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Demo - 接收機過載

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  • TA的每日心情
    開心
    2012-2-12 00:01
  • 簽到天數: 2 天

    [LV.1]初來乍到

    發表於 2022-1-12 04:13:34 | 顯示全部樓層 |閱讀模式

    接收頻率以外的訊號過強或者訊號未被前級濾波器濾除,就會在前級產生嚴重的混附,混附的訊號被放大以後可能通過下一級濾波器而進入下一級放大器,這會導致想要收聽的訊號動態不佳、品質不佳,甚至整個被混附訊號蓋掉而收不到 (其實是有收到但混附過於嚴重而無法解調制),這種狀況稱為過載 overload。

    台灣地狹人稠,電波密度相高,其實很多人的接收系統都有過載的疑慮而不自知,我們經常會聽到友台反映收不到、收訊不佳、接收機不靈敏,卻很少聽到有人說:「我有接收過載的問題。」何故?
    1. 懷疑訊號太弱是人的直覺反應
    2. 訊號過載的描述太過虛玄,如果不曾體驗過同一個系統解決問題後的差異,當局者自然無法想像會有這個問題。
    3. 當事人變動接收條件時一併解決了訊號過載的問題,但他的心中毫無訊號過載這個選項,自然歸功於更換裝備。例如換了一部濾波能力較好的接收機、天線換成定向天線,或甚至換了一支增益較低的天線。

    下面以 FM 廣播收音機來 Demo 有沒有過載的差異
    目前最常見的 FM 廣播收音機幾乎都是 Single Chip FM Receiver,就是一個很小的晶片,外加幾個被動元件就包辦了所有的接收功能,再加上一個CPU控制頻率及音頻放大器,就是一部收音機,例如附加 FM 接收的 MP3 Player、手機都屬此類,很多小型音響、汽車音響也都有使用。

    這種晶片的效果其實不錯,通常以耳機的地線、電源地線或伸縮天線做為天線,訊號經電容耦合至晶片的輸入端,在耦合之前通常只有一組中心頻率固定的LC並聯旁路到地的帶通濾波器,因為 FM 廣播的頻段很寬 (台灣為 88~108MHz),所以濾波器的 Q 值一定不能高,簡言之,聊勝於無而已,但 MP3 player、手機的製造廠商假定使用者只是用來聽聽訊號比較好的 local 電台,也算合用。

    以下是我使用收音機的伸縮天線 (約50cm) 在新竹住家頂樓,於某頻率的接收狀況,可聽出音樂旋律,但歌詞聽不清楚,如果是主持人講話,辨讀率約 60%,不過至少知道這裡有電台訊號。
    (下載附檔後請直接將副檔名由 zip 改為 mp3 即可)



    一般的收音機不會有標準的天線輸入接頭,使用者也不會拆開機體研究內部電路,如果要增強收訊,通常會在室外架設一條任意長度的電線,然後接到伸縮天線。如果你也曾試過,就知道成果並不可靠,可能原本收不到的、收不好的,現在變強了,但音質有的變好很多,有的只進步一些;也有可能原本音質清晰的電台變差了;也有可能原本收得不好的電台反而變成收不到了。

    以下是我從伸縮天線外接一條約 20 米長的電線,在同一頻率的錄音,可聽出背景噪音變大聲了,隱約有講話聲,但原本音樂的旋律不見了,也就是說在加大天線以後反而收不到了。
    (下載附檔後請直接將副檔名由 zip 改為 mp3 即可)


    遇到這種狀況,大部份的人會認為不太合理但也無法解釋,但總體而言,好像也有點的改善,雖不滿意但可以接受。但,如果有人是一開始就外接電線,壓根兒不會知道其實有的電台收訊變好、有的變差這件事,自然就懷疑接收機靈敏度不佳、選擇性不佳或天線不佳。

    其實,如果有以下狀況,就要將接收機過載列為可疑因素
    1. 改善天線以後,背景噪音變大,S/N 比沒有提昇
    2. 改善天線以後,在同一頻段似乎全面有提昇,但提昇的效果不一致。有的變很好、有的只進步一些、有的甚至更差
    3. 跟數個條件相近的友台比較,你的接收音質明顯較差或收不到。(最好是實際互訪比較或錄音比較)。
    4. 你只要覺得不合理、不應該如此。

    驗證訊號是否過載有下面三種做法
    1. 加上 Band-Pass、Low Pass 或 High Pass Filter:扼阻頻帶外的信號進入接收機。
    2. 加上特定頻率的陷波器:扼阻特定的強信號進入接收機。
    以上兩種做法是找到真因以後正本清源的做法,而查找原因時除了理論推測與嘗試錯誤要交互運用,運氣也很重要,有可能一擊就中,也可能連連揮棒落空。 DIY Filter 費工,購買則燒錢,也不保證順便解決問題,不建議在查找過載問題的初期就將精力放在濾波器。

