2. Особенности приема телевизионных передач

Приемная телевизионная сеть состоит из совокупности индивидуальных устройств приема телевизионных программ или систем коллективного приема. В состав первых входит комнатная или наружная приемная телевизионная антенна, антенный фидер и телевизионный приемник Системы коллективного приема телевидения (СКТП) состоят из одной или нескольких наружных антенн направленного действия, установленных на крышах зданий или мачтах, распределительной телевизионной сети (магистральных фидеров, усилителей и распределительных устройств) и нескольких десятков или сотен индивидуальных телевизионных приемников.

Освоение дециметрового диапазона волн для телевизионного вещания повлекло за собой переоборудование СКТП (установка приемных антенн и конверторов дециметрового диапазона), а при индивидуальном приеме — установку антенн и блоков СКД в телевизионные приемники.

Первоначально СКТП удовлетворяли организации приема (одного-двух телевизионных каналов) в дециметровом диапазоне волн. Но, с появлением все новых телевизионных программ, вещающих в дециметровом диапазоне (при отсутствии кабельного телевидения), привели к необходимости приобретения телезрителями индивидуальных антенн для приема программ в этом диапазоне.

Появились всевозможные конструкции антенн как заводского, так и "кустарного производства для приема в диапазоне ДМВ. Желание принимать новые программы приводило к необдуманному приобретению телевизионных антенн привлекательной конструкции, но с сомнительными либо недостаточно подходящими параметрами (без учета особенностей приема в месте установки ТВ приемников).

Прием телевизионных программ в городах с многоэтажной застройкой имеет особенности: между близко расположенными зданиями образуются зоны с высокой интенсивностью запаздывающих сигналов, а за высотными домами — зоны радиотени.

Свои особенности имеет и прием на значительных удалениях от телевизионного центра.

Прежде чем выбрать ту или иную антенну, необходимо решить для себя вопрос о целесообразности ее применения, так как условия приема, место расположения антенны, наличие прямой видимости до телецентра, конструкция здания, крыши и пр. — не всегда будут удовлетворять качественному приему ТВ-программ.

Перед приобретением телевизионной антенны желательно проконсультироваться у специалиста, а также обратить внимание на то, с какой антенной и как показывает телевизор соседа. По возможности следует проверить работу вашего телевизора с аналогичной антенной, а затем принять решение

2.1. Распространение, зоны приема метровых (ОВЧ) и дециметровых (УВЧ) волн

Общей особенностью для метровых и дециметровых волн является то, что они распространяются, в основном, в пределах прямой видимости. Напряженность поля волн убывает с увеличением расстояния от передающей антенны. У границы зоны прямой видимости возникают колебания уровня напряженности поля из-за огибания поверхности земли (явление дифракции) и искривление траектории волн за счет преломления в атмосфере (явление рефракции). Ввиду отражения от поверхности земли и преломления, обусловленного неоднородным строением атмосферы, в точку приема приходят две или более волн со случайными фазами и амплитудами. На распространение метровых и дециметровых волн также влияют метеорологические условия (температура, влажность, давление и т. д.), рельеф местности и многое другое.

Поскольку относительная диэлектрическая проницаемость воздуха в атмосфере убывает с высотой, траектория радиоволны получается искривленной, причем степень искривления зависит от характера изменения электрических свойств атмосферы. Поэтому дальность передачи телевизионного вещания несколько больше, чем рассчитанная теоретически. С учетом рефракции дальность радиовидимости увеличивается примерно на 15% по сравнению с оптической (прямой видимостью) и определяется формулой:

r=4. 12(H^0.5+h^0.5), (2.1)

где r- расстояние радиовидимости, км;

Н- высота установки передающей антенны, м;

h - высота установки приемной антенны, м.

НАПРИМЕР, если Н = 150 м, а h = 10 м, то дальность радиовидимости составит г = 4.12 (150^0.5 + 10^0.5) = 63,5 км. Если же приемная антенна находится на крыше девятиэтажного дома (h=30 м), то дальность г = 4.12(150^0.5+30^0.5) = 73 км. Следовательно, при увеличении высоты подвеса антенн дальность радиовидимости увеличивается.

Область распространения метровых и дециметровых волн удобно разделить на три зоны: освещенную (зона, ограниченная пределами прямой видимости), полутени и тени.

Под освещенной зоной следует понимать зону гарантированного приема телевизионных передач (до 0,8r). Это пространство, в пределах которого обеспечивается напряженность электромагнитного поля, достаточная для регулярного и качественного приема телевизионных сигналов с помощью любого телевизора. В ближней зоне (несколько километров от передающей антенны), напряженность поля характеризуется большой неравномерностью в виде периодических максимумов и минимумов, обусловленных интерференцией в точке приема между прямой и отраженной от поверхности Земли радиоволной. При установке антенны необходимо учитывать, что напряженность поля изменяется так, как показано на графике рис. 2. 2 [2. 1].

Рис. 2. 2. Расположение максимумов напряженности поля

Высоту первого ближайшего к земле максимума можно определить по приведенной ниже формуле (справедлива для расстояния до 25 км):

hm1 = l*R/4H, (2.2)

где hm1 - высота первого максимума напряженности поля, м;

l - длина волны, м;

R- расстояние между передающей и приемной антеннами, м;

Н - высота передающей антенны над окружающей местностью, м.

