Большая энциклопедия нефти и газа. Радио- и телевещание в диапазонах метровых и дециметровых волн

Когда-то хорошая телевизионная антенна была дефицитом, покупные качеством и долговечностью, мягко говоря, не отличались. Сделать антенну для «ящика» или «гроба» (старого лампового телевизора) своими руками считалось показателем мастерства. Интерес к самодельным антеннам не угасает и в наши дни. Ничего странного тут нет: условия приема ТВ кардинально изменились, а производители, полагая, что в теории антенн ничего существенно нового нет и не будет, чаще всего приспосабливают к давно известным конструкциям электронику, не задумываясь над тем, что главное для любой антенны – ее взаимодействие с сигналом в эфире.

Что изменилось в эфире?

Во-первых, почти весь объем ТВ-вещания в настоящее время осуществляется в диапазоне ДМВ . Прежде всего из экономических соображений, в нем намного упрощается и удешевляется антенно-фидерное хозяйство передающих станций, и, что еще более важно – потребность в его регулярном обслуживании высококвалифицированными специалистами, занятыми тяжелым, вредным и опасным трудом.

Второе – ТВ-передатчики теперь покрывают своим сигналом практически все более-менее населенные места , а развитая сеть связи обеспечивает подачу программ в самые глухие углы. Там вещание в обитаемой зоне обеспечивают маломощные необслуживаемые передатчики.

Третье, изменились условия распространения радиоволн в городах . На ДМВ промышленные помехи просачиваются слабо, но железобетонные многоэтажки для них – хорошие зеркала, многократно переотражающие сигнал вплоть до его полного затухания в зоне, казалось бы, уверенного приема.

Четвертое – ТВ-программ в эфире сейчас очень много, десятки и сотни . Насколько это множество разнообразно и содержательно – другой вопрос, но рассчитывать на прием 1-2-3 каналов ныне бессмысленно.

Наконец, получило развитие цифровое вещание . СигналDVB T2 – штука особенная. Там, где он еще хоть чуть-чуть, на 1,5-2 дБ, превышает шумы, прием отличный, как ни в чем ни бывало. А чуть дальше или в стороне – нет, как отрезало. К помехам «цифра» почти не чувствительна, но при рассогласовании с кабелем или фазовых искажениях в любом месте тракта, от камеры до тюнера, картинка может рассыпаться в квадратики и при сильном чистом сигнале.

Требования к антеннам

В соответствии с новыми условиями приема, изменились и основные требования к ТВ-антеннам:

• Такие ее параметры, как коэффициент направленного действия (КНД) и коэффициент защитного действия (КЗД) ныне определяющего значения не имеют: современный эфир очень грязный, и по малюсенькому боковому лепестку диаграммы направленности (ДН), хоть какая-то помеха, да пролезет, и бороться с ней нужно уже средствами электроники.
• Взамен особое значение приобретает собственный коэффициент усиления антенны (КУ). Антенна, хорошо «облавливающая» эфир, а не смотрящая на него сквозь маленькую дырочку, даст запас мощности принятого сигнала, позволяющий электронике очистить его от шумов и помех.
• Современная телевизионная антенна, за редчайшими исключениями, должна быть диапазонной, т.е. ее электрические параметры должны сохраняться естественным образом, на уровне теории, а не втискиваться в приемлемые рамки путем инженерных ухищрений.
• ТВ-антенна должна согласовываться в кабелем во всем своем рабочем диапазоне частот без дополнительных устройств согласования и симметрирования (УСС).
• Амплитудно-частотная характеристика антенны (АЧХ) должна быть возможно более гладкой. Резким выбросам и провалам непременно сопутствуют фазовые искажения.

Последние 3 пункта обусловлены требованиями приема цифровых сигналов. Настроенные, т.е. работающие теоретически на одной частоте, антенны можно «растянуть» по частоте, напр. антенны типа «волновой канал» на ДМВ с приемлемым отношением сигнал/шум захватывают 21-40 каналы. Но их согласование с фидером требует применения УСС, которые либо сильно поглощают сигнал (ферритовые), либо портят фазовую характеристику на краях диапазона (настроенные). И «цифру» такая антенна, отлично работающая на «аналоге», будет принимать плохо.

В связи с этим, из всего великого антенного многообразия, в данной статье будут рассмотрены антенны для телевизора, доступные для самостоятельного изготовления, следующих типов:

1. Частотнонезависимая (всеволновая) – не отличается высокими параметрами, но очень проста и дешева, ее можно сделать буквально за час. За городом, где эфир почище, она вполне сможет принимать цифру или достаточно мощный аналог не небольшом удалении от телецентра.
2. Диапазонная логопериодическая. Ее, образно выражаясь, можно уподобить рыболовецкому тралу, уже при облавливании сортирующему добычу. Она тоже довольно проста, идеально согласуется с фидером во всем своем диапазоне, абсолютно не меняет в нем параметры. Техпараметры – средние, поэтому более подойдет для дачи, а в городе в качестве комнатной.
3. Несколько модификаций зигзагообразной антенны , или Z-антенны. В диапазоне МВ это весьма солидная конструкция, требующая немалого умения и времени. Но на ДМВ она вследствие принципа геометрического подобия (см. далее), настолько упрощается и съеживается, что вполне может быть использована как высокоэффективная комнатная антенна при почти любых условиях приема.

Примечание: Z-антенна, если использовать предыдущую аналогию – частый бредень, сгребающий все, что есть в воде. По мере замусоривания эфира она было вышла из употребления, но с развитием цифрового ТВ вновь оказалась на коне – во всем своем диапазоне она так же отлично согласована и держит параметры, как «логопедка».

Точное согласование и симметрирование почти всех описанных далее антенн достигается благодаря прокладке кабеля через т.наз. точку нулевого потенциала. К ней предъявляются особые требования, о которых подробнее будет сказано далее.

О вибраторных антеннах

В полосе частот одного аналогового канала можно передать до нескольких десятков цифровых. И, как уже сказано, цифра работает при ничтожном отношении сигнал/шум. Поэтому в очень удаленных от телецентра, куда сигнал одного-двух каналов еле добивает, местах, для приема цифрового ТВ может найти применение и старый добрый волновой канал (АВК, антенна волновой канал), из класса вибраторных антенн, так что в конце уделим несколько строк и ей.

О спутниковом приеме

Делать самому спутниковую антенну нет никакого смысла. Головку и тюнер все равно нужно покупать, а за внешней простотой зеркала кроется параболическая поверхность косого падения, которую с нужной точностью может выполнить далеко не всякое промышленное предприятие. Единственное, что под силу самодельщикам — настроить спутниковую антенну, об этом .

О параметрах антенн

Точное определение упомянутых выше параметров антенн требует знания высшей математики и электродинамики, но понимать их значение, приступая к изготовлению антенны, нужно. Поэтому дадим несколько грубые, но все же поясняющие смысл определения (см. рис. справа):

• КУ – отношение принятой антенной на основной (главный) лепесток ее ДН мощности сигнала, к его же мощности, принятой в том же месте и на той же частоте ненаправленной, с круговой, ДН, антенной.
• КНД – отношение телесного угла всей сферы к телесному углу раскрыва главного лепестка ДН, в предположении, что его сечение – круг. Если главный лепесток имеет разные размеры в разных плоскостях, сравнивать нужно площадь сферы и площадь сечения ею главного лепестка.
• КЗД – отношение принятой на главный лепесток мощности сигнала к сумме мощностей помех на той же частоте, принятой всеми побочными (задним и боковыми) лепестками.

