Антенны для ресивера dvb для дальнего приема. Диаграммы направленности синфазных решеток. Увеличение длины одной линии относительно другой

сборник «В помощь радиолюбителю», вып. 103, с. 21-35.

В. Никитин

Несмотря на то что к началу 12-й пятилетки более 92 % населения страны охвачено телевизионным вещанием, интерес к дальнему приему телевидения не ослабевает, что подтверждается большим количеством писем, поступающих в Письменную радиотехническую консультацию Центрального радиоклуба СССР, с вопросами на эту тему. Сегодня телезритель уже не удовлетворяется приемом одной телевизионной программы. Помимо первой общесоюзной программы хочется принимать также вторую и местную республиканскую. Многие хотят принимать передачи из соседней союзной республики. Вопросам достижения дальнего приема телевидения и посвящена эта статья.

В первую очередь необходимо четко разграничить уверенный и случайный прием. Уверенным называется прием передач определенного передатчика, который осуществляется независимо от условий погоды, солнечной активности, времени года, суток и других факторов. Случайный прием зависит от перечисленных факторов и возможен лишь при благоприятно сложившихся условиях.

Уверенный прием телевидения обеспечивается за счет распространения прямой или, как говорят, «земной» волны вдоль поверхности Земли. Ультракороткие волны, используемые в телевидении, распространяются прямолинейно и почти не отражаются ионосферой. Поэтому максимально возможная дальность приема должна определяться расстоянием прямой видимости передающей антенны из точки, где установлена приемная антенна. Исходя из сферической формы поверхности Земли, расстояние прямой видимости должно равняться

D=3,57(H ½ +h ½)

где D - расстояние прямой видимости в км; Н - высота передающей антенны в м; h -высота приемной антенны в м (рис. 1).

В действительности уверенный прием телевизионных передач оказывается возможным на большем расстоянии чем расстояние прямой видимости, за счет некоторого огибания распространяющимся сигналом земной поверхности, а также за счет переотражения сигнала различными местными предметами. Область, в пределах которой оказывается возможен уверенный прием» можно разбить на две зоны: зону прямой видимости и зону полутени. В зоне прямой видимости уверенный прием возможен с помощью обычных антенн. В зоне полутени напряженность поля сигнала мала, что вынуждает для уверенного приема использовать высокоэффективные антенны. При достаточно большой мощности передатчика на равнинной местности зона полутени ограничена расстоянием 200...220 км от передатчика, работающего на 1-5-м каналах, 120...150 км от передатчика, работающего на 6-12-м каналах, а для дециметрового диапазона зоны полутени практически не существует. Указанные границы не являются резкими, значительно размыты и очень приближенны, так как не учитывают фактического рельефа местности. При наличии горных преград даже вблизи передатчика уверенный прием может оказаться невозможным. На ровной же местности за границей зоны полутени уровень напряженности поля равен нулю и уверенный прием также оказывается невозможен даже при использовании высокоэффективных антенн.

В отличие от уверенного приема случайный прием иногда наблюдается на расстояниях в несколько тысяч километров и поэтому называется сверхдальним приемом. Сверхдальний прием связан с аномальными состояниями ионосферы, наблюдается крайне редко, как правило, только на 1-2-м каналах Сеансы его непродолжительны - от нескольких минут до нескольких часов - и совершенно не поддаются прогнозу. Ориентироваться на сверхдальний прием нет смысла.

Основной характеристикой телевизора, которая определяет возможность дальнего приема, являются чувствительность. Чем меньше значение чувствительности, тем дальнобойнее приемник. Однако существует несколько понятий чувствительности, что вносит путаницу, если не понимать различия между ними или не указывать, о какой чувствительности идет речь.

Чувствительность, ограниченная усилением,- это минимальное напряжение сигнала на входе телевизора, при котором обеспечивается номинальной уровень сигнала на модуляторе кинескопа. Номинальным уровнем принят размах напряжения, соответствующий уровням белого и черного на экране. Чувствительность, ограниченная синхронизацией,- это минимальное напряжение сигнала на входе телевизора, при котором еще достигается устойчивая синхронизация изображения. Наконец, чувствительность, ограниченная шумами,- это минимальное напряжение сигнала на входе телевизора, при котором обеспечивается номинальный уровень сигнала на модуляторе кинескопа при его превышении над уровнем шумов на 20 дБ (т. е. в 10 раз по напряжению). Во всех случаях имеется в виду чувствительность канала изображения.