А второй максимум (hm2) будет находиться на высоте в 3 раза, а третий — в 5 раз большей, чем первый максимум. Для ближней зоны также характерен спад уровня сигнала, поскольку прием может осуществляться от боковых лепестков диаграммы направленности.

С увеличением расстояния от передающего центра напряженность поля падает, при этом действующее значение напряженности электромагнитного поля Ед определяется уравнением

Ед = 173 • (P* G*n):0.5/ R, (2.3)

где Ед - напряженность поля в свободном пространстве, мВ/м;

R - расстояние между передающей и приемной антеннами, км;

Р- мощность передатчика, кВт;

n - к.п.д. фидера антенны в относительных единицах;

G - коэффициент усиления по мощности передающей антенны

(относительно изотропной антенны). Если G выражено относительно полуволнового диполя, то под корень вводится множитель 1.64 при этом формула имеет вид

Ед = 222 • (P* G*n)^0.5I R. (2.4)

Для получения амплитудного значения напряженности поля, полученные значения при расчетах увеличивают в 2^0.5, т.е. в 1.4 раза.

Для удобства расчетов в ряде случаев напряженность поля выражают в децибелах по отношению к напряженности поля, равной 1 мкВ/м, и обозначают дБ/мкВ/м. В этом случае:

Е = 106,9 -20lg(R) +10lg(P) +10lg(G) +10lg(ri), (2.5)

где Е- напряженность поля, дБ;

R- расстояние между передающей и приемной антеннами, км;

Р- мощность передатчика, кВт;

G - коэффициент усиления по мощности передающей антенны;

n- КПД фидера антенны в относительных единицах

Так как высота антенн (передающих и приемных) в большинстве случаев намного меньше расстояния между ними, то при удалениях менее 0,8 расстояния радиовидимости напряженность поля с достаточной для практических целей точностью можно рассчитать по формуле Б.А. Введенского[2.2]:

Е=2,18*т*Н*h*( P*G*n)^0.5/l*R^2 (2.6)

где Е- напряженность поля, мВ/м;

R - расстояние между передающей и приемной антеннами, км;

Р - излучаемая мощность передающего центра, кВт;

G - коэффициент усиления передающей антенны;

n - КПД передающей антенны;

Н - высота подвеса передающей антенны, м;

h - высота подвеса приемной антенны, м;

l - длина волны в метрах;

т - поправочный коэффициент, учитывающий кривизну земной поверхности.

Формула 2.6 применяется при соблюдении неравенств:

R<=0.8r, (2.7) Н*h*m/R*l<=0,1. (2.8)

Для расстояний не более 25 км земную поверхность можно' считать плоской, т.е. можно считать т=1 рис.2.3, для чего надо рассчитать зону радиовидимости по формуле 2.1, отношение R/r и (h/H)^0.5.

Если эффективная излучаемая мощность передающей станции в глав ном направлении антенны

Pэ = Р • G • n, (2.9)

где Pэ - эффективная излучаемая мощность, кВт;

Р - мощность передатчика на входе фидера, кВт;

G - коэффициент усиления по мощности передающей антенны относительно изотропной антенны;

n- КПД фидера антенны в относительных единицах;

то формула 2.6 примет вид:

Е=2,18-т-Н-h- (Рэ)^0.5*/l*R^2 (2.10)

Возможность приема в зоне полутени (от 0, 8r до 1, 2r) во многом зависит от используемой антенны. Дело в том, что напряженность поля в этой зоне полутени быстро убывает с увеличением расстояния от телевизионного передатчика. Прием телевизионного сигнала в течение дня нестабилен, наблюдаются как быстрые, так и медленные изменения напряженности поля.

Следует учитывать, что только на небольших расстояниях от передающей станции приемную антенну легко установить в точку максимума напряженности поля. С увеличением расстояния высота первого максимума резко уходит вверх, поэтому приемную антенну приходится устанавливать как можно выше.

На дальность приема сильное влияние оказывает рельеф местности. Наиболее сложны условия приема на сильнопересеченной местности и в горных районах: множественные отражения от вершин и склонов гор вызывают на экране телевизионного приемника многоконтурность изображения. Прием сигналов за горами, холмами, а также в низинах и оврагах практически невозможен. Поэтому в некоторых горных населенных пунктах принимать ТВ сигналы можно только при использовании телевизионных ретрансляторов. На прием ТВ сигналов влияют также погодные условия, приводящие к значительным замираниям уровня сигнала за счет неоднородностей воздушных масс (температура, влажность, давление) непрерывно изменяющихся во времени.

В горных районах и на пересеченной местности граница зоны приема определяется наличием прямой видимости (хотя в некоторых местах благодаря эффекту усиления сигналов клиновидными препятствиями появляется возможность приема телепередач на расстояниях, значительно превышающих расстояния прямой видимости). Для этого на топографической карте строится профиль трассы с учетом наличия естественных и искусственных препятствий (рис. 2. 4). Построение трассы [2. 1] выполняют в таком масштабе по горизонтали и вертикали, чтобы было удобно определять наличие просвета и высоту установки приемной антенны.

Возможность приема в зоне тени в большинстве случаев носит не регулярный характер. Тем не менее случаи удовлетворительного приема на расстояниях, в несколько раз превышающих расстояния прямой видимости, встречаются.

Дальний прием зависит от многих факторов — состояния атмосферы, времени года, влияния солнечной активности и других, причем напряженность поля в случаях дальнего приема невелика.