Примечания:

1. Если антенна диапазонная, мощности считаются на частоте полезного сигнала.
2. Поскольку совершенно ненаправленных антенн не бывает, за такую принимают полуволновой линейный диполь, ориентированный по направлению электрического вектора поля (по его поляризации). Его КУ считается равным 1. ТВ программы передаются с горизонтальной поляризацией.

Следует помнить, что КУ и КНД не обязательно взаимосвязаны. Есть антенны (напр. «шпионская» – однопроводная антенна бегущей волны, АБВ) с высокой направленностью, но единичным или меньшим усилением. Такие смотрят вдаль как бы сквозь диоптрический прицел. С другой стороны, существуют антенны, напр. Z-антенна, у которых невысокая направленность сочетается со значительным усилением.

О тонкостях изготовления

Все элементы антенн, по которым протекают токи полезного сигнала (конкретно – в описаниях отдельных антенн), должны соединяться между собой пайкой или сваркой. В любом сборном узле на открытом воздухе электрический контакт скоро нарушится, и параметры антенны резко ухудшатся, вплоть до полной ее негодности.

Особенно это касается точек нулевого потенциала. В них, как говорят специалисты, наблюдается узел напряжения и пучность тока, т.е. его наибольшее значение. Ток при нулевом напряжении? Ничего удивительного. Электродинамика ушла от закона Ома на постоянном токе так же далеко, как Т-50 от воздушного змея.

Места с точками нулевого потенциала для цифровых антенн лучше всего выполнять гнутыми из цельного металла. Небольшой «ползучий» ток на сварке при приеме аналога на картинке, скорее всего, не скажется. Но, если принимается цифра на границе шумов, то тюнер из-за «ползучки» может не увидеть сигнала. Который при чистом токе в пучности дал бы стабильный прием.

О пайке кабеля

Оплетка (да и центральная жила нередко) современных коаксиальных кабелей делаются не из меди, а из стойких к коррозии и недорогих сплавов. Паяются они плохо и, если долго греть, можно пережечь кабель. Поэтому паять кабели нужно 40-Вт паяльником, легкоплавким припоем и с флюс-пастой вместо канифоли или спиртоканифоли. Пасты жалеть не нужно, припой сразу же растекается по жилкам оплетки только под слоем кипящего флюса.

Виды антенн

Всеволновая

Всеволновая (точнее, частотнонезависимая, ЧНА) антенна показана на рис. Она – две треугольных металлических пластинки, две деревянных рейки, да много медных эмалированных проволок. Диаметр проволоки значения не имеет, а расстояние между концами проволок на рейках – 20-30 мм. Зазор между пластинами, к которым припаяны другие концы проволок – 10 мм.

Примечание: вместо двух металлических пластин лучше взять квадрат из одностороннего фольгированного стеклотекстолита в вырезанными по меди треугольниками.

Ширина антенны равна ее высоте, угол раскрыва полотен – 90 градусов. Схема прокладки кабеля показана там же на рис. Точка, отмеченная желтым – точка квази-нулевого потенциала. Припаивать в ней оплетку кабеля к полотну не нужно, достаточно туго подвязать, для согласования хватит емкости между оплеткой и полотном.

ЧНА, растянутая в окне шириной 1,5 м, принимает все метровые и ДЦМ каналы почти со всех направлений, кроме провала около 15 градусов в плоскости полотна. В этом ее преимущество в местах, где возможен прием сигналов от разных телецентров, не нужно вращать. Недостатки – единичный КУ и нулевой КЗД, поэтому в зоне действия помех и вне зоны уверенного приема ЧНА не годится.

Примечание : есть и другие типы ЧНА, напр. в виде двухвитковой логарифимической спирали. Она компактнее ЧНА из треугольных полотен в том же диапазоне частот, поэтому иногда используется в технике. Но в быту это преимуществ не дает, сделать спиральную ЧНА сложнее, с коаксиальным кабелем согласовать труднее, поэтому не рассматриваем.

На основе ЧНА был создан очень популярный когда-то веерный вибратор (рога, рогулька, рогатка), см. рис. Его КНД и КЗД что-то около 1,4 при довольно гладкой АЧХ и линейной ФЧХ, так что для цифры он подошел бы и сейчас. Но – работает только на МВ (1-12 каналы), а цифровое вещание идет на ДМВ. Впрочем, на селе, при подъеме на 10-12 м, может сгодиться для приема аналога. Мачта 2 может быть из любого материала, но крепежные планки 1 – из хорошего ненамокающего диэлектрика: стеклотекстолита или фторопласта толщиной не менее 10 мм.

Пивная всеволновка

Всеволновая антенна из пивных банок явно не плод похмельных галлюцинаций спившегося радиолюбителя. Это действительно очень хорошая антенна на все случаи приема, нужно только сделать ее правильно. Причем исключительно простая.

В основе ее конструкции следующее явление: если увеличивать диаметр плеч обычного линейного вибратора, то рабочая полоса его частот расширяется, а прочие параметры остаются неизменными. В дальней радиосвязи с 20-х годов используется т.наз. диполь Надененко, основанный на этом принципе. А пивные банки по размерам как раз подходят в качестве плеч вибратора на ДМВ. В сущности, ЧНА и есть диполь, плечи которого неограниченно расширяются до бесконечности.

Простейший пивной вибратор из двух банок годится для комнатного приема аналога в городе даже без согласования с кабелем, если его длина не более 2 м, слева на рис. А если собрать из пивных диполей вертикальную синфазную решетку с шагом в полволны (справа на рис.), согласовать ее и отсимметрировать с помощью усилителя от польской антенны (о нем речь еще пойдет), то благодаря сжатию главного лепестка ДН по вертикали такая антенна даст и хороший КУ.

Усиление «пивнухи» можно еще увеличить, добавив заодно КЗД, если сзади нее поместить экран из сетки на расстоянии, равном половине шага решетки. Монтируется пивная решетка на мачте из диэлектрика; механические связи экрана с мачтой – тоже диэлектрические. Остальное ясно из след. рис.

Примечание: оптимальное количество этажей решетки – 3-4. При 2-х выигрыш в усилении будет небольшим, а большее трудно согласовать с кабелем.

Видео: изготовление простейшей антенны из пивных банок

«Логопедка»

Логопериодическая антенна (ЛПА) представляет собой собирающую линию, к которой попеременно подключаются половинки линейных диполей (т.е. куски проводника длиной в четверть рабочей волны), длина и расстояние между которыми меняются в геометрической прогрессии с показателем меньше 1, в центре на рис. Линия может быть как настроенной (с КЗ на противоположном от места подключения кабеля конце), так и свободной. ЛПА на свободной (ненастроенной) линии для приема цифры предпочтительнее: она выходит длиннее, но ее АЧХ и ФЧХ гладкие, а согласование с кабелем не зависит от частоты, поэтому на ней мы и остановимся.