Видно, что чувствительность, ограниченная усилением, характеризует лишь коэффициент усиления приемно-усилительного тракта. Чем больше коэффициент усиления, тем меньше (т. е. лучше) чувствительность, ограниченная усилением. Отсюда путем простого увеличения количества усилительных каскадов можно достичь как угодно малого значения чувствительности, ограниченной усилением. Это приводит к наиболее распространенному заблуждению, когда в условиях дальнего приема пытаются его улучшить за счет использования различных усилительных приставок. Чувствительность, ограниченная усилением, отнюдь не характеризует возможность приема слабых сигналов телевизионным приемником, так как не учитывает влияние собственных шумов телевизионного приемника. Шум каждого каскада усиливается последующими каскадами наравне с сигналом. Наиболее сильно усиливается шум первого каскада, так как он усиливается всеми каскадами. Если уровень шумов на выходе приемника разделить на его коэффициент усиления, получится уровень шумов, приведенный ко входу этого приемника. Наиболее важен уровень шумов первого каскада приемника, а шумами последующих каскадов можно пренебречь. Очевидно, что напряжение шумов, приведенных ко входу приемника, не зависит от количества каскадов и от коэффициента усиления приемного тракта. Чем больше коэффициент усиления тракта, тем меньшее напряжение сигнала нужно подать на вход приемника, чтобы получить на выходе номинальный сигнал, и тем лучше (меньше) чувствительность/ограниченная усилением. Однако ясно, что при подаче на вход приемника сигнала, меньшего по уровню, чем напряжение шумов, приведенных ко входу, такой слабый сигнал будет забит шумами. На экране телевизора при этом изображения не получится, а будут видны лишь шумы в виде хаотических мерцающих белых и черных точек. В таком случае говорят, что на экране виден снег. Чтобы получить изображение на экране, напряжение сигнала должно превышать напряжение шумов. Чем больше напряжение сигнала на входе телевизора по сравнению с напряжением шумов, приведенных ко входу, тем качество изображения будет лучше. Для оценки соотношения между напряжением сигнала и напряжением шумов принято брать их отношение.

Чувствительность, ограниченная шумами, учитывает наличие собственных шумов телевизионного приемника и характеризует его способность принимать слабые сигналы, то есть работать в условиях дальнего приема. Чувствительность, ограниченная шумами, измеряется при определенном отношении сигнал/шум, равном 10 на модуляторе кинескопа. В связи с тем что в телевидении кроме несущей; частоты изображения передается только одна боковая полоса частот, а вторая боковая подавляется, коэффициент усиления сквозного тракта для сигнала в два раза меньше, чем для шумов. Поэтому для получения на выходе приемника отношения; сигнал/шум, равного 10, на входе приемника это отношение должно быть равно 20. Указанное отношение сигнал/шум при определении чувствительности принято условно, так как оно соответствует очень плохому качеству изображения, обеспечивается лишь разборчивость крупных деталей, Для получения изображения хорошего качества отношение сигнал/шум на входе, телевизора должно быть не менее 100. Таким образом, если известно что чувствительность, ограниченная шумами, для какого-то телевизора составляет, например, 70 мкВ, подача на антенный вход этого телевизора такого сигнала обеспечит лишь получение разборчивого изображения плохого качества. Для получения же хорошего изображения напряжение сигнала на входе телевизора должно быть в 5 раз больше, то есть 350 мкВ.

Сравнивая значения чувствительности, ограниченной нами, для разных типов телевизоров, можно выбрать такой тип телевизора, который наиболее подходит для условий дальнего приема, то есть имеет минимальное значение чувствительности.

Для нормальной работы всей схемы телевизора он должен иметь запас усиления. Поэтому обычно чувствительность, ограниченная усилением, имеет меньшее значение, чем чувствительность, ограниченная шумами. Чувствительность, ограниченная синхронизацией, представляет собой промежуточную величину и гарантирует лишь устойчивую синхронизацию без учета качества изображения. Поэтому ее значение не может быть положено в основу определения пригодности телевизора для работы в условиях дальнего приема.

Следует учесть, что если не указано, о какой чувствительности телевизора идет речь, нужно понимать чувствительность, ограниченную усилением. Сравнивать между собой телевизоры по этой характеристике для определения их пригодности для дальнего приема нельзя.