Дальний прием возможен только на антенны с большим усилением. Условия, способствующие дальнему распространению радиоволн, возникают летом в ночное время над сушей, а в дневное время над морем. Сверхдальний прием возможен при определенных состояниях ионосферы, когда волны не проходят сквозь ионосферу, а отражаются от нее. Прием за счет отражений от ионосферы нерегулярен, чаще всего наблюдается на первом - третьем телевизионных каналах. Вследствие дальнего распространения радиоволн возможен одновременный прием передач местного и дальнего телецентра, при этом возникают искажения, имеющие вид утолщенных строк, перемещающихся в вертикальном направлении.

Прохождение волн на сверхдальние расстояния отмечается зимой в дневное время, в годы максимума солнечной активности (происходящие с периодом 11 лет и совпадающие с появлением большого числа пятен на Солнце). Существует прямая зависимость между числом пятен (в астрономии используется число Вольфа) и интенсивностью излучения. Чем больше число Вольфа, тем больше интенсивность излучения, тем сильнее ионизация слоев, тем лучше условия распространения радиоволн на высоких частотах.

Вероятность приема сигналов дальних телецентров чаще всего наблюдается на морском побережье, вследствие сверхрефракции. Обычно это происходит в летние месяцы при условии, когда температура воздуха выше температуры воды. Разность температур вызывает падение влажности, что в свою очередь влияет на коэффициент преломления воздуха с увеличением высоты и приводит к образованию волноводных слоев значительной протяженности.

Однако получение устойчивого изображения при дальнем и сверхдальнем приеме ТВ передач в течение длительного времени, вследствие аномальных явлений — не представляется возможным.

2. 2. Прием телевизионных сигналов в городе

Качество приема телевизионных сигналов в городе зависит от многих причин: плотности и разноэтажности застройки района, диапазона передаваемых телевизионных каналов и вида поляризации, места расположения приемной антенны и др.

Значительно ослабляют уровни принимаемого сигнала высотные здания, находящиеся на трассе приема. Их мешающее действие простирается на значительные расстояния, образовывая зону тени. Подобно пассивному ретранслятору (рис. 2. 5) высотные здания переизлучают волны, распространяющиеся от передающей антенны. При этом нарушается прием на антенны, установленные на соседних домах.

Рис. 2. 5. Распространение телевизионных сигналов в городе (зона тени)

При наличии прямой видимости между антеннами телецентра и приемника в точку приема приходят наряду с прямой и волны, отраженные от зданий, крыш, земли и других предметов (рис. 2. 6). В случаях, когда передача ведется с вертикальной поляризацией волн, необходимо учитывать, что отражения наиболее интенсивны от объектов, протяженных по вертикали — это высотные здания, деревья, стены отдельных строений, трубы промышленных предприятий и пр. (рис. 2. 7)

Рис. 2. 6. Распространение телевизионных сигналов в городе при наличии прямой видимости.

Напряженность поля сильно меняется с изменением высоты установки приемной антенны (при близких расстояниях от передающей антенны), а также при перемещении антенны в пределах крыши одного и того же дома. При этом, чем выше частота передаваемого телевизионного канала, тем больше изменяется напряженность поля в месте приема.

При многоканальном телевизионном вещании сложение и вычитание прямого и отраженного сигналов приводит к тому, что в месте установ-

Рис. 2. 7. Влияние помех на прием:

а) индустриальные помехи, 6) естественные помехи.

ки антенны может произойти усиление напряженности поля одних телевизионных каналов и ослабления величины поля других.

Повторные изображения могут быть вызваны не только приемом отраженных сигналов, но и рассогласованием антенны и фидера. В этом случае происходит отражение принятого сигнала от входа телевизора к антенне, в результате чего появляются дополнительные повторные изображения на экране.

В близко расположенных от телецентра многоэтажных домах, при работе телевизора на коллективную антенну, также заметны повторные изображения. При большой напряженности поля вблизи передающей антенны, вследствие слабой экранировки входной цепи телевизора, происходит проникновение внешнего наведенного сигнала на антенный вход. Время прохождения наведенного сигнала меньше, чем время прохождения сигнала, принятого антенной, поэтому на экране телевизора повторное изображение воспроизводится левее.

С увеличением частоты телевизионного канала проникновение сигнала возрастает. Устранить или уменьшить повторное изображение можно путем подбора места установки антенны а также применением антенн с узкой диаграммой направленности и высокими показателями коэффициента защитного действия (КЗД).

В тех случаях, когда не удается избавиться от повторного изображения (антенна установлена в местах закрытых от прямого сигнала), антенну переносят на ближайшее высокое здание, с крыши которого обеспечивается прямая видимость на передающую антенну.

2. 3. Качество приема

2. 3. 1. Параметры телевизионных приемников, влияющие на качество приема

В эксплуатации находится большое количество телевизионных приемников — переносных и стационарных, отечественных и зарубежных, имеющих различные эксплуатационные и технические параметры.

