"Радиофронт", №31-32, ноябрь, 1930 год, стр. 649-651

Взаимные помехи радиовещательных станций

Как уже знает читатель нашего журнала (см. журн. «Р. В.» № 13 за 1930 г.), модуляцией в радиотелефонии называется изменение амплитуды или длины волны (частоты) под воздействием тока звуковой частоты.

Нас интересует обычно применяемая на телефонных станциях модуляция изменением амплитуды (т. е. изменение амплитуды тока высокой частоты под воздействием тока микрофона) потому, что все наши и заграничные передатчики до сего времени работают именно с этой системой модуляции, осуществляя ее различными методами, которые в основном сводятся к двум системам: модуляции на сетку и на анод.

Математический анализ кривой модулированного тока (когда воздействующий ток звуковой частоты — обыкновенная синусоида) показывает, что в результате модуляции вместо одной частоты появляются три различных частоты (рис. 1):

1. Несущая (иначе основная) частота f.

2. Верхняя боковая частоты f + n.

3. Нижняя боковая частота f — n , где n частота модулирующего тока.

Например, если мембрану микрофона станции ВЦСПС мы заставили бы колебаться (звучать) по синусоидальному закону с частотой n = 2000 циклов, а генератор (источник высокой частоты, в данном случае мощные электронные лампы) этой же станции работает с частотой f = 230 000 циклов (λ = 1304 м), то при модуляции в этом случае антенна станции ВЦСПС излучала бы три синусоидальных колебаний с частотами:

1. Несущая — 230 000 циклов.

2. Верхняя боковая 230000 + 2000 = 232000 циклов.

3. Нижняя боковая 230000 — 2000 = 228000 циклов.

Так просто дело обстояло бы, если бы мы модулировали станцию правильными синусоидальными колебаниями (без гармоник).

Рис. 1.

В действительности же при радиотелефонии дело обстоит несколько иначе и происходящие при этом процессы сложнее. Любая звуковая волна, подлежащая передаче по радио, состоит из целого ряда синусоидальных колебаний с разными частотами, которые можно рассматривать, как гармоники наименьшей из них основной частоты. (Каждое сложное колебание, как известно, может быть разложено на основную частоту и целый ряд гармоник). При модуляции каждая из этих гармоник модулирует несущую частоту и создает соответствующие боковые частоты. Например, гармоника n₁ создает при несущей частоте f боковые частоты — f + n₁ и f — n₁, гармоника n₂ — частоты f + n₂ и f — n₂, гармоника n₃ — f + n₃ и f — n₃ и т. д.

Проще говоря, по обе стороны от несущей частоты f при модуляции сложным звуком мы, благодаря наличию большого числа гармоник, имеем ряд боковых частот.

При этом частоты, расположенные выше несущей, образуют «верхнюю боковую полосу», а частоты, расположенные ниже — «нижнюю боковую полосу» (рис. 2)

Разберем тот же пример со станцией ВЦСПС, но будем рассматривать модуляцию не «чистым» (синусоидальным) звуком, а возьмем такой случай, когда музыкант играет перед микрофоном на рояли.

Число колебаний в секунду для разных нот рояля лежит в диапазоне от 27 до 3480, а для того, чтобы передача была достаточно художественной (сохранился тембр звука), нужно передавать не только основное колебание, но по крайней мере еще 3 гармоники, т. е. полосу частот от 27 до 10440 циклов. Таким образом при соблюдении этого требования станция ВЦСПС будет занимать спектр частот от 230000 — 10440 = 219560 циклов до 230000 + 10440 = 240440 циклов.

Рис. 2.