Все разработанные после 1979 г. черно-белые и цветные стационарные и переносные телевизоры обладают чувствительностью, ограниченной шумами, в диапазонах метровых волн -100 мкВ, а в диапазоне дециметровых волн - 140 мкВ. Согласно ГОСТу эти значения являются предельными, фактическая чувствительность может быть лучше. Телевизоры, разработанные ранее 1979 г. и еще имеющиеся в продаже, могу иметь другие значения чувствительности. Худшей чув-свительностью, ограниченной шумами,-150 мкВ в диапазонах МВ и 500 мкВ в диапазонах ДМВ - обладают телевизоры типа УПИМЦТ-61-II, в названия которых входят индексы Ц-201 и Ц-202. Эти телевизоры менее пригодны для дальнего приема.

Из определения чувствительности, ограниченной шумами, видно, что она определяется уровнем собственных шумов телевизионного приемника, приведенным к его входу. Уровень шумов определяется в основном конструкцией первого каскада усиления в селекторе каналов, типом и режимом лампы или транзистора, которые используются в этом каскаде. Для современных селекторов каналов напряжение шумов на входе составляет примерно 5 мкВ в диапазонах МБ и 7 мкВ в диапазонах ДМВ. Отсюда и получается чувствительность, равная 100 и 140 мкВ (в 20 раз больше уровня шумов). По этой причине улучшение чувствительности, ограниченной шумами, может быть достигнуто исключительно путем снижения уровня собственных шумов, приведенного к входу, но не за счет увеличения коэффициента усиления приемного тракта заменой в нем ламп, транзисторов или использованием каких-либо усилительных приставок.

Радикальных мер уменьшения уровня собственных шумов телевизионного приемника без ухудшения качества изображения в настоящее время не имеется. Используемые в первых каскадах селекторов каналов СВЧ транзисторы ГТ346А имеют коэффициент шума при внутреннем сопротивлении источника сигнала 75 Ом, равный 7 дБ. Это - наименее шумящие из отечественных транзисторов р-n-р структуры. Если использовать в первом каскаде селектора каналов зарубежный транзистор типа АР251 с коэффициентом шума 4,8 дБ, уровень шумов уменьшится на 2,2 дБ, и чувствительность телевизора, ограниченная шумами, сможет быть улучшена до 80/110 мкВ. Однако приобретение малошумящих транзисторов зарубежного производства представляет собой трудновыполнимую задачу.

Значительно проще решается вопрос, если в целях улучшения чувствительности допустить некоторое ухудшение четкости изображения по горизонтали за счет сужения полосы пропускания. В условиях дальнего приема паспортная четкость изображения телевизора не реализуется, так как малоконтрастное изображение поражено интенсивной шумовой помехой. Как известно, четкость по горизонтали пропорциональна полосе пропускания приемно-усилительного тракта, а напряжение собственных шумов пропорционально корню квадратному из полосы пропускания. Если сузить полосу пропускания в 2 раза, четкость ухудшится также в 2 раза, до 250 элементов, что в условиях дальнего приема можно считать вполне приемлемым, а уровень собственных шумов уменьшится на 3 дБ, что соответствует улучшению чувствительности до 70/100 мкВ. При этом качество изображения субъективно улучшается за счет двух факторов: ослабления шумовой помехи и увеличения контрастности (так как сужение полосы пропускания приводит к увеличению коэффициента усиления тракта).

Проще всего сузить полосу пропускания можно путем увеличения сопротивлений нагрузки видеодетектора и видеоусилителя. В телевизорах УЛПТ-61-П-22 и УЛПТ-61-II-28 увеличивают сопротивления резисторов 3-R42 и 3-R47, в телевизорах УЛТ-50-Ш-2 и ЗУЛПТ-50-III-I - 2-R13 и 2-R22, в телевизорах 2УПИТ-61-II-1/2 и УСТ-61-3/4 - R25 и R26. В телевизорах цветного изображения с блоками радиоканала БРК-1, 2, 3 можно увеличить сопротивление резистора R65 в этих блоках, однако сужение полосы пропускания в цветном телевизоре может привести к пропаданию цветности, и изображение будет воспроизводиться черно-белым. Не следует стремиться к чрезмерному увеличению сопротивлений указанных резисторов, особенно в каскадах видеоусилителя, во избежание нарушения нормальных режимов электронных ламп и транзисторов. Можно считать допустимым увеличение сопротивлений нагрузки видеодетектора примерно в 2 раза и сопротивлений нагрузки видеоусилителя в 1,2 раза. При этом изменение режима оказывается в пределах допуска, а полоса пропускания сужается примерно в 2 раза.