Как известно, уверенный прием телевизионного сигнала осложняется наличием как промышленных (индустриальных) помех и шумов, принимаемых антенной, так и собственных шумов телевизора. Чем меньше напряжение шумов и помех, тем меньше требуется напряжение сигнала на входе телевизоре:

и тем дальше от телецентра обеспечивается уверенный прием телепередач

Одним из важнейших параметров, влияющих на качественный прием телевизионных передач, является чувствительность телевизионного приемника. Это наименьшая величина напряжения сигнала на его входе

необходимая для обеспечения удовлетворительного качества изображения, звука и синхронизации (устойчивости изображения). У каждой телевизионного приемника имеется свой уровень чувствительности, однако для обеспечения качественного изображения напряжение сигнала должно быть примерно в пять раз больше указанного в паспорте телевизора. Для цветных телевизионных приемников напряжение сигнала должно быть больше, чем для черно-белых, в 1, 2... 1, 3 раза.

Чувствительность, ограниченная шумами, характеризует способность телевизора принимать слабый сигнал с учетом его собственных шумов в тракте изображения и звука. Она определяется наименьшей амплитудой сигнала на входе телевизора, при котором обеспечивается нормальное значение напряжения на катоде кинескопа при допустимом отношении сигнал/шум (20 дБ, т. е в 10 раз по напряжению). Согласно ГОСТу [2. 3] она должна составлять в /-/// диапазоне (метровые телевизионные каналы) — не более 70 мкВ (-72 дБ/мВт), в IV-V диапазоне (дециметровые телевизионные каналы) — не более 100 мкВ (-69 дБ/мВт).

Чувствительность канала изображения, ограниченная синхронизацией, определяется наименьшей амплитудой сигнала на входе телевизора, при котором еще сохраняется устойчивая синхронизация изображения (без учета его качества). В метровом диапазоне согласно ГОСТу [2. 3] она составляет не более 40 мкВ (-75 дБ/мВт), а в ДМВ диапазоне не превышает 70 мкВ (-72 дБ/мВт).

В случаях, когда телевизионный приемник эксплуатируется вблизи телевизионного центра (или ретранслятора), следует учитывать и максимально допустимый уровень входного сигнала (наибольшее напряжение высокой частоты на входе телевизионного приемника, при котором изображение и звук заметно не ухудшаются), составляющий для большинства телевизоров 87 мВ (-10 дБ/мВт).

Качество приема в значительной степени зависит и от избирательности телевизионных приемников, находящихся в эксплуатации. Избирательность характеризует способность телевизора подавлять помехи по побочным каналам приема (зеркальному, прямому и т. д.), способным вызвать искажения при приеме полезного сигнала.

В диапазоне метровых волн каналы распределены так, что ТВ передатчики соседних телецентров не создают помехи на зеркальных каналах этого диапазона.

Зеркальным каналом является полоса частот, ограниченная значениями:

fз.min=2(fн.u+fпр)*fmax (2.11) fэ.max = 2 (fн.u + fnp) - fmin (2.12)

где fн.и - частота несущей изображения канала приема;

fnp - частота промежуточной изображения (38МГц);

fmin и fmax - граничные частоты исходного канала приема, зеркальный канал которого определяется.

Однако несущие частоты передатчиков дециметрового диапазона волн, работающих на предыдущих каналах, попадают в каналы (начиная с 29-го телевизионного канала), зеркальные по отношению к другим каналам данного диапазона [2. 4]. Это влияние каналов учитывается при планировании сетки частот на границах зон обслуживания ТВ

передатчиков.

В соответствии с требованиями ГОСТа [2. 3] избирательность по зеркальному каналу для / - ///диапазонов равна - 45 дБ, для IV - I/диапазонов - 30 дБ. Обеспечить высокую избирательность телевизионных приемников, в которых используются селекторы каналов с электронным управлением, весьма проблематично ввиду низкой добротности резонансных контуров, перестраиваемых варикапами.

Чем хуже параметры телевизионного приемника, тем выше требования предъявляются к выбору антенно-фидерного устройства и месту его установки для обеспечения качественного приема телепередач.

Оценить качество приема можно с помощью предложенного ниже метода.

2. 3. 2. Субъективная оценка качества принимаемого изображения.

Субъективный метод оценки качества изображения стандартизирован в документах МККР и широко используется у нас и за рубежом. Метод позволяет установить обобщенное мнение наблюдателей, привлекаемых для оценки отдельных параметров (показателей) качества изображения. В нем применяется пятибальная ('школьная') шкала оценок (табл. 2. 1), позволяющая привлекать к оценке любых наблюдателей почти без подготовки (специалистов и не специалистов). Чем больше наблюдателей участвуют в оценке качества изображения, тем выше достоверность получаемых

результатов.

Наблюдение проводится по испытательной таблице на расстоянии около шести высот экрана; регуляторы яркости и контрастности устанавливают в положения, позволяющие различать максимальное число градации яркости. При этом не должно быть прямой засветки экрана внешними источниками света.

По методике, изложенной ниже, можно с достаточной точностью можно оценить работу своего антенно-фидерного устройства и, исходя из усредненной (среднеарифметической) оценки, определить пути улучшения приема телевизионных программ. Более точные выводы можно сделать,

проведя замеры и расчеты напряженности поля в месте приема, уровня сигнала на выходе приемной антенны, затухания фидера снижения и др.

Таблица 2. 1. Оценка качества изображения

Оценка (балл)	Качество изображения	Ухудшение качества
5	отличное	незаметно
4	хорошее	заметно, но не мешает
3	удовлетворительное	немного мешает
2	неудовлетворительное	мешает
1	непригодное	сильно мешает

Для оценки качества работы антенно-фидерного устройства (предполагается, что телевизионный приемник эталонного качества)

перед наблюдателями ставится задача — определить наличие помех, шумов, повторов и искажений изображения (табл. 2. 2) при приеме тестовой таблицы или качественной передачи.