    3.適度的衰減進入接收機的訊號:
    這是最直接、合理、容易執行,卻也是最違背直覺的檢查方法。誠然,衰減會讓所有訊號都減弱,但『適度』的衰減可以讓雜訊無法『漫』過濾波器,接收機的產出都是有效的訊號,這些訊號雖然變弱了,但只要高於電子元件的的背景噪音,就可被鑑別,當然,部份訊號在衰減以後過於微弱而無法鑑別,但總體而言,相較於摻有過載雜訊的狀況,可被鑑別的訊號變多了。

    當你把訊號逐步衰減以後,如果有以下改變就代表先前的問題是過載,
    1. 原本收得到的電台,音質變更好了
    2. 出現了一些原本你接收不到的電台,你可以逐步加大衰減量,以增加的電台數及S/N比找一個平衡指標,這就是所謂適度的衰減量。

    下面的錄音是我在室外天線與伸縮天線之間加上一個可變電阻分壓器衰減天線訊號以後的結果,希望有嚇到各位友台,大家應該很難想像這麼清楚的訊號在接收機過載的狀況下居然收不到。以上三段錄音是同一頻率、同一電台、同一時間、同一首歌,為 106.3 MHz 農鄉電台,發射站在雲林古坑,接收地在新竹,收音機就是某廠牌有 FM 收音機功能的 MP3 小喇叭。
    (下載附檔後請直接將副檔名由 zip 改為 mp3 即可)


    如何衰減訊號
    如果是標準 50 歐姆的系統,請參考 https://www.qsl.net/bv3fg/tech/att.htm

    如果是一般的 FM 收音機,有下面三種做法
    1. 將外接天線的訊號感應到伸縮天線:把伸縮天線縮到最短,取兩根塑膠吸管並排用膠帶固定,將伸縮天線、外接天線分別套進不同吸管,調整外接天線與伸縮天線重疊部份的感應長度,請在吸管內塞入適量衛生紙或布以避免調整後電線滑移。此方法簡單但有兩個缺點:1. 如果天線收訊很強,則感應量要很小,不易微調且電線易滑脫。2. 伸手拉動電線調整長度時易有電容感應問題,導致手縮回來時效果又變得不一樣,建議用塑膠曬衣夾夾住電線,再用手指捏著夾子調整感應長度。

    2. 串接一個可變電阻 (詳見圖)
    3. 串接一個電阻分壓器 (詳見圖)


    因為我們不知道各廠牌收音機內部電路的結構,每個人訊號過載的狀況也不同,基本上是一個試驗的過程。可變電阻可分別使用 10K 100K 1M ohm 來嘗試,方法 3 直接使用收音機的電源的接地點做為分壓器的接地點。方法 2 與 3 的表現可能有差異也可能無差異。例如我有三部不同廠牌的收音機,兩種方法都有明顯改善,第一部兩種方法無差異, 第二部使用分壓器略佳。第三部使用分壓器似乎可感覺到收音機內部數位電路雜訊漏進來。所以可以先使用方法 2,發現有改善再試用方法 3 看是否更好。

    問題:如果是訊號過載,為何不縮短室外天線長度即可,何必大費周章搞衰減?
    答:遠地較弱的訊號不容易透過各種反射途徑進入室內,所以還是要增強其訊號強度,再設法處理訊號過載的問題,如此才有機會收到遠地弱訊號。

    小結:
    我的收音機只使用伸縮天線時,可鑑別電台數為 34 台。
    直接接上 20米 random wire,可鑑別電台數為38台。雖然多了4個電台,但大部原先收得到的電台音質變差,很明顯是訊號過載的病徵。
    在接上分壓衰減器以後,可鑑別電台數達到 65 台,台中到台北的FM廣播電台幾乎都收得到了,而且音質明顯變好。

    以上的結果也說明,這種便宜的收音機,內部接收晶片模組的表現其實不差(靈敏度夠且鄰頻斥拒能力也不錯),如果能在前級設置數個不同頻率的帶通濾波器阻擋雜訊,防止訊號過載,幾乎可以做為專業的 FM 收音機。

    同理,時下電子產品大量使用既定的晶片模組,我們可以合理的懷疑一些超級便宜的業餘手機或全頻接收機也有類似的問題,如果你有接收不良的問題,不妨把訊號過載列為可能原因。



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    該用戶從未簽到

    發表於 2022-1-12 07:12:34 | 顯示全部樓層
    補充一下,用SDR跑spectrum很容易觀察出來,不過standalone的接收機的確只能由收訊品質判斷就是了(例如一般說UV-5R系列不能接長天線,不然反而會變聾子 )....

    1:還沒過載的狀況....


    2:調高gain,故意造成過載的狀況....


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  • TA的每日心情
    慵懶
    7 天前
  • 簽到天數: 554 天

    [LV.9]以壇為家II

    發表於 2022-1-12 09:26:13 | 顯示全部樓層


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  • TA的每日心情
    開心
    7 小時前
  • 簽到天數: 1752 天

    [LV.Master]伴壇終老

    發表於 2022-1-12 09:37:01 | 顯示全部樓層
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