Следовательно для художественной передачи по радио (рояль имеет верхний предел колебаний выше большинства инструментов и человеческого голоса) нужна полоса частот в 20880 циклов, причем необходимо, чтобы полосы частот смежных станций не заходили одна на другую. Для этого в свою очередь необходимо чтобы несущие частоты (волны) работающих передатчиков находились на определенном «расстоянии» друг от друга, т. е. отличались бы одна от другой на достаточное число колебаний в секунду. Если это условие соблюдено — мы будем иметь так назыдаемый чистый или полный канал. Однако это условие соблюсти не так-то уж просто. Радиовещательный диапазон в настоящее время занимает область от 160 к. ц. (λ = 1875 м) до 1500 к. ц. (λ = 200 м), причем в эти пределы входят и другие специальные типы радиосвязи, например транспорт, флот, авиация, волна международного сигнала бедствия SOS (λ = 603 м) и т.д. При размещения в этом диапазоне только радиовещательных станций с шириной полосы в 21 к. ц. (20880 ∞ 21000) мы смогли бы разместить по всей Европе: (1500 — 160) : 21 = 64 станции с полным каналом, т. е. не мешающие друг другу (Америка и другие материки слишком далеки, а расстояние, как поймет читатель из дальнейшего, играет не маловажную роль). Из всего сказанного становится очевидным, насколько ограничены наши возможности в этом смысле при современном состоянии радиотехники. Кроме того мы встречаемся с большими затруднениями, а сплошь и рядом с непреодолимыми препятствиями при передаче такой широкой полосы частот (от 30 до 10440 циклов в одну сторону от несущей) благодаря несовершенству нашей приемно-передающей аппаратуры.

Современное состояние радиовещательных станций, приемников, репродукторов, телефонов, микрофонов, с одной стороны, и желание разместить в радиовещательном диапазоне возможно большее количество станций заставили пойти на сужение границ полного канала. В настоящее время полный канал принят равным 10 000 циклам (т. е. по 5 000 циклов в каждую сторону от несущей частоты).

Американская практика подтвердила целесообразность зтой цифры. Во всяком случае для громадного большинства людей мы имеем при таком ограниченном полном канале совершенно достаточно натуральную передачу музыки (для речи нужно, примерно, вдвое меньшую полосу частот); правда, очень музыкальные люди не удовлетворяются подобного рода передачами.

Итак, мы принимаем полный канал (необходимую полосу частот для совершенно достаточной художественной передачи) в 10 000 циклов, или 10 к. ц. В этом случае мы могли бы разместить по Европе 1340 : 10 = 134 станции. И это число станций в настоящее время превзойдено. Так, например, на Пражской международной конференции зарегистрировано и размещено 210 радиовещательных передатчиков (некоторые из них работают на одной волне), а в настоящее время работают 250 станций и наблюдается тенденция к значительному увеличению, как числа работающих передатчиков, так и их мощности.

Подобное положение вещей заставляет радиотехников всех стран работать над проблемой еще большего уменьшения, сжатия ширины полного канала. Но «вкрапление» в полные каналы промежуточных станций вызывает помехи приему, о которых идет речь в дальнейшим изложении.

С понятием «гетеродин» читатели, вероятно, знакомы. Всем хорошо известие, что в радиотехнике гетеродин употребляется для приема немодулированных незатухающих колебаний высокой частоты, для получения стандартных частот и для различного рода измерений. Сущность гетеродинирования заключается в том, что при сложении двух близких высоких частот f₁ и f₂ и при их детектировании в телефоне получается результирующая частота, f₀ = f₁ — f₂, равная разности двух складываемых частот.

В настоящее время при сильном росте количества радиовещательных станций, а главное увеличении их мощности приходится встречаться с новым видом гетеродинного действия, которое причиняет помехи радиослушателям. Эти помехи можно разделить на два основных вида. Во-первых, после детектирования в телефоне возникают разностные тона несущих частот двух радиовещательных станций, так называемый «гетеродинный эффект», и, во-вторых, возникают помехи двух станций друг другу от наложения разговоров этих станций. Эти помехи могут иметь место тогда, когда две радиовещательные станции расположены близко друг к другу по шкале частот, т. е. когда разница несущих частот между ними меньше 10 килоциклов (т. е. меньше полного канала).

Причину первых «гетеродинных» помех можно в основном представить себе следующим образом: допустим, что разность несущих частот двух радиовещательных станций равна 5 килоциклам, например, станция им. Коминтерна работает на волне λ = 1481 м, f = 202,5 к. ц., а станция Эйфелевой Башни на волне λ = 1446 м, f = 207,5 к. ц.

Тогда, в приемном устройстве после детектирования этих двух складывающихся несущих частот появится ток с частотой в 5000 периодов, который вызовет в телефоне неприятный свист. Если частоты передатчиков непостоянны, то высота этого свиста будет меняться и в приемнике на фоне передачи будет слышно завывание. В этом случае, когда интенсивность разностного тона достаточно велика, прием может сделаться совершенно невозможным. Следует отметить, что если частота биений лежит в пределах от 1000 до 3000 пер./сек., свист делается наиболее назойливым и неприятным.