ЛПА может быть изготовлена на любой, до 1-2 ГГц, наперед заданный диапазон частот. При изменении рабочей частоты ее активная область из 1-5 диполей смещается вперед-назад по полотну. Поэтому, чем ближе показатель прогрессии к 1, и соответственно меньше угол раскрыва антенны, тем большее усиление она даст, но при этом возрастает ее длина. На ДМВ от наружной ЛПА можно добиться 26 дБ, а от комнатной – 12 дБ.

ЛПА, можно сказать, по совокупности качеств идеальная цифровая антенна , поэтому остановимся на ее расчете несколько подробнее. Основное, что нужно знать, что увеличение показателя прогрессии (тау на рис.) дает прирост усиления, а уменьшение угла раскрыва ЛПА (альфа) увеличивает направленность. Экран для ЛПА не нужен, он на ее параметры почти не влияет.

Расчет цифровой ЛПА имеет особенности:

1. Начинают его, ради запаса по частоте, со второго по длине вибратора.
2. Затем, взяв обратную величину от показателя прогрессии, рассчитывают самый длинный диполь.
3. После самого короткого, исходя из заданного диапазона частот, диполя, добавляют еще один.

Поясним на примере. Допустим, наши цифровые программы лежат в диапазоне 21-31 ТВК, т.е. в 470-558 МГц по частоте; длины волн соответственно – 638-537 мм. Также допустим, что нам нужно принимать слабый зашумленный сигнал вдали от станции, поэтому берем максимальный (0,9) показатель прогрессии и минимальный (30 градусов) угол раскрыва. Для расчета понадобится половина угла раскрыва, т.е. 15 градусов в нашем случае. Раскрыв можно еще уменьшить, но длина антенны непомерно, по котангенсу, возрастет.

Считаем В2 на рис: 638/2 = 319 мм, а плечи диполя будут по 160 мм, до 1 мм можно округлять. Расчет нужно будет вести, пока не получится Bn = 537/2 = 269 мм, и затем просчитать еще один диполь.

Теперь считаем А2 как В2/tg15 = 319/0,26795 = 1190 мм. Затем, через показатель прогрессии, А1 и В1: А1 = А2/0,9 = 1322 мм; В1 = 319/0,9 = 354,5 = 355 мм. Далее последовательно, начиная с В2 и А2, умножаем на показатель, пока не дойдем до 269 мм:

• В3 = В2*0,9 = 287 мм; А3 = А2*0,9 = 1071 мм.
• В4 = 258 мм; А4 = 964 мм.

Стоп, у нас уже меньше 269 мм. Проверяем, уложимся ли по усилению, хотя и так ясно, что нет: чтобы получить 12 дБ и более, расстояния между диполями не должны превышать 0,1-0,12 длины волны. В данном случае имеем для В1 А1-А2 = 1322 – 1190 = 132 мм, а это 132/638 = 0,21 длины волны В1. Нужно «подтянуть» показатель к 1, до 0,93-0,97, вот и пробуем разные, пока первая разница А1-А2 не сократится вдвое и более. Для максимума в 26 дБ нужно расстояние между диполями в 0,03-0,05 длины волны, но не менее 2-х диаметров диполя, 3-10 мм на ДМВ.

Примечание: остаток линии за самым коротким диполем, обрезаем, он нужен только для расчета. Поэтому реальная длина готовой антенны получится всего около 400 мм. Если наша ЛПА наружная, это очень хорошо: можно уменьшить раскрыв, получив большую направленность и защиту от помех.

Видео: антенна для цифрового ТВ DVB T2

О линии и мачте

Диаметр трубок линии ЛПА на ДМВ – 8-15 мм; расстояние между их осями – 3-4 диаметра. Учтем еще, что тонкие кабели-«шнурки» дают на ДМВ такое затухание на метр, что все антенно-усилительные ухищрения сойдут на нет. Коаксиал для наружной антенны нужно брать хороший, диаметром по оболочке от 6-8 мм. Т.е., трубки для линии должны быть тонкостенными цельнотянутыми. Подвязывать кабель к линии снаружи нельзя, качество ЛПА резко упадет.

Крепить наружную ЛПА к мачте нужно, разумеется, за центр тяжести, иначе малая парусность ЛПА превратится в огромную и трясущуюся. Но соединять металлическую мачту прямо с линией тоже нельзя: нужно предусмотреть диэлектрическую вставку не менее 1,5 м длиной. Качество диэлектрика большой роли тут не играет, пойдет проолифленное и покрашенное дерево.

Об антенне «Дельта»

Если ДМВ ЛПА согласуется с кабелем усилителем (см. далее, о польских антеннах), то к линии можно пристроить плечи метрового диполя, линейные или веерные, как у «рогатки». Тогда получим универсальную МВ-ДМВ антенну отличного качества. Такое решение использовано в популярной антенне «Дельта», см. рис.

Антенна «Дельта»

Зигзаг в эфире

Z-антенна с рефлектором дает усиление и КЗД такие же, как ЛПА, но главный лепесток ее ДН более чем вдвое шире по горизонтали. Это может быть важно на селе, когда есть прием ТВ с разных направлений. А дециметровая Z-антенна имеет небольшие в плане размеры, что существенно для комнатного приема. Но ее рабочий диапазон теоретически не безграничен, перекрытие по частоте при сохранении приемлемых для цифры параметров – до 2,7.

Конструкция Z-антенны МВ показана на рис; красным выделен путь прокладки кабеля. Там же слева внизу – более компактный кольцевой вариант, в просторечии – «паук». По нему хорошо видно, что Z-антенна родилась как комбинация ЧНА с диапазонным вибратором; есть в ней кое-что и от ромбической антенны, которая в тему не вписывается. Да, кольцо «паука» не обязательно должно быть деревянным, это может быть обруч из металла. «Паук» принимает 1-12 МВ каналы; ДН без рефлектора – почти круговая.

Классический же зигзаг работает или на 1-5, или на 6-12 каналах, но для его изготовления нужны только деревянные рейки, медный эмалированный провод c d = 0,6-1,2 мм да несколько обрезков фольгированного стеклотекстолита, поэтому даем размеры, через дробь для 1-5/6-12 каналов: А = 3400/950 мм, Б, С = 1700/450 мм, b = 100/28 мм, В = 300/100 мм. В точке Е – нулевой потенциал, здесь нужно оплетку спаять с металлизированной опорной пластиной. Размеры рефлектора, тоже 1-5/6-12: А = 620/175 мм, Б = 300/130 мм, Г = 3200/900 мм.

Диапазонная Z-антенна с рефлектором дает усиление в 12 дБ, настроенная на один канал – 26 дБ. Чтобы на основе диапазонного зигзага построить одноканальный, нужно взять сторону квадрата полотна по середине ее ширины в четверть длины волны и пересчитать пропорционально все прочие размеры.

