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①调幅原理见第2章②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3-1（c）、（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。

①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U= UcosΩt载波信号为Uc=Uccosωct则可以写出调频波的数学表达式U= Uscos[ωct +（f k U/Ω）sinΩt]= 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u k m f f12 （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△ωm= 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3-1（c）。

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B=2( △Fm+F)(3-4)式中，△fm=△ωm/2π，△fm 为最大频偏②已调高频伴音信号的频谱已知音频信号最高频率为fmax=15 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B=2（△fm+F）=2（50+15）=130 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。

解决的办法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①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，其频谱由图像的内容而定。

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（fs－1.25）以上的频率分量，其中（fs－0.75）全部残留、（fs－1.25）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。

②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。

我国电视标准规定伴音载频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 ①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：λ=c/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）<3KHZ超长波1×10 5 ~10 4 m 甚低频（VLF3）3~30 KHZ长波1×10 4 ~10 3 m 低频（LF）30~300KHZ中波1×10 3 ~10 2 m 中频（MF）300~3000KHZ短波100~10 m 高频（HF）3~30MHZ米波10~1 m 甚高频（VHF）30~300MHZ超短波分米1×10 -1 m 特高频（VHF）300~3000MHZ18 厘米波10~1cm 超高频（SHF）3~30 GHZ微波毫米波10~1mm 极高频（SHF）30~300GHZ②图像载频的选择及电视频道的划分无线电广播大多是用中波和短波这两个波段进行调幅广播的，其载频信号约在500 KHZ—27 MHZ之内。

由于电视广播一个频道就占8 MHZ，因此，如果载频选择较低，比如载频选在20 MHZ，则相对带宽△f/fp（=8/20=40%）很大，这给发射机、发射天线及馈线系统，以及接收端的电视机和信号传输带来很多困难；同时，由于频道带宽为8 MHZ，在短波段以下是容纳不下几个频道的，因此，电视广播的载频必需选在甚高频以上。

但载频选择过高，也给电视系统设备制造带来困难。

目前我国广播电视主要使用米波波段（甚高频VHF）和分米波波段（特高频UHF），并正在开发厘米波波段（超高频SHF）的卫星广播波段。

（5）超短波传播的特点无线电电磁波根据波长特点有三种传播方式。

中波和长波主要以地面波方式传播；短波的波长较短，沿地面传播时损耗大，则利用大气电离层的反向作用传播，即主要靠天波传播；超短波对大气电离层穿透力强，且绕射能力差，由于波长过短，更容易19 被地面、山丘、建筑物等吸收，所以只能以空间波方式传播。

超短波的传播距离与天线高度有直接关系，通常只有几十km至100km 的范围，即在发射天线的视线范围之内。

2．卫星广播电视射频电视信号的形成(1) 频段划分。

卫星广播电视系统都使用微波频段。

这是出于以下考虑：·微波频段带宽很宽，具有丰富的频率资源，可容纳更多的频道，且允许每个频道占用较宽的带宽；·微波频段频率高，波长短可使星上和地面的天线尺寸大大减小，增益提高，方向性增强，从而减小卫星的体积和重量，降低对发射功率的要求，且可防止对邻近区域约干扰；·微波频段不易受大气扰动噪声的影响；·微波能穿过电离层；·无线电业务已占用较低频率，而微波频段相对比较“空闲”。

根据国际电信联盟ITU的有关规定，卫星广播下行频段有六个，如表3-2所示。

目前使用较多的为C波段(2.5G)和Ku波段(12G)，由于波段资源有限，卫星广播下行电波均采用不同的极化方式，达到频率复用的目的表3-2 卫星广播下行频段频段名/GH2 频率范围/GHZ 带宽/MHZ 说明0.7(L) 0.62~0.79 170 只供调频电视20 广播用2.5(S) 2.5~2.69 190 只供集体接收用12(C) 11.7~12.75 1050 按3个区分配23 22.5~23.0 500 仅2、3 区使用42 40.5~42.5 2000 全世界分配85 84.0~86.0 2000 全世界分配（2）调制方式。