Одним из радикальных методов улучшения звучания РПУ является переход к стереофоническому вещанию, дающему представление о пространственном местонахождении источника звука и его перемещении. Достаточно хороший стереоэффект получают уже при двухканальной передаче звука. Для этого в стереофоническом вещании передаются два звуковых сигнала: одни несет информацию о звучании с левой стороны от источника звука, другой – с правой. Оба звуковых сигнала передаются через один РПДУ на одной несущей частоте.
Система стереофонического вещания совместима с обычным монофоническим приемником. Это позволяет слушателю принимать стереопрограмму в обычном приемнике как монофоническую. В стереофонической системе совместимость обычно обеспечивается тем, что передаются не сигналы левого (Л) и правого (П) каналов, а их сумма или разность: Л+П или Л–П. В стереофоническом приемнике происходит обратное преобразование в сигналы Л и П. В монофоническом приемнике выделяется только сигнал Л+П, который является хорошим аналогом монофонического сигнала. Существуют различные системы стереофонического вещания. В России и большинстве стран СНГ, ряде стран Восточной Европы для передачи программ стереофонического радиовещания используют диапазоны частот УКВ1 66...74 МГц и УКВ2 100...108 МГц. в Западной Европе 88...104МГц, в Японии 76...88 МГц, в США 88...108 МГц.
Международным консультативным комитетом по радиовещанию (МККР) для организации стереофонического радиовещания в диапазоне MB рекомендованы три системы: отечественная, работа которой основана на принципе полярной модуляции (АМ-ЧМ); американская с пилот-тоном, разработанная фирмой «Зенит-Дженерал-Электрик» (БM-ЧМ), и шведская (ЧМ-ЧМ), предложенная значительно позже первых двух.
В России для передачи стереопрограмм принята система с полярной модуляцией. Положительные полупериоды ВЧ колебания модулированы по амплитуде одним сигналом стереопары, а отрицательные полупериоды – другим. Временная диаграмма (Л) ПМК изображена на рис. 14.2.
Рис. 14.2 Стерео сигнал с полярной модуляцией
Огибающая положительных полуволи ПМК несет информацию левого (Л) полярно-модулированного колебания, а огибающий отрицательных полуволн - правого (П) канала стереопрограммы.
Рис. 14.3 Спектр ПМК
Огибающая спектра (далее по тексту для простоты - спектр) ПМК изображена на рис.14.3. Спектр ПМК состоит из двух составляющих (частей): низкочастотной, представляющей собой сумму колебаний UЛ(t) + UП(t) и надтональной части, которая представляет собой несущее колебание , модулированное по амплитуде разностью сигналов UЛ(t) – UП(t). Вследствие того, что спектр ПМК (рис.14.3, а) содержит ЗЧ, этот сигнал невозможно непосредственно излучить радиопередающей станцией.
В отечественной системе стереофонического радиовещания несущая передатчика модулируется по частоте так называемым комплексным стереофоническим сигналом (КСС), спектр которого (рис.14.3, б) отличается от спектра ПМК (рис. 14.3, а) частичный подавлением уровня поднесущей частоты.
Ширина спектра КСС 30 Гц…46,25 кГц, т.е. примерно в три раза шире спектра звуковых частот при монофонической передаче.
Поднесущая подавляется в 5 раз (ε = 5), т.е. на 14 дБ. Характеристики этой цепи (рис. 14.3, б) строго нормированы с той целью чтобы ее восстановление на приемной стороне не вызывало затруднений. Подавление поднесущей fпн = 31,25 кГц на 14 дБ позволяет уменьшить девиацию частоты передатчика, необходимую для ее передачи, до 20 % от максимальной девиации несущей частота комплексным стереофоническим сигналом (10 кГц из общих 50 кГц девиации частоты несущего колебания), а следовательно, и полосу частот радиоканала.
Для повышения помехозащищенности сигналов Л и П в области верхних частот, где уровень спектральных составляющих существенно меньше, чем на средних частотах, и учитывая то, что шумы на выходе ЧД увеличиваются с увеличением девиации частоты. в передатчике введена RС-цепь частотных предыскажений сигналов Л и П стереопары, ее постоянная времени нормализована и составляет τ = 50 мкс. В результате, передаваемые сигналы имеют огибающие спектра КСС, представленные на рис.14.4.