Народный зигзаг

Как видим, Z-антенна МВ – довольно сложное сооружение. Но ее принцип показывает себя во всем блеске на ДМВ. Z-антенну ДМВ с емкостными вставками, сочетающая в себе достоинства «классики» и «паука», сделать настолько просто, что она еще в СССР заслужила звание народной, см. рис.

Материал – медная трубка или алюминиевый лист толщиной от 6 мм. Боковые квадратики цельные из металла или затянутые сеткой, или закрытые жестянкой. В двух последних случаях их нужно пропаять по контуру. Коаксиал резко гнуть нельзя, поэтому ведем его так, чтобы он дошел до бокового угла, а затем не выходил за пределы емкостной вставки (бокового квадратика). В т. А (точка нулевого потенциала) оплетку кабеля электрически соединяем с полотном.

Примечание: алюминий не паяется обычными припоями и флюсами, поэтому алюминиевая «народная» годится для наружной установки только после герметизации электрических соединений силиконом, в ней ведь все на винтах.

Видео: пример двойной треугольной антенны

Волновой канал

Антенна волновой канал (АВК), или антенна Удо-Яги из доступных для самостоятельного изготовления способна дать наибольшие КУ, КНД и КЗД. Но принимать цифру на ДМВ она может только на 1 или 2-3 соседних каналах, т.к. относится к классу остро настроенных антенн. Ее параметры за пределами частоты настройки резко ухудшаются. АВК рекомендуется применять с очень плохих условиях приема, причем для каждого ТВК делать отдельную. К счастью, это не очень сложно – АВК проста и дешева.

В основе работы АВК – «сгребание» электромагнитного поля (ЭМП) сигнала к активному вибратору. Внешне небольшая, легкая, с минимальной парусностью, АВК может иметь эффективную апертуру в десятки длин волн рабочей частоты. Укороченные и поэтому имеющие емкостный импеданс (полное сопротивление) директоры (направители) направляют ЭМП к активному вибратору, а рефлектор (отражатель), удлиненный, с индуктивным импедансом, отбрасывает к нему то, что проскочило мимо. Рефлектор в АВК нужен всего 1, но директоров может быть от 1 до 20 и более. Чем их больше, тем выше усиление АВК, но уже полоса ее частот.

От взаимодействия с рефлектором и директорами волновое сопротивление активного (с которого снимается сигнал) вибратора падает тем больше, чем ближе к максимуму усиления настроена антенна, и согласование с кабелем теряется. Поэтому активный диполь АВК делают петлевым, его исходное волновое сопротивление не 73 Ом, как у линейного, а 300 Ом. Ценой его снижения до 75 Ом АВК с тремя директорами (пятиэлементную, см. рис. справа) удается настроить почти что на максимум усиления в 26 дБ. Характерная для АВК ДН в горизонтальной плоскости приведена на рис. в начале статьи.

Элементы АВК соединяются со стрелой в точках нулевого потенциала, поэтому мачта и стрела могут быть любыми. Очень хорошо подходят пропиленовые трубы.

Расчет и настройка АВК под аналог и цифру несколько различны. Под аналог волновой канал нужно рассчитывать на несущую частоту изображения Fи, а под цифру – на середину спектра ТВК Fс. Почему так – здесь объяснять, к сожалению, нет места. Для 21-го ТВК Fи = 471,25 МГц; Fс = 474 МГц. ДМВ ТВК расположены вплотную друг к другу через 8 МГц, поэтому их настроечные частоты для АВК рассчитываются просто: Fn = Fи/Fс(21 ТВК) + 8(N – 21), где N – номер нужного канала. Напр. для 39 ТВК Fи = 615,25 МГц, а Fс = 610 МГц.

Чтобы не записывать множество цифр, удобно размеры АВК выражать в долях длины рабочей волны (она считается как Л = 300/F, МГц). Длину волны принято обозначать малой греческой буквой лямбда, но, поскольку в интернете греческого алфавита по умолчанию нет, мы условно обозначим ее большой русской Л.

Размеры оптимизированной под цифру АВК, по рис., таковы:

• Р = 0,52Л.
• В = 0,49Л.
• Д1 = 0,46Л.
• Д2 = 0,44Л.
• Д3 = 0,43л.
• a = 0,18Л.
• b = 0,12Л.
• c = d = 0,1Л.

Если не нужно большого усиления, но важнее уменьшение габаритов АВК, то Д2 и Д3 можно убрать. Все вибраторы выполняются из трубки или прутка диаметром 30-40 мм для 1-5 ТВК, 16-20 мм для 6-12 ТВК и 10-12 мм на ДМВ.

АВК требует точного согласования с кабелем. Именно небрежным выполнением устройства согласования и симметрирования (УСС) объясняется большинство неудач любителей. Самое простое УСС для АВК – U-петля из того же коаксиального кабеля. Ее конструкция ясна из рис. справа. Расстояние между сигнальными клеммами 1-1 140 мм для 1-5 ТВК, 90 мм для 6-12 ТВК и 60 мм на ДМВ.

Теоретически длина колена l должна быть в половину длины рабочей волны, так и значится в большинстве публикаций в интернете. Но ЭМП в U-петле сосредоточено внутри заполненного изоляцией кабеля, поэтому нужно обязательно (для цифры – особенно обязательно) учитывать его коэффициент укорочения. Для 75-омных коаксиалов он колеблется в пределах 1,41-1,51, т.е. l нужно брать от 0,355 до 0,330 длины волны, и брать точно, чтобы АВК была АВК, а не набором железок. Точное значение коэффициента укорочения всегда есть в сертификате на кабель.

В последнее время отечественная промышленность начала выпускать перенастраиваемые АВК для цифры, см. рис. Идея, надо сказать, отличная: передвигая элементы по стреле, можно точно настроить антенну под местные условия приема. Лучше, конечно, чтобы это делал специалист – поэлементная настройка АВК взаимозависима, и дилетант непременно запутается.

О «полячках» и усилителях

У многих пользователей польские антенны, ранее прилично принимавшие аналог, цифру брать отказываются – рвется, а то и вовсе пропадает. Причина, прошу прощения, похабно-коммерческий подход к электродинамике. Стыдно порой бывает за коллег, сляпавших такое «чудо»: АЧХ и ФЧХ похожи то ли на ежа-псориазника, то ли лошадиный гребень с выломанными зубьями.

Единственно, что хорошо в «полячках» – их усилители для антенны. Собственно, они и не дают сим изделиям бесславно помереть. Усилители «поячек», во-первых, широкополосные малошумящие. И, что еще важнее – с высокоомным входом. Это позволяет при той же напряженности ЭМП сигнала в эфире подать на вход тюнера в несколько раз большую его мощность, что дает возможность электронике «выдрать» цифру из совсем уж безобразных шумов. Кроме того, вследствие большого входного сопротивления польский усилитель – идеальное УСС для любых антенн: что ни цепляй ко входу, на выходе – точно 75 Ом без отраженки и ползучки.

