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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Der KSS-Filter ist ein Rauschunterdrücker. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Zivile Funkkommunikation Die Verbesserung der Empfangsqualität von UKW-FM-Programmen bei niedrigen Signalpegeln ist keine leichte Aufgabe. Sehr oft werden zur Lösung dieses Problems Geräte eingesetzt, die nicht weniger komplex sind als die Empfänger selbst. Der Artikel schlägt eine einfache Möglichkeit vor, den Geräuschpegel beim Empfang von Signalen von einer entfernten Radiostation zu reduzieren. Es ist bekannt, dass in den übernommenen VHF-Stereo-Rundfunksystemen, sowohl im Inland – mit Polarmodulation (PM) als auch im Ausland – mit Pilotton (PT), das Frequenzband des komplexen Stereosignals (CSS) viel breiter als das 3H-Durchlassband ist . Dadurch wird das das CSS begleitende „supratonale“ Rauschen zusammen mit dem Stereosignal dekodiert und landet im hörbaren Bereich des Audiospektrums, wodurch sich das Signal-Rausch-Verhältnis im Vergleich um 10...18 dB verschlechtert in den monophonen Modus. Um eine akzeptable Klangqualität aufrechtzuerhalten, müssen Sie den Stereo-Decoder bereits beim Empfang von Signalen, bei denen das ursprüngliche Signal-Rausch-Verhältnis des Mono-Empfangs auf 40...48 dB sinkt, dazu zwingen, in den „Mono“-Modus zu wechseln. Die bestehende automatische Umschaltung „Mono – Stereo“ löst dieses Problem nicht, da sie nur auf das Vorhandensein von Unterträgern des CSS reagiert, und nicht auf das tatsächliche Signal-Rausch-Verhältnis. Um das Rauschen von Stereoübertragungen zu reduzieren, haben Funkamateure mehrere Geräte vorgeschlagen [1, 2], die nach dem Prinzip der Parallelschaltung der linken und rechten Ausgangskanäle des Decoders arbeiten und gleichzeitig das empfangene Signal auf einen bestimmten Pegel reduzieren. Dabei wird ausgenutzt, dass die Rauschanteile in den Kanälen gegenphasig sind und sich beim Umschalten in den monophonen Modus gegenseitig kompensieren. Leider ist die Wirkungsqualität solcher Rauschunterdrücker über den gesamten Dynamikbereich gering; sie können eher als Schwellwertgeräte betrachtet werden, die die Wahrnehmbarkeit von Rauschen in Pausen reduzieren, wie in [1] angemerkt. Ich schlage einen grundlegend anderen Weg zur Lösung des Problems vor, dessen Schaltungslösung keinen Energieverbrauch erfordert (in tragbaren Geräten verwendet werden kann) und keine zusätzlichen nichtlinearen Verzerrungen mit sich bringt. Es basiert auf der Abhängigkeit des Rauschpegels und des Trennungsgrads von Stereokanälen von der Nichtlinearität des Frequenzgangs des CSS im supratonalen Frequenzband – von 20 bis 50...70 kHz. Somit reduziert ein Rollover in diesem Bereich von 6 dB pro Oktave, der mit dem einfachsten einstufigen Tiefpassfilter in einem Decoder auf dem K174XA51-Chip erzielt wird, den Rauschpegel stark, verschlechtert aber gleichzeitig die tatsächliche Kanaltrennung von 34 ...43 dB bis 24 dB für PM und 20 dB für PT [3]. Auch das Gegenteil ist der Fall – eine Erhöhung des Frequenzgangs im angegebenen Bereich trägt zu einer besseren Trennung der Stereokanäle bei einer gewissen Verschlechterung des Signal-Rausch-Verhältnisses bei. Darüber hinaus ist auch eine Frequenzkorrektur des CSS erforderlich, um Verluste im FM-Detektor auszugleichen. Bei Empfängern der höchsten Komplexitätsklasse wird sogar empfohlen, ihm vorläufige Ultraschallfrequenzen nachzuschalten, die für eine Erhöhung des Frequenzgangs bei den oberen Frequenzen des SSS sorgen [4]. Durch die Anpassung des Frequenzgangs des CSS vor dem Stereodecoder ist es somit möglich, an seinen Ausgängen unterschiedliche Endqualitäten der 3H-Signale zu erhalten: von sehr gut, mit maximaler Übergangsdämpfung zwischen den Kanälen – für leistungsstarke Sender, bis hin zu zufriedenstellend, nah an „Mono“, – für abgelegene. Dieses Prinzip liegt dem vorgeschlagenen Gerät zugrunde (Abb. 1), bestehend aus einer einstellbaren Verbindung R1R2R3C1 und einem ungeregelten Tiefpassfilter R4C2R5C3. Die Funktion der einstellbaren Verbindung hängt von der Position des variablen Widerstands R3 ab. In seiner oberen Position im Diagramm (max) entsteht durch die Wirkung des R2C1-Hochpassfilters ein Anstieg im supratonalen und teilweise auch im tonalen Bereich (Abb. 2). Mit der Abwärtsbewegung des Schiebereglers nimmt die Wendefrequenz zu, der Anstieg im angezeigten Bereich nimmt ab und zusätzlich beginnt der Tiefpassfilter R1C1 zu arbeiten. In der niedrigsten Stellung des Schiebereglers des Widerstands R3 (min) ist der Hochpassfilter ausgeschaltet und der aktuelle Tiefpassfilter sorgt für die nötige Absenkung des Frequenzgangs.
