改進的調幅立體聲無線系統的製作方法

2023-11-05 16:10:47 1

專利名稱：改進的調幅立體聲無線系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及的是調幅立體聲無線發射和接收，特別涉及到普遍使用的現系統的改進。
調幅立體聲系統是包括發射機和接收機的系統，當聲音在空間被分成兩個聲源，例如音樂廳或劇院舞臺的左邊和右邊時，該系統使用表示聲音的兩個信息信號。這兩個信息信號結合成為和信號及差信號，並用來調製射頻載波信號。然後將發射的載頻信號接收和解調達到作為輸出信號提供給一對音頻轉換器的目的，兩信號基本上與原信息信號沒有區別。必須在可能的限度內改進系統內任何妨礙最終目的部份。現有系統已提供出比以往系統都精確的還原信號，但仍留有改進的餘地。
本系統使用一個(1+L+R)Cos(Wct+φ)形式的信號。其中L和R是左和右音頻信息信號，Wct表示射頻載波，φ是arctan(L-R+p)/(1+L+R)，而p是一低頻導頻信號，信號L-R稱為差信號，L+R稱為和信號或稱包絡信號。發射的信號與單聲道接收機兼容，也就是，用於接收調幅單聲道信號的接收機中，音頻輸入將是通常的單聲道節目信號而沒有因加了立體聲信息所引起的失真。
需要改進系統的地方之一是系統發射機部份中的導頻信號的控制。導頻信號在接收機中通常被用於指示立體聲信號存在，並使立體聲在接收機中工作。相對於發射載波的導頻信號(p)電平是很關鍵的，這是因為信號太小將不能恰當地驅動接收機電路，而信號太大將幹撓差信號通道的解調器電路。換句話說，導頻信號太弱便不能驅動立體聲工作，而太強時，導頻信號將使最後的輸出信號失真，合適的範圍是非常窄的。
系統中可能發生問題的另一方面是接收機的中頻放大級。由於立體聲信號在具有限定帶寬的中頻(IF)級通過的過程中，解調信號包含部分可感覺到的附加的高頻音頻信號，理想的情況是這種高頻音頻分量在信息信號耦合到如揚聲器等音頻轉換器之前應當完全消除。如若不能完全消除這類失真，就得降低聲頻信號的還聲質量。
另外影響系統輸出信號的是很難在揚聲器的輸入處得到正確的信號極性。由於解調的音頻輸出信號是接收機中的載波和本機振蕩相對頻率的函數，這就需要對於接收機內輸出的相位進行控制。
因此，本發明的一個目的是通過改進發射信號中導頻信號電平的控制和適當的濾波以及在接收機中音頻輸出信號的相位控制來改善上述調幅立體聲系統。
本系統的改進來自於對電路的改進，即通過發射機內一個裝置提供給未解調載波電平一個參考信號，以及通過把導頻信號電平維持在相對於那個參考信號預定電平上的裝置來完成這一改進。其餘的改進在於接收機內的裝置，這些裝置之一是用於消除由於中頻級有限帶寬而在音頻輸出信號中所附加的高頻信號的匹配濾波器。還包括控制音頻輸出信號相對於本機振蕩器和接收載波的相對頻率的相位的裝置。


圖1是依本發明系統的一發射機方框圖。
圖2是用於本發明系統的一接收機方框圖。
本發明的系統是對最初在美國申請的No.4，218，586專利的調幅立體聲系統的改進。原專利為本發明提供了背景參考資料。
圖1的發射機和圖2的接收機代表通過標準調幅廣播通道廣播兩音頻信號的系統的組件(把左和右稱為L和R)，通常其通道範圍從500KHz到1500KHz。兩信號L和R可以是任何兩個獨立的信息信號，通道可以是任意適宜的一個。
圖1中，所示發射機振蕩器10提供一載波頻率信號給90°移相器12，原信號和移相信號分別耦合到一對增頻器或者調製器14，16上。加到調製器14的第二輸入18表示為1+L+R，即單聲信號。此單聲或包絡信號是L和R信號與代表未調製載波幅度的直流(DC)信號的合成。第二立體聲輸入信號L-R也已從L和R信號獲得，後者很可能來自比方說兩個放置適當的話筒(未畫出)。這個差信號從一輸入端20經由加法器電路22耦合到調製器16上。