Однако при очень плохом сигнале, вне зоны уверенного приема, польский усилитель уже не тянет. Питание на него подается по кабелю, и развязка по питанию отнимает 2-3 дБ отношения сигнал/шум, которых может как раз и не хватить, чтобы цифра пошла в самой глубинке. Тут нужен хороший усилитель ТВ сигнала с раздельным питанием. Располагаться он будет, скорее всего, возле тюнера, а УСС для антенны, если оно требуется, придется делать отдельно.

Схема такого усилителя, показавшая почти 100% повторяемость даже при выполнении начинающими радиолюбителями, приведена на рис. Регулировка усиления – потенциометром Р1. Дроссели развязки L3 и L4 – стандартные покупные. Катушки L1 и L2 выполняются по размерам на монтажной схеме справа. Они входят в состав полосовых фильтров сигнала, поэтому небольшие отклонения их индуктивности не критичны.

Несмотря на бурное развитие спутникового и кабельного телевидения, прием эфирного телевещания все еще остается актуальным, например, для мест сезонного проживания. Совсем не обязательно для этой цели покупать готовое изделие, домашняя дециметровая (ДМВ) антенна может быть собрана своими руками. Прежде чем переходить к рассмотрению конструкций, кратко расскажем, почему выбран именно этот диапазон телевизионного сигнала.

Почему именно ДМВ?

Есть две весомые причины, чтобы остановить свой выбор на конструкциях этого типа:

1. Все дело в том, что большинство каналов транслируется в этом диапазоне, поскольку упрощается конструкция ретрансляторов, а это дает возможность установить большее число необслуживаемых маломощных передатчиков и тем самым расширить зону покрытия.
2. Для трансляции «цифры» выбран этот диапазон.

Комнатная антенна для ТВ «Ромб»

Эта простая, но, в то же время, надежная конструкция, была одной из самых распространенных в эпоху расцвета эфирного телевещания.

Рис. 1. Простейшая самодельная Z-антенна, известная под названиями: «Ромб», «Квадрат» и «Народный зигзаг»

Как видно из эскиза (B рис. 1), устройство представляет собой упрощенный вариант классического зигзага (Z-конструкции). Для увеличения чувствительности, ее рекомендуется оборудовать емкостными вставками («1» и «2»), а также рефлектором («А» на рис.1). Если уровень сигнала вполне приемлем, делать это не обязательно.

В качестве материала можно использовать алюминиевые, медные, а также латунные трубки или полосы шириной 10-15 мм. Если планируется устанавливать конструкцию на улице, то лучше отказаться от алюминия, поскольку он подвержен коррозии. Емкостные вставки изготавливаются из фольги, жести или металлической сетки. После установки, они пропаиваются по контуру.

Кабель укладывается так, как продемонстрировано на рисунке, а именно: не имел резких изгибов и не покидал пределов боковой вставки.

Дециметровая антенна с усилителем

В местах, где в относительной близости не расположена мощная ретрансляционная башня, можно поднять уровень сигнала до приемлемого значения при помощи усилителя. Ниже представлена принципиальная схема устройства, которое может использоваться практически с любой антенной.

Рис. 2. Схема антенного усилителя для ДМВ диапазона

Перечень элементов:

• Резисторы: R1 – 150 кОм; R2 – 1 кОм; R3 – 680 Ом; R4 – 75 кОм.
• Конденсаторы: С1 – 3,3 пФ; С2 – 15 пФ; С3 – 6800 пФ; С4, С5, С6 – 100 пФ.
• Транзисторы: VT1, VT2 – ГТ311Д (можно заменить на: KT3101, KT3115 и KT3132).

Индуктивность: L1 – представляет собой бескаркасную катушку диаметром 4 мм, намотанную медным проводом Ø 0,8 мм (необходимо сделать 2,5 витка); L2 и L3 – высокочастотные дроссели 25 мкГн и 100 мкГн, соответственно.

Если схема собрана правильно, мы получим усилитель со следующими характеристиками:

• полоса пропускания от 470 до 790 МГц;
• коэффициенты усиления и шума – 30 и 3 дБ, соответственно;
• величина выходного и входного сопротивления устройства соответствует кабелю RG6 – 75 Ом;
• устройство потребляет порядка 12-14 мА.

Обратим внимание на способ подачи питания, оно осуществляется непосредственно по кабелю.

Данный усилитель может работать с самыми простыми конструкциями, сделанными из подручных средств.

Комнатная антенна из пивных банок

Несмотря на необычность конструкции, она вполне работоспособна, поскольку представляет собой классический диполь, тем более, что размеры стандартной банки отлично подходят для плеч вибратора дециметрового диапазона. Если устройство установлено в комнате, то в этом случае даже не обязательно согласование с кабелем, при условии, что он не будет длиннее двух метров.

Обозначения:

• А – две банки объемом 500 мг (если взять жестяные, а не алюминиевые, то можно припаять кабель, а не использовать саморезы).
• B – места крепления экранирующей оплетки кабеля.
• С – центральная жила.
• D – место крепления центральной жилы
• E – кабель, идущий от телевизора.

Плечи этого экзотического диполя необходимо закрепить на держателе, сделанного из любого изоляционного материала. В качестве такового можно использовать подручные вещи, например, пластиковую вешалку для одежды, перекладину швабры или кусок деревянного бруса соответствующих размеров. Расстояние между плечами от 1 до 8 см (подбирается эмпирическим путем).

Основные преимущества конструкции – быстрое изготовление (10 – 20 минут) и вполне приемлемое качество «картинки», при условии достаточной мощности сигнала.

Делаем антенну из медной проволоки

Существует конструкция, значительно проще предыдущего варианта, для которой потребуется только кусок медной проволоки. Речь идет о рамочной петлевой антенне узкого диапазона. Такое решение имеет несомненные преимущества, поскольку помимо своего основного назначения, устройство играет роль селективного фильтра, снижающего помехи, что позволяет уверенно принимать сигнал.

Рис.4. Простая рамочная ДМВ антенна петлевого типа для приема цифрового ТВ

Для данной конструкции необходимо рассчитать длину петли, чтобы сделать это, нужно узнать частоту «цифры» для вашего региона. Например, в Санкт-Петербурге она транслируется на 586 и 666 МГц. Формула расчета будет следующей: L R = 300/f, где L R – это длина петли (результат представлен в метрах), а f – усредненный частотный диапазон, для Питера это значение будет равно 626 (сумма 586 и 666, деленная на 2). Теперь рассчитываем L R , 300/626 = 0,48, значит, длина петли должна быть 48 сантиметров.

Если взять толстый RG-6 кабель, где имеется фольга в оплетке, то его можно использовать вместо медной проволоки для изготовления петли.

Теперь расскажем, как собирается конструкция:

• Отмеряется и отрезается кусок медной проволоки (или RG6 кабеля) длиной, равной L R .
• Сворачивается петля подходящего диаметра, после чего к ее концам припаивается кабель, идущий к ресиверу. Если вместо медной проволоки используется RG6, то предварительно снимается изоляция с его концов, примерно на 1-1,5 см (центральную жилу очищать не надо, она в процессе не участвует).
• Петля устанавливается на подставку.
• На кабель к ресиверу накручивается F разъем (штекер).