Очевидно, что для получения на экране телевизора изображения, на его антенный вход необходимо подать сигнал, уровень которого должен быть выше чувствительности данного телевизионного приемника, ограниченной шумами. От того, насколько уровень сигнала будет превышать чувствительность, зависит качество изображения. Если нет возможности воздействовать на чувствительность для ее значительного улучшения, нужно постараться увеличить уровень сигнала на антенном входе телевизора, чтобы он оказался больше значения чувствительности. Чем определяется уровень сигнала на входе телевизионного приемника? В первую очередь Уровнем напряженности электромагнитного поля в той точке пространства, в которой находится приемная антенна, коэффициентом усиления этой антенны, ее действующей длиной и, наконец, затуханием сигнала в фидере, которым антенна соединена с телевизором. Конечно, антенна должна быть хорошо согласована с фидером, а фидер - с телевизором, иначе появятся дополнительные ослабления сигнала за счет его отражения и излучения обратно в пространство.

Напряженность поля в точке приема зависит от мощности передатчика, расстояния до этого передатчика, рельефа местности на трассе, затухания сигнала в атмосфере. Радикально воздействовать на уровень напряженности поля в точке приема нет возможности. Но обычно имеется выбор места расположения антенны, и можно, проделав несколько экспериментов, выбрать оптимальное положение антенны на крыше здания и высоту ее расположения, соответствующие максимальному уровню сигнала на входе телевизора. Действующая длина антенны зависит исключительно от длины волны принимаемого сигнала, то есть от номера канала: чем меньше длина волны (чем больше номер канала), тем меньше действующая длина антенны. Таким образом, в целях увеличения уровня сигнала на входе телевизора остается возможность воздействия на коэффициент усиления антенны и затухание сигнала в фидере.

Коэффициент усиления антенны показывает, во сколько раз напряжение сигнала на выходе данной антенны превышает напряжение сигнала на выходе полуволнового вибратора, помещенного в ту же точку электромагнитного поля. Коэффициент усиления может также выражаться в децибелах. Чем больше коэффициент усиления антенны, тем больше будет напряжение сигнала на входе телевизора при прочих равных условиях. Поэтому в условиях дальнего приема необходимо использовать антенны с большим коэффициентом усиления. Характерно, что увеличение коэффициента усиления антенны не приводит к увеличению уровня шумов. Если улучшение чувствительности телевизионного приемника, ограниченной шумами, и выбор оптимального расположения антенны позволяют лишь в небольших пределах улучшить прием, то использование высокоэффективной антенны может привести к увеличению уровня сигнала во много раз. Таким образом, выбор антенны является решающим фактором при дальнем приеме.

И чем более высокочастотный сигнал необходимо принимать (чем больше номер канала), тем больше должен быть коэффициент усиления антенны. Это связано с тем, что действующая длина антенны пропорциональна длине волны сигнала. Поэтому при одинаковой напряженности поля двух сигналов, например 1-го и 12-го каналов, и использовании однотипных антенн с одинаковым коэффициентом усиления напряжение сигнала на выходе антенны 12-го канала окажется в 4,3 раза меньше, чем на выходе антенны 1-го канала. Только по этой причине для получения одинакового напряжения сигнала на входе телевизора коэффициент усиления антенны 12-го канала должен быть больше коэффициента усиления антенны 1-го канала в 4,3 раза по напряжению, что соответствует 12,7 дБ. В дециметровом диапазоне необходимость использования антенн с повышенным коэффициентом усиления по этой причине еще больше возрастает.