導頻信號是一典型的低頻信號例如25HZ。當有差信號時，或每當立體聲設備電臺發射時，它便加到差通道上。接收機檢測這個導頻信號，並且在幾方面利用它，有關情況圖2將予以說明。導頻信號由音頻振蕩器24產生，並被耦合到一控制電路或壓控放大器26上。由於導頻信號電平相對於未調製載波電平很關鍵(重要)，為了有效地控制就必須設立參考電平。這個導頻信號的控制可以是一相當簡單的手動裝置，或複雜的自動電路。圖中表示了一可行實施例，其中，一信號從調製器14的輸出取出並且與從90°移相器12取出的一信號在增頻器27中複合，然後在一甚低通濾波器28中濾波。濾波器的截止頻率很低，例如，1HZ的幾分之一。由於增頻器27的輸出為1+L+R，因而濾波器產生一個代表未調製載波電平的直流信號。這個直流信號用來控制控制電路26，它可以是一壓控放大器，因而調整了加在加法器22中差信號上的25HZ信號量。此優選實施例中，這個電平已確定為未調製載波的5%±0.1%。加法器22的輸出耦合到調製器16的第二輸入。調製器16的輸出是一個用L-R+p調製的載波信號(差信號加上受控導頻信號)。
當調製器14，16的輸出在加法器電路30中合成時，結果是一個由和信號及差信號分別調製的純正交信號。如果不要求與單聲道接收機兼容性的話，這個信號實際上能夠作為廣播信號。由於信號必須是兼容的，它是耦合到限幅器32，並在其內去掉包絡調製，然後將僅在相位上被調製的載波耦合到一射頻調製器34上。調製器34包括發射機的普通大功率放大級。輸送到調製器34的第二輸入是從端點36來的1+L+R包絡信號，以便在發射天線38的廣播信號是以(1+L+R)COS(Wct+φ)形式的兼容信號。
圖2中，在接收天線40和調諧射頻放大級42上選擇地接收廣播信號。與從本機振蕩器46來的載頻信號一樣，被選信號耦合的混頻級44。以下還將詳述混頻級功能。產生的中頻信號(IF)通過中頻放大級48耦合到一個第一信息信號L+R包絡檢波器50和一個第二信息信號L-R同步檢波器52構成的解調裝置和一個限幅器54上。包絡檢波器50的L+R輸出信號耦合到一矩陣電路56上。同步檢波器52提供一個〔(L-R+P)COSineφ〕輸出信號，該輸出信號被耦合到一個分頻器58上，並在其內被校正，此問題也將在以下解釋。結果L-R信號就通過單聲道/立體聲開關60耦合到矩陣56上。
限幅器54的調相輸出耦合到一個餘弦鑑相器64和鎖相迴路(PLL)66上。鎖相迴路包括一鑑相器68，一低通濾波器70和一壓控振蕩器72。鑑相器68的輸出代表限幅器54輸出信號的相位變化。低通濾波器70消除了快速相位變化，由相移去控制振蕩器72。從振蕩器72到鑑相器68又返回到振蕩器的反饋通路迫使振蕩器的頻率穩定在中頻載波頻率上。來自振蕩器72的正弦函數信號(WCt)耦合到同步檢波器52上，在檢波器上由中頻級48的輸出複合。來自振蕩器72的餘弦信號耦合到餘弦鑑相器64上，在此與限幅器54的輸出信號進行比較。這樣獲得的校準信號(COSineφ)被分為同步檢波器52輸出，在分頻器58的輸出端產生精確的L-R+p信號。
從分頻器58來的輸出信號也耦合到檢測25Hz導頻信號存在與否的一個導頻信號檢波器76上。檢波器的輸出信號在整流器78中整流並用於驅動一指示器80以及單聲道/立體聲開關60。指示器80通常是在收音機前面板上的一小燈泡或一發光二極體(LED)用以向用戶指示立體聲信號的存在與否。單聲道/立體聲開關60由整流器78的輸出控制，其作用是當導頻信號指示出沒有立體聲信號或立體聲信號不夠強時，阻止L-R信號到達解碼器56上。