Заметим, несмотря на простоту конструкции, она наиболее эффективна для приема «цифры», при условии, что правильно проведены расчеты.

Комнатная антенна МВ и ДМВ своими руками

Если помимо ДМВ есть желание принимать и МВ, можно собрать простую мультиволновку, ее чертеж с размерами представлен ниже.

Для усиления сигнала в данной конструкции используется готовый блок SWA 9, если возникли проблемы с его приобретением, можно использовать самодельное устройство, схема которого была приведена выше (см. рис. 2).

Важно соблюдать угол между лепестками, выход за пределы указанного диапазона существенно отражается на качестве «картинки».

Несмотря на то, что такое устройство значительно проще логопериодической конструкции с волновым каналом, тем не менее, оно показывает неплохие результаты, если сигнал достаточной мощности.

Антенна восьмерка для цифрового ТВ своими руками

Рассмотрим еще один распространенный вариант конструкции для приема «цифры». В основу положена классическая схема для ДМВ диапазона, из-за своей формы получившей название «Восьмерка» или «Зигзаг».

Рис. 6. Эскиз и реализация цифровой восьмерки

Размеры конструкции:

• внешние стороны ромба (А) – 140 мм;
• внутренние стороны (В) – 130 мм;
• расстояние до рефлектора (С) – от 110 до 130 мм;
• ширина (D) – 300 мм;
• шаг между прутьями (Е) – от 8 до 25 мм.

Место подключения кабеля в точках 1 и 2.Требования к материалу такие же, как у конструкции «Ромб», о которой рассказывалось в начале статьи.

Самодельная антенна для DBT T2

Собственно, все перечисленные выше примеры способны принимать DBT T2, но для разнообразия приведем эскиз еще одной конструкции, называемой в народе «Бабочка».

В качестве материала можно использовать пластины из меди, латуни, алюминия или дюрали. Если конструкцию планируется устанавливать на улице, то последние два варианта не подходят.

Итог: на каком варианте остановиться?

Как ни странно, но самый простой вариант наиболее действенный, поэтому «петля» лучше всего подходит для приема «цифры» (рис. 4). Но, если требуется принимать и другие каналы в дециметровом диапазоне, то лучше остановиться на «Зигзаге» (рис. 6).

Антенна для телевизора должна быть направлена в сторону ближайшего активного ретранслятора, чтобы выбрать нужное положение, следует вращать конструкцию, пока мощность сигнала не станет удовлетворительной.

Если, не смотря на наличие усилителя и рефлектора, качество «картинки» оставляет желать лучшего, можно попробовать установить конструкцию на мачту.

В этом случае необходимо обязательно установить молниезащиту, но это уже тема другой статьи.

Если вы хотите принимать цифровой сигнал за пределами города, вам будет полезно знать информацию о структуре цифровой сети РТРС. Прежде всего надо понимать, что количество цифровых передатчиков, транслирующих телевидение в формате DVB-T2, значительно больше, чем классических аналоговых. Ранее жители районов, удаленных от больших городов, направляли свои антенны в сторону крупных населенных пунктов, в которых находились передающие телебашни. Теперь же телевизионный ретранслятор может находиться гораздо ближе к телезрителю, чем ранее.

Метровый и дециметровый диапазоны

На первом рисунке изображена ситуация, когда принимается аналоговый сигнал с телецентра. Прямой видимости нет, его закрывает холм, поэтому антенна поднята как можно выше и принимает в основном волны метрового диапазона. Возможно вы помните из курса школьной физике, что чем длиннее волна, тем лучше её способность огибать препятствия. Именно поэтому в условиях, изображенных на первом рисунке, некоторые аналоговые каналы будет ловиться хорошо, а другие совсем плохо. Более-менее нормально в такой ситуации можно принимать метровый диапазон (изображен оранжевым цветом), дециметровые волны (ДМВ) проходят значительно хуже. Такая же ситуация происходит при отсутствии явных препятствий, но при большом удалении приемной антенны от источника телесигнала.

Прием цифрового телевидения

В аналоговом телевидении часть каналов находится в метровом диапазоне, а часть в дециметровом. Поэтому жители глубинка раньше смотрели гораздо меньше каналов, чем жители городов. Цифровое эфирное телевидение, за редким исключением, всегда транслируется на дециметровых волнах. Поэтому, для обеспечения максимального покрытия сети РТРС установила много новых передатчиков, но транслируют они только цифровой сигнал . На рисунке снизу красным изображена новая цифровая вышка DVB-T2, поэтому жителю коричневого домика следует развернуть антенну на эту вышку, если он хочет смотреть цифровые каналы. А если вышка находится совсем недалеко, то и поднимать антенну высоко уже нет смысла. В некоторых случаях даже проще купить новую недорогую комнатную антенну, чем возиться со старой, тем более что со временем утрачивают свои свойства как кабель, так и сама антенна.

ДМВ-терапия - лечебная методика, основанная на применении электромагнитных волн дециметрового диапазона. Микротоки глубоко проникают в ткани и органы, влияя на протекающие в них физиологические процессы.

Как действует

В организме поглощенная электромагнитная энергия преобразуется в тепловую. Выделение тепла в облучаемых областях достигает максимума на 10-15 минуте терапии, затем прекращается. Наибольшему нагреванию подвергаются ткани и органы, богатые водой (кровь, лимфа, легкие, мышцы). Их температура может подниматься на 3-4 градуса. В меньшей степени прогреваются кожа и жировые отложения.

Под влиянием тепла в тканях расширяются мелкие сосуды, усиливаются обменные процессы. Снижение сосудистого сопротивления приводит к улучшению кровообращения и благотворно отражается на работе сердечной мышцы. У пациентов повышается сократительная активность миокарда, усиливается кровоснабжение всех, в том числе ишемизированных, участков сердца. Немного снижается артериальное давление.

Прогревание мышц способствует устранению спастических состояний. Происходит высвобождение зажатых спазмированными волокнами сосудов и нервов. Такой эффект проявляется ослаблением болевых синдромов и восстановлением нормальной работы органов.

Вследствие расширения бронхов более глубоким становится дыхание. Облегчается состояние больных с бронхиальной астмой, купируется астматический статус.

Установлено, что под влиянием дециметровых волн также усиливаются функции эндокринных желез. В первую очередь это касается надпочечников и щитовидной железы. В надпочечниках повышается образование глюкокортикоидов, блокирующих развитие в организме воспалительных процессов. Деятельность щитовидной железы может усиливаться или подавляться в зависимости от исходного состояния органа.

В целом прохождение курса ДМВ-терапии позволяет пациентам избавиться от болевых ощущений, улучшить общее самочувствие и восстановить нарушенную вследствие заболевания функциональную активность.

Показания и противопоказания

ДМВ-терапия поможет уменьшить боль в спине или суставах.

