高頻頭專用集成電路ＡＮ７２５４，進行高放、混頻輸出中頻１０．７ＭＨｚ信號，又經(jīng)１０．７ＭＨｚ的濾波器進入調頻中周進一步選頻后，進入集成電路進行一級預中放，從⑨腳輸出純凈中頻，再經(jīng)１０．７ＭＨｚ濾波后送入中放解調。通過以上簡單的流程敘述可見，１０．７ＭＨｚ的中頻信號經(jīng)過了三級濾波，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(guī)功能外，其⑧腳還輸出高放ＡＧＣ電壓，調控雙柵管的第二柵極，以達到自動控制高放增益的目的，避免高靈敏度遇到強信號所帶來的阻塞現(xiàn)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，還原成聲音，達到高保真，是一個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，還要進入單片解碼電路，還不如一塊簡單，且性能穩(wěn)定。
　　筆者推薦日本三菱的Ｍ５１５３５電路，應用電路圖見圖５。這是本人迄今為止見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！該電路的技術指標為：諧波失真０．０５％、信噪比７２ｄＢ、立體聲分離度４５ｄＢ，可見性能不俗。但只有立體聲指示而無調諧指示，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(jié)目噪聲較大。不過該電路內(nèi)部有自動切換電路，也可用手動開關直接切換到單聲道位置，這時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，故兩個臺間隔０．４ＭＨｚ才不會發(fā)生干擾，單聲道廣播帶寬為２００ｋＨｚ，立體聲帶寬為４００ｋＨｚ。實際上，當接收廣播節(jié)目時，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，不可避免地有鄰頻或同頻干擾，除了靠天線方向消除外，當在０．３ＭＨｚ間隔發(fā)生干擾時，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。此時最好用一級預中放來彌補１０．７ＭＨｚ的插入損耗，具體可參見本報１９９７年合訂本相關文章。
　　關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(jié)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，如功放上無此電路，不妨直接加在調諧器中，成為名符其實的高保真調諧器。下面推薦一套黃金組合：三單元遙控轉向帶天線放大器室外ＦＭ專用天線＋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個電臺，實現(xiàn)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(jié)約成本，但手調諧太費事了，必須用專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），就又能收聽長、中、短波的調幅電臺了，當然成本又相應地增加了，但畢竟一分錢一分貨，總的來說，性價比還是很高的。
　　以上是結合本人接收經(jīng)驗寫下的一點體會。如果你的條件較好，可以接收衛(wèi)星傳送的電臺節(jié)目，它也是調頻制，其音質達ＣＤ水平，但不能用普通收音機解調，而是專用的衛(wèi)星接收機。目前一套１．５ｍ的模擬套站僅四五百元，一套數(shù)字套件也僅千余元，比前幾年便宜多了，其接收效果十分穩(wěn)定，不受任何干擾，２４小時全天候播音。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(jié)目（部分節(jié)目需麗音解碼器解碼），而數(shù)字套站，僅亞洲２號衛(wèi)星上就能收到四五十套廣播節(jié)目，包括部分外國音樂臺，大部分為立體聲，其音質相當好?，F(xiàn)在國內(nèi)節(jié)目均集中在鑫諾１號衛(wèi)星上，雖然圖像加密，但廣播節(jié)目還是開放的，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(jié)目３０余套，而接收此衛(wèi)星信號僅需０．６米天線，是國家普及的村村通工程。我們不僅能看到近似ＤＶＤ畫面，還能聽到ＣＤ水平的伴音和廣播，關鍵信號十分穩(wěn)定。當然，也有專用于音頻廣播的衛(wèi)星——亞洲之星，現(xiàn)已發(fā)射定點成功，但接收機太貴，我們目前根本消費不起。本來數(shù)字接收機是用來收看數(shù)字化電視節(jié)目的，而現(xiàn)在我們把它當收音機用，似乎大材小用了，但作為接收高質量音頻廣播節(jié)目，也不失為一種較好的嘗試。