В том частотном диапазоне, который отведен для телевидения, используются различные типы высокоэффективных антенн. В профессиональной аппаратуре (радиосвязь, радиолокация и т. п.) предпочтение обычно отдается многоэлементным антеннам типа «Волновой канал». В любительских же условиях применение таких антенн нецелесообразно по следующим причинам. Многоэлементные антенны нуждаются в тщательной настройке, которая производится путем изменения размеров каждого элемента антенны и расстояний между ними. Настройка производится в полигонных условиях по приборам при контроле формы диаграммы направленности антенны, величины и характера ее входного сопротивления. Произвести такую настройку антенны радиолюбитель не в состоянии. Многоэлементная антенна, даже в том случае, если она выполнена точно по чертежам, оказывается расстроенной, подобно тому как оказывается расстроен многоконтурный радиоприемник сразу после сборки. В результате такой расстройки параметры антенны получаются значительно хуже паспортных, и положительного эффекта такая антенна не дает. У расстроенной антенны искажается форма и расширяется главный лепесток диаграммы направленности, увеличиваются боковые и задний ее лепестки, что приводит к уменьшению коэффициента усиления. Максимум главного лепестка диаграммы отклоняется от геометрической оси антенны. Кроме того, чтобы антенна была согласована с фидером, ее входное сопротивление должно быть чисто активным и равняться волновому сопротивлению фидера. У расстроенной антенны входное сопротивление имеет комплексный характер и содержит реактивную составляющую, а активная составляющая значительно отличается от номинального значения. Профессиональная аппаратура обычно содержит специальные блоки для контроля за согласованием антенны с фидером. Телевизионный приемник таких блоков не содержит. В результате рассогласования дополнительно теряется часть энергии сигнала, что приводит к уменьшению напряжения сигнала на выходе антенны и равносильно уменьшению ее коэффициента усиления. Чем больше элементов содержит антенна типа «Волновой канал», тем острее встает вопрос о необходимости ее настройки. Практика показывает, что удовлетворительно могут работать без настройки лишь трехэлементные антенны типа «Волновой канал». Однако коэффициент усиления трехэлементной антенны по напряжению не превышает 2,2 (около 6,8 дБ), что слишком мало для дальнего приема. Пятиэлементная антенна имеет коэффициент усиления 2,8 (около 9 дБ), но из-за неизбежной расстройки на практике она дает такой же результат, что и трехэлементная антенна. Теоретически коэффициент усиления по напряжению 11-элементной антенны типа «Волновой канал» составляет 4 (около 12 дБ). Но такое усиление соответствует лишь настроенной и согласованной с фидером антенне. Из-за большого количества элементов расстройка такой антенны после ее сборки оказывается значительной, что приводит также к значительному ухудшению ее эффективности как благодаря падению фактического коэффициента усиления, так и за счет сильного рассогласования антенны с фидером. Этими причинами объясняются частые неудачи радиолюбителей, пытавшихся за счет использования многоэлементных антенн добиться улучшения телевизионного приема в условиях слабого сигнала. Вызывает сожаление, что, несмотря на многократные публикации изложенного, многие авторы статей и книг продолжают рекомендовать радиолюбителям использование многоэлементных антенн в условиях дальнего приема телевидения, по-видимому, основываясь исключительно на теоретических предпосылках.

В связи с тем что в настоящее время значительная часть территории страны охвачена двух- и даже трех-программным телевизионным вещанием, при выборе приемной антенны весьма заманчивым представляется возможность использования широкодиапазонной антенны, что позволило бы одной антенной обеспечить прием двух или трех телевизионных программ по разным каналам. Такие антенны существуют, например зигзагообразные и логопериодические антенны. Однако их использование возможно лишь в зоне прямой видимости, так как коэффициент усиления сравнительно мал. Если же передатчики расположены в разных направлениях, широкодиапазонную антенну приходится устанавливать на поворотной мачте и каждый раз при переходе с приема одной программы на другую переориентировать. При этом за счет неточной ориентировки антенны сигнал дополнительно ослабляется. В зоне полутени при необходимости принимать несколько программ по разным каналам необходимо устанавливать раздельные узкополосные антенны. Две раздельные антенны можно подключить к общему фидеру с помощью разделительного фильтра. Если же количество антенн больше двух, дополнительная коммутация может осуществляться контактами электромагнитного реле, установленного вблизи антенн, управление которым производится дистанционно, тумблером, установленным у телевизора. При этом питание обмотки реле может поступать от телевизора по тому же фидеру без использования дополнительных проводов.

В радиолюбительских условиях для дальнего приема телевизионных передач хорошо зарекомендовали себя синфазные системы, состоящие из нескольких сравнительно простых антенн. Две антенны, расположенные одна над другой, образуют двухэтажную систему, которая характеризуется суженной диаграммой направленности в вертикальной плоскости. Четыре антенны могут образовать двухэтажную двухрядную систему с суженной диаграммой в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Сужение диаграммы направленности соответствует увеличению коэффициента усиления. Каждое удвоение количества антенн в синфазной системе соответствует увеличению коэффициента усиления на 3 дБ (в 1,41 раза по напряжению) только за счет суммирования сигналов, принятых каждой антенной. Дополнительно, за счет сужения диаграммы направленности, коэффициент усиления увеличивается примерно еще на 1 дБ при каждом удвоении количества антенн в системе.