Основаниями для назначения процедур могут служить:

• корешковые синдромы;
• артрозы;
• артриты (в том числе ревматоидный);
• бронхиальная астма (вне стадии обострения);
• хроническая или острая пневмония;
• состояния после инфаркта миокарда (к лечению приступают не ранее, чем через 30 дней после приступа);
• стенокардия напряжения 1 степени;
• порок митрального клапана сердца;
• атеросклероз;
• язвенная болезнь пищеварительного тракта;
• воспалительные заболевания ЖКТ (гастрит, дуоденит, колит и др.);
• почечные или печеночные колики;
• спазмы мочеточников;
• почечная или печеночная недостаточность;
• дыхательная недостаточность;
• болезнь Рейно;
• искривления позвоночника;
• климактерические расстройства;
• вегетососудистая дистония;
• фурункулез;
• паркинсонизм.

Противопоказано ДМВ-лечение при следующих состояниях:

• нарушения свертываемости крови;
• онкологические заболевания;
• кровотечения;
• открытая форма туберкулеза;
• наличие кардиостимулятора;
• эпилепсия;
• стеноз желудочного клапана (при язвенной болезни);
• тиретоксикоз;
• стенокардия покоя;
• артериальная гипертония выше 2 степени;
• ишемическая болезнь 2-3 степени.

При беременности запрещены воздействия на область живота.

Порядок проведения процедур

Процедура проводится в положении лежа или сидя. Перед ее началом больного просят снять с себя все металлические украшения. Оголяют только ту область, которая подлежит электромагнитному облучению.

ДМВ-излучатели прижимают непосредственно к коже (контактная методика) или располагают на расстоянии 3-4 см от тела (дистантная методика). При полостной методике излучатель стерилизуют и вводят в прямую кишку или влагалище.

Процедуру дозируют по выходной мощности микротоков и ощущениям больного. При контактной и полостной методике мощность не должна превышать 10 Вт, при дистантной - 20 Вт. Пациент должен чувствовать только умеренное тепло. При возникновении неприятных ощущений потоки энергии снижают.

Процедура длится 8-15 минут. После ее завершения больного просят отдохнуть еще 20 минут. Сеансы проводятся ежедневно или через день. На курс назначают 5-12 процедур. Повторную терапию рекомендуют не ранее, чем через 2 месяца.

Облучение дециметровыми волнами хорошо сочетается с , и . Совмещение методик позволяет повысить эффективность лечения и продлить период ремиссии заболевания.

Электромагнитные волны, используемые для радио- и телевещания, модулируются сигналами передаваемых программ. При радиовещании эти сигналы состоят из звуков, а при телевещании – из звуков и изображений. Радиостанции по методу модуляции обычно делят на АМ и ЧМ, но тип передаваемого программного материала от метода модуляции не зависит.

Большинство вещательных передач рассчитано на широкие массы населения в конкретной зоне обслуживания страны, где расположена передающая станция; другие станции обеспечивают вещание через государственные границы. Станции, предназначенные для международного вещания, обычно размещают в приграничных зонах; они вещают на высоких уровнях мощности или с ретрансляцией через спутник. См . СПУТНИК СВЯЗИ .

Некоторые телевизионные программы предназначаются только для подписавшихся на них абонентов. Подобные программы передаются по кабельным сетям или по наземным линиям микроволнового диапазона, а также с использованием кодирования; такое вещание называют адресным. См . СВЕРХВЫСОКИХ ЧАСТОТ ДИАПАЗОН .

Упомянутые выше системы вещания являются односторонними; в них не предусмотрены возможности для того, чтобы слушатель или зритель мог сообщить свое мнение. Большинство систем радиосвязи, напротив, относятся к числу двусторонних, т.е. рассчитаны на обмен сообщениями. См . РАЦИЯ ДЛЯ ПЕРСОНАЛЬНОЙ И СЛУЖЕБНОЙ РАДИОСВЯЗИ .

Частотный спектр вещания.

В соответствии с международными соглашениями для наземного вещания выделено несколько частотных диапазонов. Их распределение показано на рис. 1.

СОГЛАШЕНИЯ И ДОГОВОРА

Международный союз электросвязи ITU разделил земную поверхность на три географических региона (Регион 1 – Европа и Африка; Регион 2 – Новый Свет и Регион 3 – Азия и Австралия). Соглашения, действующие внутри каждого из регионов, касаются распределения и применений частотных полос. Существуют также двусторонние и многосторонние соглашения между соседними странами. Для обсуждения договоров и соглашений периодически проводятся радиоконференции. К числу задач, обычно включаемых в программу радиоконференций, относятся совершенствование распределения спектра частот, выделение частот для нужд новых или усовершенствованных технологий и предоставление услуг. Техническими критериями определяются уровни сигналов, качество и области охвата, а также защита от чрезмерных помех. Процедуры заблаговременного уведомления облегчают процесс гармоничного развития вещания в регионах. При проведении переговоров важное значение обычно имеют политические, военные и коммерческие факторы из-за существующей конкурентной борьбы за частотный спектр, рынки сбыта и т.п.

Географическая зона обслуживания, которая выносится на обсуждение, определяется диапазоном рассматриваемых частот, услугами и расстояниями. Так, например, при обсуждении соглашения по спутниковой связи необходимо участие всех заинтересованных стран мира, тогда как для принятия соглашений о наземном ЧМ- или телевизионном вещании достаточно бывает участия соседних стран. Каждая страна регламентирует внутреннее вещание в соответствии со своими законами и установлениями.

АМ-вещание.

Вещание с амплитудной модуляцией в Регионе 2 осуществляется в соответствии с соглашением о вещании на средних волнах в Новом Свете. По этому соглашению АМ-диапазон лежит между 525 и 1705 кГц, а расстояние между каналами составляет 10 кГц. Передачи на частотах 530 кГц (выделенные для класса C ) ограничены в ночное время уровнем мощности 0,25 кВт, а в дневное – уровнем 1 кВт, чтобы защитить от помех частоту 500 кГц, используемую для передачи международных сигналов бедствия на море. На частотах выше 1600 кГц работает незначительное число станций, что отчасти объясняется тем, что многие приемники не предназначены для работы на таких частотах. Кроме того, большинство вещательных компаний неохотно использует этот участок диапазона из-за присущих ему плохих характеристик распространения.

В Регионе 1 минимальное разнесение каналов по частоте обычно составляет 9 кГц.

Короткие волны.

С окончанием холодной войны в 1990–1991 прекратилось глушение передач, направленных на территории бывшего Советского Союза. Эта перемена уменьшила потребность в выделении дополнительных частотных полос и в частой смене частот, на которых работали радио «Би-Би-Си», «Свободная Европа», «Голос Америки», «Немецкая волна» и другие станции.

ЧМ-радиовещание.

Разнесение каналов в Северной Америке составляет 200 кГц, в Европе 150 кГц. Эффективные мощности излучения обычно много меньше 100 кВт.

Во многих странах действуют нелегальные радиостанции. В Италии, чтобы провести лицензирование и регламентировать работу таких станций, власти выделили много ЧМ-каналов по запросам, что привело к увеличению помех.

Телевещание в метровом и дециметровом диапазонах.

Разнос каналов в этих диапазонах составляет 6 МГц. В Северной Америке цветное телевидение модулируется в соответствии со стандартами NTSC. В большей части стран Региона 1 применяется система PAL. На территории стран СНГ используется SECAM, а в Японии – NTSC. Эти три системы несовместимы; основные различия между ними связаны с процессами модуляции, применяемыми для кодирования и передачи информации о цветности. В настоящее время международными соглашениями предусматривается использование стандартных методов конвертирования.