Der zweite Tiefpassfilter soll Rauschen und Out-of-Band-Signale außerhalb der Grenzen des Frequenzspektrums des CSS unterdrücken. Es trägt dazu bei, Interferenzen und Rauschen am Decoderausgang zu reduzieren, ohne die tatsächliche Qualität der Stereokanaltrennung zu beeinträchtigen, da der Tonbereich des CSS nicht beeinträchtigt wird. Wie aus den Grafiken in Abb. ersichtlich ist. 2 wird in der oberen Stellung ein Anstieg von ca. 5 dB in einem recht breiten Frequenzband von 5...70 kHz erreicht. In der Mittelstellung des Reglers ist der Frequenzgang bis 60 kHz nahezu linear, mit einem weiteren Abfall über die Grenzen des CSS hinaus. In der Tiefstellung schließlich kommt es bei Frequenzen über 19 kHz zu einem Roll-off, der den supratonalen Anteil des Stereosignals schwächt. Die erhaltenen Eigenschaften erweisen sich für Stereodecoder mit PT und PM als akzeptabel. In beiden Fällen ist der erforderliche Einstellbereich der Parameter der 3H-Ausgangssignale hinsichtlich Rauschen und Übergangsdämpfung zwischen den Kanälen gegeben. Aufgrund seiner Einfachheit kann der Filter problemlos in jedem vorgefertigten Gerät verwendet werden – einer Stereoanlage oder einem Radio, mit Ausnahme vielleicht der kleinsten Geräte. Natürlich ist der Einsatz in Neuentwicklungen, beispielsweise Dual-Standard-Stereo-Decodern, nicht ausgeschlossen. Die Version des Autors verwendet die folgenden Teile: variabler Widerstand von TELPOD (analog zu SPZ-4M), konstante Widerstände - MLT 0,125, Kondensatoren - Typ KM-4. Der variable Widerstand R3 (siehe Abb. 1) fungiert in diesem Gerät als sanfter „Mono-Stereo“-Schalter. Beim Umbau eines Stereo-Receivers entfällt somit der vorhandene Stufenschalter „Mono – Stereo“. Es kann entfernt werden; der Stromkreis, den es schaltet, ist in der Position fixiert, die dem „Stereo“-Modus entspricht. Anstelle des Fernschalters sollten Sie einen variablen Widerstand R3 mit einem Griff geeigneter Bauart einbauen. Eine andere Möglichkeit ist möglich: Belassen Sie den vorhandenen Schalter „Mono – Stereo“ und platzieren Sie den stufenlosen Regler R3 daneben.