Использование в составе синфазной системы сравнительно простых антенн позволяет получить большой коэффициент усиления без необходимости настройки антенн. Необходимо лишь обеспечить согласование системы с фидером, что легко выполняется, поскольку значения входного сопротивления простых антенн известны и мало зависят от настройки антенны. Таким образом, наращивая количество антенн в системе, можно неограниченно увеличивать коэффициент усиления. Это часто оказывается необходимо в диапазоне ДМВ, где при прочих равных условиях напряжение сигнала на выходе антенны значительно меньше, чем в диапазоне МВ, из-за уменьшения длины волны. Вместе с тем, благодаря малым размерам антенн этого диапазона увеличение их количества в системе легко выполнимо и не приводит к чрезмерным габаритам системы.

Наибольшее распространение среди любителей дальнего приема телевидения нашли синфазные системы, собранные из двухэлементных и трехэлементных рамочных антенн «Двойной квадрат» и «Тройной квадрат». Двухэлементные рамочные антенны обычно используются в диапазонах МВ, а трехэлементные - в диапазонах ДМВ. По данным некоторых авторов, двухэтажная двухрядная синфазная система, собранная из четырех двухэлементных рамочных антенн, обладает коэффициентом усиления по напряжению порядка 6-8 (16... 18 дБ), а такая же система из трехэлементных рамочных антенн-11-13 (21...23 дБ). Достичь такого усиления с помощью многоэлементной антенны типа «волновой канал» невозможно, так как даже коэффициент усиления 16-элементной антенны «Волновой канал» не превышает 14 дБ, да и то, если она тщательно настроена и согласована с фидером.

Следует предостеречь от частых попыток сборки синфазных систем из нескольких широкодиапазонных антенн. Таким путем пытаются достичь высокого коэффициента усиления при широкополосности антенны, для того чтобы в условиях дальнего приема иметь возможность одной антенной системой принимать передачи нескольких программ по разным каналам. Такие попытки, как правило, оказываются безуспешными, так как не удается согласовать антенну в диапазоне частот. Элементы согласования обычно содержат резонансные узлы в виде полуволновых и четвертьволновых отрезков кабеля, выполняющих свои функции только на определенной частоте. В широком диапазоне частот они работать не могут. Не дают также успеха попытки сборки синфазных систем из нескольких многоэлементных антенн «Волновой канал». Из-за того, что антенны расстроены по-разному, фазы напряжений сигнала на их выходах также оказываются различными, и синфазного сложения их не получается, а порой вместо сложения происходит вычитание.

Рис. 2. Графики затухания сигнала в высокочастотном кабеле

При дальнем приеме антенна устанавливается на высокой мачте и соединяется с телевизором длинным фидером. Чем длиннее фидер, тем большее затухание он вносит и тем меньше напряжение сигнала на входе телевизора. Для фидера наиболее распространен кабель марки РК-75-4-11, обладающий погонным затуханием 0,07 дБ/м на 1-5-м каналах, 0,13 дБ/м на 6-12-м каналах, 0,25-0,37 дБ/м на 21-60-м каналах. Графики погонного затухания разных марок кабеля приведены на рис. 2. Если при длине фидера 50 м затухание сигнала на 1-5-м каналах невелико (3,5 дБ), то на 33-м канале оно достигает 15 дБ, что соответствует уменьшению напряжения сигнала почти в 6 раз. Для компенсации затухания сигнала в фидере используют антенный усилитель, установленный на мачте около антенны. Это позволяет обеспечить поступление на вход антенного усилителя сигнала, который еще не ослаблен за счет прохождения по длинному фидеру. При этом сохраняется высокий уровень отношения сигнал/шум на входе антенного усилителя и на антенном входе телевизионного приемника. В этом состоит принципиальное отличие от случая, когда антенный усилитель устанавливается около телевизора и никакого полезного эффекта не дает. Антенный усилитель потому и называется антенным, что должен устанавливаться около антенны, а не около телевизора. Коэффициент усиления антенного усилителя должен быть по крайней мере таким же, как величина затухания сигнала в фидере, лучше - на 5.., 10 дБ больше. Тогда уровнем собственных шумов телевизионного приемника можно будет пренебречь, и качество изображения будет определяться исключительно отношением сигнал/шум на входе антенного усилителя.