Но кроме этого основного гетеродинного эффекта в рассматриваемом случае может возникнуть второй вид помех — наложение друг на друга разговоров обеих станций. Как бы мы свой приемник ни настраивали, если только его частотная характеристика (т. е. его острота настройки) такова, что он в состоянии принимать ширину полосы в 10 к. ц. (а в данном случае достаточно и меньше), мы будем одновременно слушать передачу обеих станций, т. е. не будем в состоянии ни одну из этих станций принимать чисто.

Ясно, что все эти помехи будут иметь место лишь при определенном соотношении напряженности полей обеих станций. Если эти станции, у которых разность несущих частот равна 5 килоциклам, географически расположены далеко друг от друга и если слушатель находится вблизи одной из этих станций, так что напряжение поля принимаемой станции равно 1000 µv/mt, а напряжение поля мешающей станции 1 µv/mt, то следует ожидать, что никаких помех приему первой станции от второй не будет. Если же эти станции увеличат свою мощность или изменят свое географическое расположение, так, что, например, в данном приемном пункте напряжение поля первой станции будет 2000 µv/mt, а напряжение поля второй, мешающей станции будет 500 µv/mt, то можно ожидать возникновения помех как первого, так и второго рода, т. е. в приемнике будут слышны обе передачи а кроме того еще свист с частотой в 5000 периодов в секунду. Необходимо отметить, что ночью, благодаря лучшим условиям распространения электромагнитной энергии, можно ожидать помехи там, где днем возможен совершенно чистый прием.

Если бы каждой радиовещательной станции был предоставлен полный канал, то наложения разговоров друг на друга двух станций не происходило бы, гетеродинный эффект не вызвал бы помех. Но как выяснено было выше, при все увеличивающемся росте числа радиовещательных станций невозможно предоставить каждой станции чистый канал. Значит следует ожидать, что две мощные радиовещательные станции, близкие друг другу по частоте (длинам волн) и не слишком удаленные географически, будут создавать помехи друг другу и в некоторых зонах будет невозможен чистый прием какой-либо из этих станций.

В САСШ, благодаря широкому развитию радиовещательной сети, эти помехи наблюдаются часто (много случаев зарегистрировано и в Европе). Американцы на основании своей практики дают следующие величины соотношения напряженности полей станций для чистого приема без помех. Если отношение поля мешающей станции к принимаемой равно или меньше ¹/₁₀₀ (например ¹/₂₀₀), то можно ожидать, что наложения разговоров этих станций друг на друга не будет. Если отношение полей двух станций равно или меньше ¹/₁₅₀, то следует ожидать, что гетеродинного эффекта между несущими частотами не будет, т. е. на фоне передачи не будет свиста или завывания.

Как видно из всего вышесказанного, детальное и серьезное изучение как условий возникновения этих помех, так и условий, гарантирующих слушателю чистый прием, крайне важно и необходимо, т. к. оно позволит указать методы устранения подобных помех и произвести более рациональное распределение длин волн радиовещательных станций.

Всем ячейкам ОДР, активистам-радиолюбителям и работникам связи

Радиоиспытательная станция Научно-технического управления Наркомпочтеля, приступая к изучению весьма важных вопросов о необходимой ширине полного канала, гетеродинном эффекте и наложении разговоров, обращается к радиообщественности и радиоработникам с настоятельной просьбой принять участие в изучении этих вопросов, путем присылки своих наблюдений по адресу: Москва, Шаболовка, 53, Радиоиспытательная станция НТУ НКПТ.

Наблюдения должны освещать вопрос: замечаются ли в приеме союзных или заграничных станций явления гетеродинного эффекта или наложения разговоров между ними? Если явления наблюдались, то следует заполнить таблицу и выслать ее по вышеуказанному адресу без марок.

Инженеры
С. Г. Гинзбург.
А. А. Стенипанин

---

¹) Что такое рекордный прием см. журнал «Р. В.» за 1930 г. статья «Сила поля и сила приема», №№ 12, 13, 14, 15.

С тт., приславшими полный адрес, РИС будет вести переписку по затронутым вопросам. (стр. 651.)