應該認識到，只有採用無限帶寬的中頻放大級在接收機的這一級才有可能不造成失真。這是由於中頻放大級的選擇性使在調製過程產生的高次邊帶會部份損失掉。但是，現已發現對音頻輸出信號進行適當的濾波能減小這種失真。並且在信號通過相位控制電路86以及輸出端90，92而被耦合到如揚聲器等音頻轉換器以前，由匹配濾波器82，84濾掉音頻信號，則能夠基本消除這種失真。由於與需要信號相比，不需要的信號位於高音頻上，因而濾波器82，84必須具有低通特性。術語「匹配」用以表示中頻級的輸出響應特性及濾波器82，84的特性之間的特殊關係。因而濾波器82，84必須精心設計以將失真減小到能覺察的電平以下。為了實現這個設計，第一和第二匹配濾波器82，84的截止點必須位於中頻級48(見圖2a)的輸出響應特性的斜坡上。當然，如果需要的話，也有可能把濾波器82，84插放在立體聲矩陣56的輸入端。
如果濾波器82，84放在立體聲矩陣56以後，濾波器輸出將耦合到相位控制電路86上。由於在音頻輸出端90，92上的L和R輸出信號20極性取決於本機振蕩器46在頻率上比接收的載頻是高還是低，因此相位控制86是必要的。此變換性的依據可以在三角等式COSACOSB＝1/2〔COS(A+B)+COS(A-B)〕中看到，其中A和B代表接收載波頻率和本機振蕩頻率。當A和B在混頻級44中複合時，其結果產生包含A+B和A-B的項。A+B項由於頻率太高不能通過其餘電路而失掉了。當然A-B項將由較高的一項頻率決定，而且由於混頻器輸出確定矩陣56的最終輸出，因而在矩陣輸出處要求對相位或極性控制。控制電路可以是包括有確定一源相對於其它源的頻率並在端點90，92上自動啟閉輸出的複雜的電路，或者如雙刀雙擲開關一樣簡單的手動操作電路。
至此，已經展示和說明了用於廣播和接收調幅立體聲信號的改進系統。本發明還可能有許多其它變換和改形，只要它們落入隨附的權利要求的精神和範圍內都要受到保護。
權利要求
1.一種改進的調幅立體聲接收機，包括一個本機振蕩器(46)；用於接收形式為(1+L+R)Cos(Wct+φ)兼容信號的射頻級和中頻級(42、48)，式中L和R是音頻信號，Wct代表載頻信號，φ是arctan[(L-R+p)/(1+L+R)]，p是低頻導頻信號，以及用於解調發射信號以獲得兩個信息信號的裝置(50，52，54，58，64，66)其進一步特徵為匹配的低通濾波器裝置(82，84)被耦合到為從第一和第二信息信號輸出消除因中頻級的有限帶寬所造成的高音頻失真分量的解調裝置。
2.按照權利要求1的一個改進的調幅立體聲接收機，其進一步特徵為匹配濾波器裝置包括分別接收L+R和L-R信號的第一和第二低通濾波器(82，84)，而且，濾波器與只除去不需要的高頻失真分量的中頻級的特性匹配。
3.按照權利要求1的一個改進的調幅立體聲接收機，其進一步特徵為匹配的濾波器裝置包括耦合到分別接收L和R信息信號的第一和第二低通濾波器(82，84)，而且濾波器與中頻級的輸出特性匹配。
4.按照權利要求2或3的一個調幅立體聲接收機，其進一步特徵為第一和第二匹配濾波器(82，84)，的截止點與中頻級特性的斜坡上的一點相吻合。
5.按照權利要求1的一個改進的調幅立體聲接收機，其進一步特徵為接收機包括耦合到接收L和R信息信號的裝置(86)，此裝置以按發射載波和本機振蕩信號的相對頻率要求來轉換所說的信號的相對相位。
全文摘要
本系統發射和接收一兼容調幅立體聲信號，並且通過在發射機上導頻信號電平的控制和通過匹配濾波器以及音頻輸出信號相位控制而提供了改進的輸出質量。
文檔編號H04B1/16GK1035926SQ8810247
公開日1989年9月27日 申請日期1988年4月30日 優先權日1988年4月30日
發明者諾曼·韋·帕克 申請人:莫託羅拉公司