Каждый наблюдатель по-своему характеризует визуальный эффект помех на изображении. При этом обычно дают такие оценки, как рябь на изображении", "мелкие и крупные зерна", "хлопья" и т. д. Для единообразия оценки результатов предлагаются следующие определения:

наличие помех — на экране наблюдаются паразитные узоры (сетка) или периодические нарушения синхронизации (подергивание строк или кадров), вызванные работой различного рода электрических устройств и мешающих радиостанций;

наличие шумов — появление на экране беспорядочной засветки в виде мерцающих точек (''снега'');

повторы изображения — появление на экране повторного изображения справа (иногда слева} от основного;

искажения изображения — снижение четкости изображения, нарушение правильности передачи оттенков яркости, переконтрастность, смещение отдельных элементов изображения.

Таблица 2. 2. Оценка качества работы антенно-фидерного устройств.

оценка, баллы	Показатель качества изображения
Наличие п о м е х
5	Помехи совершенно не наблюдаются
4	Помехи заметны только при тщательном рассмотрении с близкого расстояния
3	Помехи заметны и временами отвлекают от просмотра передач
2	Помехи очень заметны и мешают просмотру изображения
1	Наличие помех исключает возможность просмотра изображения, изображение покрыто сеткой, синхронизация нарушается
Наличие шумов
5	Шумы не наблюдаются
4	Шумы наблюдаются при рассмотрении с близкого расстояния
3	Шумы незначительны и практически не мешают просмотру изображения
2	Шумы значительны и мешают просмотру изображения
1	Изображение покрыто сплошным «снегом», просмотр затруднен
Повторы изображения
5	Повторное изображение незаметно
4	Повторное изображение малозаметно и просматривается при тщательном рассмотрении с близкого расстояния
3	Повторное изображение заметно, но не ухудшает общей видимости
2	Повторное изображение сильно просматриваться и ухудшает качество изображения
1	Наличие сильных повторных изображений лишает возможности нормального восприятия изображения
Искажения изображения
5	Изображение полностью соответствует передаваемому сюжету
4	Искажения малозаметны и не влияют на качество изображения
3	Искажения заметны и незначительно влияют на качество изображения, ухудшая общую видимость
2	Искажения сильно заметны и затрудняют просмотр изображения
1	Искривление вертикальных линий (изломы изображения), срыв синхронизации, просмотр изображения невозможен

В качестве примера дается оценка качества работы антенно-фидерного устройства при приеме девяти программ, для удобства результаты оценок сведены в табл. 2. 3.

Таблица 2. 3. Результаты оценок качества приема

Показатель качества изображения	Диапазон вещания
	II	III				IV
	Телевизионные каналы
	4	6	8	10	12	22	28	30	33
Наличие помех	4	5	4	3	4	3	4	3	4
Наличие шумов	2	5	4	3	4	3	3	3	4
Повторы изображен.	2	4	4	3	4	3	4	4	4
Искажения изображен.	4	4	4	4	4	3	4	3	4
Среднеарифметическая оценка
- канала	3	4, 5 4		3, 3	4	3	3, 8	3, 3	4
- диапазона	3	3, 93				3, 5
Общая оценка работы антенно-фидерного устройства = 3, 6

По результатам наблюдений выведены среднеарифметические оценки по показателям для каждого из проверяемых каналов (трансляция которых осуществляется в данной местности) и общая оценка работы антенно-фидерного устройства. В этом примере антенно-фидерное устройство (применялись две антенны - III и IV диапазонов) работает удовлетворительно — на 3, 6 балла. При рассмотрении результатов оценок по каналам приема, можно сделать следующие выводы:

- хуже всего осуществляется прием каналов 4, 10, 22, 30;

- из-за значительных шумов и повторных изображений, свидетельствующих о недостаточном усилении, необходима установка дополнительной антенны и ориентировка ее в пространстве (для уменьшения повторных изображений) для приема сигналов во II диапазоне (4 канал);

- также необходимо повысить величину сигнала при приеме каналов IV дециметрового диапазона волн (возможно установить антенный усилитель);

- для улучшения качества приема в III диапазоне (10 канал) - надо изменить высоту установки антенны так, чтобы найти максимум напряженности поля для этого телевизионного канала.

Для более полноценных выводов необходимо учитывать условия распространения и приема радиоволн в данной местности.

2.4. Рекомендации по выбору антенн

При выборе телевизионной антенны всегда возникают трудности, и не только у радиолюбителей, но и у специалистов. Антенну, которая способна принять все передаваемые программы с достаточным качеством, подобрать очень сложно. Здесь без предварительной оценки условий приема однозначный ответ дать невозможно.

Для этого прежде всего небходимо знать номера телевизионных каналов (либо канал), которые необходимо принять в данной местности, а также диапазоны телевизионного вещания, в которых эти каналы находятся, и их частоты (табл. 1.2). После чего можно определить коэффициент перекрытия по частоте (Kf) принимаемых каналов:

К1 = fmax/fmin (2.13)

где frnax - верхняя частота высшего (номера) канала;

fmin - нижняя частота низшего (номера) канала.