Bei der Einbettung eines Filters muss der vorhandene Eingangskreis des Stereodecoders (mit Ausnahme der Übergangskondensatoren) abgebaut und an seiner Stelle die Elemente des vorgeschlagenen Filters installiert werden. Die Montage ist schwenkbar und willkürlich. Die einzige Voraussetzung dafür besteht darin, den schwenkbaren Teil des Stromkreises mit einem abgeschirmten Kabel mit dem variablen Widerstand R3 zu verbinden, um Störungen zu vermeiden. Die durch den Filter bei einer Frequenz von 1000 Hz eingeführte Dämpfung besteht aus Verlusten in der geregelten Verbindung (5 dB) und der Reduzierung des Signals durch einen Teiler, der aus dem Gesamtwiderstand der Widerstände R4, R5 und dem Eingangswiderstand des Stereodecoders besteht Mikroschaltung. Letztere können unterschiedlich sein, was sich auf den Gesamtübertragungskoeffizienten auswirkt. Da der Filter keine speziellen Anpassungselemente enthält (deren Einführung würde die Dämpfung auf ein unzulässiges Maß erhöhen), wird die folgende Anpassungstechnik mit einem bestimmten Mikroschaltungstyp empfohlen. Vor der Modifikation wird unmittelbar nach dem FM-Detektor eine Sinusspannung von 50 mV (Effektivwert) mit einer Frequenz von 1000 Hz an den Eingang der Standardschaltung angelegt und nach der Korrektur das Ausgangssignal eines beliebigen Kanals des Stereodecoders gemessen Tiefpassfilter. Anschließend wird der Filter wie oben beschrieben eingebaut und beim Anlegen des gleichen Testsignals an seinen Eingang wird an der gleichen Stelle erneut die Ausgangsspannung überprüft. Wenn es sich erheblich geändert hat, wählen Sie die Werte der Widerstände R4, R5 aus, um den Ausgangssignalpegel näher an den ursprünglichen Wert zu bringen, und ändern Sie dann proportional die Kapazitäten der Kondensatoren C2 und C3 entsprechend der Bedingung der konstanten Zeitkonstante τ = R4C2 = R5C3. Ein ähnlicher Vorgang kann mit Ausgangstiefpassfiltern zur Korrektur der Frequenzvorverzerrung durchgeführt werden, wobei deren Zeitkonstante von 50 bis 70 μs beibehalten wird. Die Technik stellt sicher, dass sich die Empfangslautstärke nach der Installation des Filters nicht ändert. Der Autor verwendete den Filter im Radio-Tonbandgerät „SHARP GF-6363“ mit einem Stereo-Decoder auf dem BA1320-Chip. Subjektiv lässt sich die Qualität seiner Arbeit wie folgt beurteilen. Bei Empfang leistungsstarker Sender und Einstellung des R3-Reglers auf die obere Position im Diagramm wird der Stereoeffekt deutlich verbessert und die oberen Frequenzen des Klangspektrums betont, da der Hochpass R2C1 ab einer Frequenz von 4 kHz arbeitet, d.h. es fungiert auch als Klangregler. Gleichzeitig wird das Klangbild klarer (im Vergleich zur Mittelstellung des Reglers), Instrumente werden klarer lokalisiert und es entsteht ein hervorragendes Stereopanorama. Die Erhöhung des Rauschens hängt von der Ausgangsqualität des empfangenen Programms ab und ist bei den leistungsstärksten Sendern (am Empfangsort „Russisches Radio“) selbst in Pausen kaum wahrnehmbar. In der Mittelstellung des Reglers entspricht der Klang dem normalen „Stereo“-Modus mit leicht reduziertem Geräuschpegel. Nähert sich der Reglerregler der unteren Position gemäß Diagramm, verschlechtert sich der Stereoeffekt, die oberen Frequenzen werden gedämpft, gleichzeitig sinkt jedoch der Geräuschpegel, was den Empfang entfernter Sender in diesem Modus ermöglicht. In der Extremstellung ist der Ton nahezu monophon, bei schwachen Signalen schaltet der Stereo-Decoder automatisch in den „Mono“-Modus, was durch das Erlöschen der Stereo-Empfangsanzeige angezeigt wird. Aus dem Vorstehenden geht hervor, dass es sich bei dem vorgeschlagenen KSS-Filter um eine sehr praktische und flexible Steuereinheit handelt, mit der Sie unter nahezu allen Empfangsbedingungen eine adaptive Signalqualität erzielen können. Der Filter arbeitet gleichmäßig über den gesamten Dynamikbereich und unterscheidet sich dadurch von „Mono-Stereo“-Stufenschaltern und Schwellenwert-Rauschunterdrückern. Eine weitere Automatisierung sowie die gemeinsame Nutzung mit den genannten Geräten ist nicht ausgeschlossen. Literatur
Autor: D. Pachomov
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