Отечественной промышленностью выпускается несколько типов антенных усилителей. Наибольшее распространение в настоящее время имеют усилители УТДИ-I-III (усилитель телевизионный диапазонный индивидуальный на частоты I-III диапазонов) метровых волн. Усилители содержат встроенный блок питания и рассчитаны на питание от сети переменного тока напряжением 220 В. Коэффициент усиления их не менее 12 дБ, а уровень собственных шумов несколько меньше, чем у телевизионных приемников. Выпускаются также одноканальные антенные усилители типа УТКТИ, рассчитанные на усиление сигнала одного определенного канала, номер которого указан в конце обозначения типа усилителя. Коэффициент усиления усилителей УТКТИ-1-УТКТИ-5 не менее 15 дБ, а УТКТИ-6 - УТКТИ-12 не менее 12 дБ. Антенные усилители для дециметровых диапазонов индивидуального пользования промышленностью пока не выпускаются. Поэтому при необходимости можно рекомендовать любительские конструкции. Описание одного из таких усилителей приведено в журнале «Радио», 1983, № 6, с. 57. Он рассчитан на усиление сигнала в диапазоне 27-37-го каналов и обладает усилением 18 дБ. Описание другого усилителя на 21-43-й каналы с коэффициентом усиления 18-20 дБ помещено в сборнике «В помощь радиолюбителю», вып. 70, с. 9-15.

Необходимость в использовании длинного фидера иногда возникает в условиях закрытой местности, когда телевизор расположен в ложбине. Если антенну установить на вершине ближнего холма, уверенный прием будет обеспечен, но длина соединительного фидера окажется порядка 100...200 м. Даже на частоте 1-го канала

при длине фидера 200 м затухание сигнала в нем составит 14 дБ. И в этом случае установка антенного усилителя около антенны позволит скомпенсировать затухание сигнала. Если усиления одного усилителя недостаточно, можно включить два усилителя последовательно один за другим, разместив их равномерно по длине фидера.

Нужно также обратить внимание на возможность использования в качестве фидера коаксиальных кабелей различных марок. Кабель РК-75-9-13 обладает меньшим погонным затуханием, чем кабель РК-75-4-11. Особенно это заметно в диапазонах ДМВ: на частоте 60-го канала кабель РК-75-9-13 вносит затухание примерно в три раза меньше по напряжению, чем кабель РК-75-4-11. Таким образом, за счет использования лучшего кабеля при его большой длине можно поднять уровень сигнала на входе телевизора в несколько раз.

Так как при покупке кабеля обычно нет возможности определить его марку, можно руководствоваться тем, что чем больше диаметр кабеля, тем меньшее затухание он вносит. В качестве фидера всегда используется кабель с волновым сопротивлением 75 Ом. Если марка кабеля и его волновое сопротивление неизвестны, его легко определить при наличии штангенциркуля, если кабель имеет сплошную полиэтиленовую изоляцию. Отношение наружного диаметра внутренней полиэтиленовой изоляции к диаметру центральной жилы у кабелей с волновым сопротивлением 75 Ом должно находиться в пределах от 6,5 до 6,9.

Литература

Сотников С. К. Дальний прием телевидения.- М. : Энергия, 1968.

Ломозова Н. 3., Сорокина Т. М. Прием телевидения в дециметровом диапазоне волн.- М. : Связь, 1971.

Айзенберг Г. 3., Ямпольский В. Г. Пассивные ретрансляторы для радиорелейных линий.- М. : Связь, 1973.

Никитин В. А. Как добиться хорошей работы телевизора.- М.: ДОСААФ, 1988.

Телевизионный прием .
Этот раздел посвящен проблемам приема телевизионных сигналов.
Здесь Вы можете найти полезные рекомендации, схемы и описание различных усилителей, конструкции телевизионных антенн.

Тем не менее, специально для жителей Москвы , мы приводим 3 граничных графика (рис.1) для приема цифровых DVB-T2 пакетов (мультиплексов).

Все 3 графика построены для 3-х условий приема:

1 – дальнобойный прием (приемные антенны с коэффициентом усиления 16-18 дБ, класс "дальнобойные");

2 – средний прием (приемные антенны с коэффициентом усиления 10-12 дБ, класса балконных антенн);

3 – ближний прием (комнатная антенна «Дельта»).

Во всех случаях принято, что использована или активная антенна со встроенным мачтовым усилителем, или использован внешний малошумящий мачтовый усилитель (F=2 дБ). Разумеется, что использование более дорогостоящих «дальнобойных» антенн обеспечит много лучший (надежный) прием даже при любых всепогодных условиях и при многих лет эксплуатации. Чем выше цена антенны, тем более привлекательнее ее внешний вид и большая долговечность в использовании.