Если результаты вычислений находятся в пределах:

1,01... 1,16, то для приема используется канальная антенна;

1, 16... 1,3 - многоканальная антенна;

1,3... 19,0 - диапазонная антенна,

Теперь, зная рабочий диапазон частот и коэффициент перекрытия, можно произвести предварительный выбор антенны.

ПРИМЕР 1: Прием ведется на телевизионных каналах 4, 6, 8, 10, 12, 22, 28, 30, 33 (перекрываются II, III и IV диапазоны). Определяем общий коэффициент перекрытия с 4 по 33 канал.

К1= 574/84= 6,8.

Коэффициент перекрытия по каждому диапазону составил:

К2=92/84=1,09.

К3=230/174=1,32.

K4= 574/478=1,2.

Исходя из полученного результата для приема всех каналов необходимо было бы использовать широкодиапазонную антенну. Однако подобные антенны не обладают необходимыми параметрами для удовлетворительного приема, либо сложны по конструктивному исполнению (совмещенные антенны). Поэтому, в данном случае, целесообразно использовать три антенны:

- для приема во II диапазоне (4 телевизионный канал) - канальную антенну;

- в III диапазоне (6... 12 канал) -диапазонную;

- в IV диапазоне (22... 33 канал) - многоканальную или диапазонную. Для выбора конкретного типа антенны воспользуемся табл. 2. 4, где Gср — коэффициент усиления относительно изотропной антенны, О — ширина диаграммы направленности в горизонтальной плоскости.

Таблица 2. 4. Типовые параметры антенн.

Антенна	Диапазон	Каналы приема (частота)*	Gcp, ДБ	КЗД, -(ДБ)	о. град.
канальные
Полуволновыи вибратор	I,II,III	1,2...12	2.15	0	2х90
«Волновой канал»
3-элементная	I	1.2	5	12	70
4-элементная	II	3,4.5	7	12	70
5-элементная	II	3,4.5	8	14	60
11-элементная	III	6,7-12	10,5-11,5	23	40-45
18-элементная	IV	21,22-34	14	22	38
	V	35, 36 - 60
21-элементная	IV	21, 22-34	17	28	18
	V	35, 36 - 60
27-элементная	IV	21,22-34	19	28	17
	V	35, 36 - 60

Продолжение табл. 2.4

Антенна	Диапазон ТВ	Каналы приема (частота)*	Gcp, ДБ	КЗД, -(ДБ)	о, град.
многоканальные*
Полуволновый вибратор	III	6-7, 8-9, 10-12	2,15	0	2х90
«Волновой канал»
4-элементная	I. II	1 -3, 2 - 3	6,5	14	68
5-элементная	I, II	1-3, 1-4. 2-5, 3-5	7,5	14	65
5-элементная	III	6-7, 7-8, 9-11, 11-12	7	14	58
11-элементная	III	6-7, 7-8,
		9-11, 11-12	11,5	23	42
5-элементная	IV	21 - 28, 25 - 34	6-8	18	54
10-элементная	IV,	21 -30	8-11	21	38-40
	V	38-50
16-элементная	IV	27 -39	12 - 14	22	35
	V	31 -50
21-элементмая	IV	31 -50	14 - 17	18	21
	V	41-60
		диапазонные
«Волновой канал»
6-элементная	l-ll	1 -5	8,5	16	55
7-элементная	III	6-12	8	9-12	45-55
10элементная	IV	21 -40	8-11	21-22	38-40
	V	41 -60
15-элементная	IV	21 -39	9-12	14-24	32-46
16-элементная	IV-V	21 -60	10-13	22	35
21-элементная	IV-V	21 -60	14 - 18	28	18
27-элементная	IV	21 -35	17 - 19	28	18
	v	36-55
Зигзагообразная	III	6-12	6,5-7	8	2х90
Зигзагообразная с рефлектором	III,	6-12	8-10	15-26	55
	IV,	21 -35
	V	36-60
Логопериодическая	IV-V	21 -60	8,5	18	45-55
ЛУЧ-1	l-lll	1 -12	2,5	8	2х90
ВОЛНА-1	l-lll	1 - 12	4-5	10-14	110
Веерная (ТАИ-12)	l-lll	1 - 12	2-3,5	8	2х90
Рамочная	l-ll	1 -5	8-11	15	55-70
	III	6-12
	IV	21 -39
	V	40-60

* - полоса пропускания данных антенн может отличаться от приведенных в таблице.

В нашем случае подойдут:

- для приема 4 канала 4- или 5-элементная антенна «волновой канал»;

- для приема 6-12 каналов 7-элементная антенна «волновой канал», или зигзагообразная, или рамочная;

- для приема 22 - 33 канала 10 - 21-элементная антенна «волновой

канал», или рамочная, или логопериодическая.

Для того чтобы оценить усилительные свойства предварительно выбранных антенн, необходимо знать напряженность поля в месте установки приемной антенны. Точные результаты можно получить, применив специальную измерительную аппаратуру, однако для подавляющего большинства радиолюбителей и специалистов это недоступно.

Ориентировочно оценить напряженность поля можно, рассчитав ее значение по формуле 2. 10 для наиболее слабо принимающего канала в каждом диапазоне. В нашем случае это 4 канал II диапазона (Lср = 3,41м), 10 канал III диапазона (Lcp = 1,43м) и 30 канал IV диапазона (Lcp = 0,549м). Для упрощения расчетов принимаем эффективную излучаемую мощность станции Рc=1 кВт, высоту передающей антенны Н=150 м, приемной h=10м, расстояние между антеннами R=30 км.