Рис. 14.4 Передаваемые сигналы КСС
На приеме для обратной коррекции вводят RС-цепи коррекции предыскажений (рис.14.5). Ширина спектра модулированного КСС высокочастотного сигнала на выходе передатчика составляет 190 кГц. Структура радиотракта стереофонического и монофонического приемников ЧМ сигнале практически одинакова, однако полоса пропускания при стереофоническом приеме приблизительно на 60 кГц шире (при монофоническом приеме П ≈ 130 кГц). Более широкая полоса пропускания радиотракта приемника позволяет воспроизвести КСС с малыми нелинейными и амплитудно-частотными искажениями. Необходимость этого вызвана тем, что в отличив от монофонической при стереопередаче на выходе ЧД приемника должны быть воспроизведены без искажений не только амплитудные соотношения в спектре КСС, но и сдвиги фаз между отдельными составляющими спектра. Для сохранения амплитудных и фазовых соотношений между составляющими спектра КСС АЧХ (измеренная на выходе ЧД) должна быть горизонтальной, а ФЧХ - линейной во всем диапазоне частот (до 46,25 кГц). Однако в реальных приемниках существует некоторый спад АЧХ на верхних модулирующих частотах, для коррекции которого на выходе ЧД включают корректирующие RС-цепи.
Рис. 14.5 Структурная схема радиоприемника стереосигнала
В радиоприемном тракте (рис. 14.5) после прохождении высокочастотного УКВ блока, УПЧ и частотного детектора (ЧД) выделенный КСС поступает стереодекодер СД.
В стереодекодере осуществляются: восстановление амплитуды поднесущей частоты (цепь преобразования КСС в ПМК), детектирование ПМК и коррекция предискажений. На практике применяют три типа стереодекодеров: с полярным детектором, сумарно-разностный (декодирование с предварительным разделением спектров Л + П и Л – П) и с временным разделением декодеры с переключением).
Рис. 14.6 Спектр стереосигнала с пилот-тоном
В системе с пилот-тоном также формируется КСС. Его спектр (рис.14.6) тоже содержит две части: низкочастотную, представляющую собой сумму Л + П сигналов стереопары, и надтональную – АМ колебание с полностью подавленной fпн. Поднесущая в данном случае имеет частоту 38 кГц, модуляция ее по амплитуде также осуществляется разностным сигналом S = Л – П. Чтобы иметь возможность синхронно восстанавливать частоту поднесущей на приемной стороне системы, в спектр КСС дополнительно введен пилот-тон с частотой fпт = 19 кГц. Как и в системе с полярной модуляцией, сигналы Л и П подвергаются частотным предискажениям на стороне передачи с помощью RC-цепи с постоянной времени 50 (страны Европы) и 75 (страны Америки) мкс.
В системе с пилот-тоном девиация несущей комплексным стереофоническим сигналом составляет в западноевропейских странах и США ±75 кГц, в России и ряде стран СНГ соответственно ±50 кГц.
Рис. 14.7 Стерео сигнал системы ЧМ-ЧМ
В системе ЧМ-ЧМ спектр КСС (рис. 14.7) также содержит тональную и надтональную части. Отличие от рассмотренных систем заключается в следующем: поднесушая, частота которой fпн = 33,5 кГц. модулируется сигналом S = Л – П не по амплитуде, а по частоте. Сигнал S при этом предварительно подвергается компандированию для повышения его помехозащищенности (канал S стереомодулятора содержит сжиматель (Сж). а стереодекодер – расширитель (D). Эта система нашла применение в скандинавских странах и Японии.
Для современных радиовещательных приемников наиболее характерны следующие особенности: улучшение основных показателей качества, отказ от механических и электромеханических узлов и деталей, применение цифровых систем управления, СЧ, МП, повышение требований к дизайну.
Улучшение основных показателей качества осуществляется за счет применения современной элементной базы. Существует большое число транзисторов, устойчиво работающих на высоких частотах и имеющих большие коэффициенты усиления, малые собственные шумы, хорошую линейность характеристик. Применение синтетических материалов для изготовления корпусов транзисторов позволило резко сократить их стоимость и увеличить объем выпуска, что дало возможность применять высококачественные приборы даже в дешевой аппаратуре. Широко используются ПТ, которые имеют коэффициент шума на 2...5 дБ ниже, чем БТ. Применение ДЗПТШ (усилитель на полевом транзисторе с двумя затворами Шотки) позволяет простыми методами регулировать усиление каскадов и создавать высококачественные ПЧ. Разработка новых симметричных варикапных матриц с встречным включением варикапов позволила увеличить линейность перестраиваемых контуров. Улучшение качественных показателей радиоприемников достигается применением в них (в зависимости от класса) всевозможных устройств подавления помех: устройств бесшумной настройки, подавляющих шумы и помехи при перестройке приемника с одной станции на другую либо при прекращении работы радиостанции, на которую приемник был настроен; различных аттенюаторов и фильтров для подавления помех в преселекторе, систем подавления импульсных и флуктуационных помех и т.д.