Длина кабеля снижения при наличии мачтового усилителя (любого типа) не имеет никакого значения ни на качество приема, ни на его «дальнобойность». При отсутствии мачтового усилителя длина кабеля снижения (особенно при работе на 2 и более телевизоров) играет уже очень важное значение.

При использовании комнатных антенн (Кусиления = 6 дБ) необходимо помнить, что стены (а радиоволны наверняка будут проходить через оконный проем или стены) обладают экранировкой (ослаблением радиоволн). В расчетах принят коэффициент радиоэкранирования в 6 дБ. На практике он может достигать 14…18 дБ. Иными словами это означает, что реальная дальность действия может быть снижена в 2-3 раза, в зависимости от места установки комнатной антенны и коэффициента радиоэкранной защиты стен.

Кривая с Кусиления=0 дБ соответствует распространенным активным комнатным зарубежным антеннам (как правило, они питаются от сетевого напряжения ~220 В/50 Гц). Такие антенны обладают нулевым коэффициентом усиления (без встроенного усилителя), но довольно эстетичны на внешний вид.

Для жителей регионов на рисунке ниже представлены аналогичные зависимости дальности приема R 0 в зависимости от высоты подъема приемной антенны h для разных высот установки передающих антенн - Н . Кривые построены для «дальнобойных» антенн при излучаемой мощности передатчика в 4 кВт на частоте 600 МГц.

Если у вас реальная мощность передатчика Р отличается от 4 кВт, то расчет реальной дальности приема необходимо скорректировать по формуле :
Полезно отметить, что если высота подвеса приемной антенны свыше 15 метров, то можно провести расчеты дальности приема R для высоты 15 м, а затем сделать перерасчет по формуле :

Так, для высоты подъема приемной антенны на 30 метров, дальность приема увеличивается примерно в 1,4 раза (например, с 48,3 км до 68,1 км).

В заключение приведем ряд полезных практических советов по цифровому DVB-T2 приему:

Совет 1
В настоящее время не имеет практического смысла устанавливать громоздкие антенны МВ диапазонов. С учетом появившегося цифрового DVB-T2 вещания выгоднее потратиться на одну единственную качественную антенну ДМВ в комплекте со встроенным или внешне подсоединяемым мачтовым усилителем.

Совет 2
Выбирайте мачтовый усилитель с коэффициентом усиления 12-20 дБ и минимальным коэффициентом шума (не более 3 дБ) . Если вы приобретаете мачтовый усилитель на рынке, то учитывайте тот факт, что там торгуют не специалисты. Поэтому, не слушая их рекомендаций старайтесь выбрать усилитель с максимальным током потребления (порядка 40-70 мА). Большему току потребления соответствует больший динамический диапазон (минимизация искажений).

Совет 3
Постарайтесь позаботиться, чтобы мачта, на которую крепится антенна, была заземлена. Желательно между антенной и мачтовым усилителем установить устройство грозозащиты . Если же прием осуществляется в доме, где уже предусмотрена штатная система грозозащиты, то никакой дополнительной системы вам не потребуется.

Совет 4
Желательно выбирать антенну с максимально возможным коэффициентом усиления . Данный критерий для диапазона ДМВ при приеме цифровых DVB-T2 сигналов является основным. При прочих равных условиях выбирайте антенну с минимальной ветровой нагрузкой и массой.

Совет 5
Старайтесь минимизировать длину кабеля снижения (между антенной и первым усилителем). Длина кабеля снижения в 5-10 метров для большинства практических применений считается допустимой.

Совет 6
Удобно использовать мачтовый усилитель с напряжением питания 5 В вместо традиционных 12 В или 24 В. Источник дистанционного питания 5 В присутствует практически в каждом DVB-T2 ресивере, что очень удобно, т.к. не требуется приобретение дополнительного источника питания.

Совет 7
Для нормальной читаемости цифровых DVB-T2 пакетов, вполне достаточно уровня сигнала на выходе антенны величиной 36 дБмкВ. Мачтовый усилитель служит только для компенсации потерь в кабеле снижения и разветвителе на несколько телевизоров.

Совет 8
Для увеличения дальности приема выбирайте приемную антенну с максимально возможным коэффициентом усиления и устанавливайте ее по возможности, максимально высоко относительно поверхности Земли . Мачтовый усилитель следует располагать как можно ближе к антенне или приобретать сразу активную антенну.