Вначале, подставляя исходные данные в формулу 2.1, находим расстояние радиовидимости:

г = 4.12(150^0.5 + 10^0.5) = 63,5 км

Рассчитав отношения

R/r = 30/63,5= 0,47 и (h/H)^0.5 = (10/150)^0.5 = 0,3,

из графика (рис. 2.3, )находим поправочный коэффициент m=0,63. Определяем справедливость неравенств 2.7 и 2.8, для выбранных нами соответственно 4,10 и 30 каналов:

R = 30 км < 0,8 r = 0,8 *63,5 = 50,8 км 150 *10 *0,63/30000 *3,41 = 0,009, т.е. меньше 0,1. 150 *10 *0,63/30000 * 1,43 = 0,022, т.е. меньше 0,1. 150 *10 *0,63/30000 *0,54 = 0,058, т.е. меньше 0,1.

Так как неравенства 2.7 и 2.8 выполняются, то подставив значения в формулу 2.10, рассчитаем напряженность поля в точке приема:

Е4 = (2,18 • 0,63 • 150 • 10 • 1^0.5)/ 3,41 • 900 = 0,671 мВ/м Е10 = (2,18 • 0,63 • 150 • 10 • 1^0.5)/ 1,43 • 900 = 1,600 мВ/м

Езо = (2,18 • 0,63 • 150 • 10 • 1^0.5)/ 0,54 • 900= 4,238 мВ/м

Сравниваем полученные показания с табл. 1.3, замечаем, что расчетные значения напряженности поля для расстояния R=30км превышают минимально допустимые табличные значения, необходимые для удовлетворительного приема. Поэтому, сравнивая коэффициенты усиления предварительно выбранных антенн (табл.2.4) и рекомендованные значения коэффициентов усиления антенн, приведенные в табл. 1.3 (стр. 10), можно сделать вывод:

- для приема сигналов на 4 телевизионном канале достаточно применить 4-х элементную антенну «волновой канал»;.

- для приема сигналов на 6-12 каналах возможно использовать любую из диапазонных антенн, предназначенных для приема в III диапазоне;

- для приема сигналов на 22-33 каналах подойдет 10-элементная антенна «волновой канал».

Уточнить коэффициент усиления можно, воспользовавшись формулой 3.11 табл. 3.5. Для этого без учета потерь в фидере в данную формулу необходимо подставить значения напряженности поля и допустимые напряжения сигнала на входе телевизионного приемника.

Таблица 2.5. Необходимые напряженности сигнала на входе телевизионного приемника.

Частотный диапазон	U, мкВ
	Черно-белый	Цветной
I	360	468
II	290	377
III	250	325
IV, V	310	403

Определяем действующую длину антенн рассчитываемых каналов, находящихся на расстоянии от передающей антенны R=ЗОкм, для приема передач цветным телевизионным приемником:

l4=377/671 =0,561 м l10 =325/1600= 0,203м l30 = 403/4238 = 0,095 м.

Расчитываем КПД фидера снижения. В данном случае используем коаксиальный кабель РК-75-4-13 c минимально необходимой длиной l=15м. Из табл. 6.3 определяем коэффициент затухания в=0.13 дБ/м для частоты f=1ООМГц. Воспользовавшись формулой 6.27, рассчитываем затухание фидера снижения для данных каналов приема, в нашем случае для частот fcp4 = 88МГц, fcp10 = 210МГц, fсрзо = 548МГц:

в4 = в' • (f4/f')^0.5= 0,12 в10 = в' • (f10/f')^0.5 = 0,19 в30 = в' (f30/f')^0.5 = 0,3.

Используя рассчитанные значения в4, в10, в30, определяем КПД фидера снижения по формуле 6.21

n =10^(вl/10) n4 = 0,66; n10 = 0,52; n30 = 0,35.

Воспользовавшись формулами 3.12 и 3.14, определяем коэффициент усиления приемной антенны с учетом КПД фидера снижения ln

Gn= (ln/0,16L)^2/n (2.14)

где ln - действующая длина для рассчитываемого канала;

L - длина волны рассчитываемого канала;

n - КПД фидера снижения.

G4 = (0,561/0,16 • 3,41)^2 /0,66 = 1,6 G10 = (0,203/0,16 • 1,43)^2 /0,52 = 1,5 G30 = (0,95/0,16 • 0,54)^2 /0,35 = 3,45.

Полученные значения в разах переведем в децибелы (приложение 3, либо по формуле 3.4) и получим следующие значения:

G4 = 4,08 дБ G10 = 3,52 дБ G30 = 10,75 дБ

Полученные входе расчетов данные позволяют выбрать конкретный тип антенны из таблицы 2.4 или приложения 5.

ПРИМЕР 2: В случае, если телевизионный приемник будет находиться на расстоянии Р=35км, то для определения значения напряженностей поля, действующих длин и коэффициентов усиления приемных антенн произведем аналогичный расчет.

Пусть расстояние радиовидимости будет r=63,5 км, тогда R/r = 35/63,5 = 0,55; (h/H)^0.5 = (10/150)^0.5 < 0,3.

Из графика (рис.2.3, ) m = 0,54.

С увеличением расстояния на 5 км уменьшились напряженности полей, но во 11-111 диапазонах они еще соответствуют рекомендациям табл. 1.3, а в IV диапазоне уровень напряженности поля меньше необходимого. Произведя расчеты для R=35 км, найдем значения коэффициентов усиления антенн в точке приема:

Е4=(2,18* 0,54 *150* 10*1^0.5)/3,41 • 1225= 0,422 мВ;

Е10 =(2,18 *0,54 * 150 * 10 • 1^0.5) / 1,43 • 1225 = 1,008 мВ;

Е30 = (2,18* 0,54* 150 * 10 * 1^0.5) / 0,54 • 1225 = 2,669 мВ.

Отсюда действующая длина антенн соответственно будет равна:

l4= 377/671 = 0,561;

l10=325/1600=0,203;

l30 = 403/4238 = 0,095.

Определим коэффициенты усиления приемных антенн при полученных ранее коэффициентах затухания и КПД фидера:

G4 = (0,687/0,16* 3,4.1 )^2 /0,66 = 2,4;

G10 = (0,248/0,16 • 1.43)^2 /0,52 = 2,26;

С30 = (0,116/0,16 . 0.54)^2 /0,35 = 5,15.

Полученные значения в разах переведем в децибелы (см. приложение 3) и получим следующие значения:

G4 = 7,6 дБ; G10 = 7,08 дБ; С30 = 14,23 дБ.

Полученные в ходе расчетов данные позволяют выбрать конкретный тип антенны (при расстоянии от передающего центра 35 км) из табл. 2.4 или приложения 5.

Расчет напряженности поля по формулам — процесс трудоемкий, а в ряде случаев вообще невозможен. Поэтому на практике для определения напряженности поля широко используют графики и таблицы, построенные с учетом результатов многочисленных измерений, выполненных в реальных условиях. Вычисления удобно вести в децибелах относительно опорного уровня, за который обычно принимают 1мкВ/м. Ввиду непостоянства поля во времени, особенно на больших расстояниях, для его характеристики используется средний уровень, называемый медианным значением уровня принимаемого сигнала Емед. Этот уровень можно ориентировочно оценить по зависимостям медианного значения (кривым распространения МККР) напряженности поля от расстояния:

- на расстояниях менее 10 км — по рис. 2.8;

- на расстояниях свыше 10 км, — по рис. 2.9 для I-III диапазона и по рис. 2.10 для IV-V диапазонов [2.6].

Рис.2.8. Кривые распространения ОВЧ и УВЧ

В настоящее время имеется множество телевизионных станций, передающих по несколько программ на различных частотных каналах. Для их приема можно использовать широкополосные антенны (логопериодические и др.), обеспечивающие прием в нескольких диапазонах. Однако применять эти антенны можно лишь при достаточной величине принимаемого сигнала. Если величина сигнала в месте приема невелика, то при использовании таких антенн требуется установка антенного усилителя для увеличения соотношения сигнал/шум на входе телевизионного приемника.

Применять антенный усилитель желательно и в тех случаях, когда телевизионный приемник не обладает достаточным запасом коэффициента усиления. В этом случае удается получить заметное улучшение качества приема, в первую очередь на телевизионных приемниках низких классов.

Устанавливать антенный усилитель наиболее целесообразно в непосредственной близости от антенны (либо непосредственно на ней),

Рис. 2. 9. Кривые распространения ОВЧ (I -III диапазон)

Рис. 2. 10. Кривые распространения УВЧ (IV - V диапазон)

что позволит уменьшить потери в фидере, а при достаточном сигнале -подключить к одной антенне несколько телевизоров.

Кроме типовых антенн для приема многоканального телевидения нашли применение активные и комбинированные (совмещенные) антенны, описанные в разд. 3. По конструктивному исполнению в комбинированных антеннах совмещают одинаковые, либо разные виды антенн, находящиеся в одной или в нескольких плоскостях (для приема волн различных поляризаций).

На небольших расстояниях от телецентра (до 10 км) используют, как правило, простые антенны. С увеличением расстояния (10... 30 км) можно применять антенны с коэффициентом усиления, рекомендованным в табл. 1. 3. При значительном удалении необходимо применять высокоэффективные (с узкой диаграммой направленности) с большим коэффициентом усиления антенны (многоэлементные).

Специалистам и радиолюбителям известно, что для приема сигналов в удаленных от телецентра местностях наиболее эффективны многоэтажные антенны с большим коэффициентом усиления. Однако для установки такой системы антенн требуется опыт и квалификация. Практическая реализация дальнего приема может быть осуществлена многоэлементной антенной соответствующего диапазона, либо канальной (см. табл. 2. 4 или приложение 5} с применением дополнительного усилителя.

Если передающие центры расположены в разных направлениях (на значительных удалениях), при переходе с приема одной программы на другую антенну приходится переориентировать, что создает значительные неудобства. В таких случаях хорошие результаты получаются при использовании нескольких узкополосных высокоэффективных антенн, направленных на разные передающие центры и согласованных с помощью специальных согласующих устройств.

Необходимо помнить, что антенна должна быть установлена так, чтобы она обеспечивала максимальный прием полезного сигнала от телевизионного центра и максимально ослабляла действие помех.

Описанию промышленных антенн посвящен разд. 3, а антенным усилителям — разд. 4 и 5.

Вернуться к оглавлению Части 3