РАСПРОСТРАНЕНИЕ СИГНАЛОВ

АМ.

Сигналы диапазона средних волн распространяются в дневное и ночное время земной (поверхностной) волной, а ночью – также и ионосферной (пространственной) волной.

Токи, создаваемые горизонтально распространяющимся излучением (поверхностной волной), обычно проникают на глубину до 15 м ниже поверхности земли на частоте 530 кГц и на 1,5 м на частоте 1700 кГц. Если бы верхний слой почвы был идеальным проводником, то затухание сигнала независимо от его частоты было пропорционально пройденному им расстоянию. Морская вода и плодородные земли степей дают близкое к этому затухание сигналов, но вообще земля никогда не ведет себя как идеальный проводник. Затухание увеличивается с частотой и, как правило, на частоте 1700 кГц намного больше, чем на 530 кГц.

Электропроводность измеряется в ммо/м (мОм -1 Чм -1) или в миллисименс/м (мСм/м). Электропроводность, равная 1 ммо/м, считается низкой, 6 ммо/м – средней, а 40 ммо/м – высокой.

При приеме ионосферной волны (в вечерние, ночные и утренние часы) радиоволны вещательного диапазона отражаются по направлению к Земле нестабильным ионизованным слоем E , находящимся на высоте около 100 км над поверхностью Земли. Изменения в условиях отражения вызывают флуктуации, или замирания, меняющиеся во времени. Отраженные пространственные волны возвращаются к Земле на удалении от передатчика 80–1600 км. Однако дальность их распространения может превышать несколько тысяч километров из-за многократных отражений от земли и ионосферы. Сильные замирания возникают, когда сигналы поверхностной и пространственной волн, принимаемые одновременно, сравнимы по амплитуде, но противоположны по фазе, в результате чего происходит их частичное или полное взаимогашение. Этот эффект иллюстрирует рис. 2.

Короткие волны.

Механизм распространения пространственных волн обычно превалирует в коротковолновом диапазоне (3–30 МГц). При этом сигналы различных частот отражаются разными слоями ионосферы по-разному. Уровень принимаемого сигнала зависит от условий его распространения, в том числе от числа отражений, солнечной активности, показателя преломления среды, а также от суточных и сезонных изменений. Эти факторы оказывают решающее влияние на выбор оптимальных рабочих частот. На многих высокочастотных (коротковолновых) станциях в зависимости от времени суток используют разные частоты; их выбирают также с учетом расположения зоны, на которую направлена передача.

Метровый и дециметровый диапазоны.

ЧМ- и ТВ-станции вещания работают на метровых и дециметровых волнах. Передачи на таких частотах не подвержены воздействию статических помех и флуктуациям амплитуды из-за отражений сигналов, а также относительно свободны от замираний. Распространение сигнала происходит преимущественно по линии визирования. Расстояние до радиогоризонта примерно такое же, как до оптического горизонта; далее изменения сигнала увеличиваются из-за касания земли и других потерь. Однако прием обычно бывает удовлетворительным на расстояниях до ~160 км при благоприятном расположении вещательной станции (на возвышенности в сельской или пригородной зоне). Пересеченная местность, деревья и здания вызывают флуктуации сигнала, увеличивающиеся с частотой.

Многочисленные исследования, проводившиеся Канадской вещательной корпорацией и другими организациями, показали, что передающая антенна с круговой поляризацией обычно увеличивает трудности, связанные с многолучевым распространением, особенно в холмистой местности. Единственно, в чем она дает преимущество, – это двукратное увеличение уровня сигнала, принимаемого на гибкие вертикально-штыревые антенны легковых автомобилей. Большие водные бассейны и плоская равнинная местность также отражают сигналы метровых и дециметровых волн. Температурная инверсия и расслаивание атмосферы могут вызывать временное появление направленных потоков (повторная рефракция) над водой и значительно увеличивать (в том числе нежелаемые) сигналы станций, находящихся на удалении в 160–320 км. При других обстоятельствах взаимное гашение сигналов может привести к понижению их уровня.

В результате тропосферного рассеяния сигналы диапазона метровых волн могут распространяться на расстояния, превышающие 1600 км. ТВ-станции, вещающие на «нижних» каналах 2, 3 и 4, особенно подвержены таким сверхдальним скачкам сигналов.

По всем этим причинам выбор частоты вещания, места расположения станции, ее высоты и типа антенны имеет важное значение при проектировании вещательных станций.

ЗОНЫ УВЕРЕННОГО ПРИЕМА

АМ-радиовещание на средних волнах.

Географическая зона, в пределах которой вещательная станция обеспечивает уверенный прием, обычно делится на две части. Для станций АМ-вещания на средних волнах основная зона охвата обслуживается поверхностной волной, создающей поле достаточной интенсивности, чтобы преодолеть фоновый шум и обеспечить приемлемое качество в дневное и ночное время. Кроме того, имеется зона, обслуживаемая пространственными волнами в ночное время.

Напряженность поля.

Напряженность поля, или уровень сигнала, получаемого в каком-то определенном месте, зависит от передаваемой мощности, коэффициента усиления антенны, рабочей частоты, расстояния от передатчика, электропроводности почвы и, возможно, от дополнительного усиления водной поверхностью и другими факторами. Напряженность поля обычно выражается в милливольтах на метр (мВ/м) или в микровольтах на метр (мкВ/м). Сигнал интенсивности 1 мВ/м на небольшой штыревой (гибкой) или ферритовой антенне с действующей высотой 1 м может генерировать напряжение 1 мВ.

Измерения.

Напряженность поля можно оценивать приблизительно, но для получения точных данных необходимы измерения. Съемку карты напряженности поля, создаваемого станцией, выполняют, делая замеры через одинаковые интервалы вдоль прямой линии, начинающейся от передатчика и заканчивающейся в точке, где напряженность поля слишком мала, чтобы при измерении можно было получить надежный результат.

Реальная зона охвата, создаваемая вещательной станцией, оценивается в единицах расстояний или площадей, в пределах которых обеспечиваются приемлемые напряженности поля сигнала.

КВ-радио.

Вещательные станции, работающие на коротких волнах, обычно обслуживают аудиторию как внутри своей страны, так и в других странах. Зона такого обслуживания может простираться на много тысяч километров от передатчика. Это обслуживание ведется с использованием пространственных волн и обычно имеет неравномерный характер вследствие присущих ионосфере изменений ее отражательных характеристик, которые вызывают флуктуации уровней принимаемых сигналов. При средней напряженности поля 0,05 мВ/м в зонах, где препятствий, затрудняющих прием, немного, и при отсутствии чрезмерных помех от наложившегося или соседнего канала обычно достигается приемлемый уровень обслуживания.

Радио- и телевещание в диапазонах метровых и дециметровых волн.

Как отмечалось выше, сигналы этих диапазонов обычно распространяются вдоль линии визирования. Требуемые средние уровни сигналов для этих диапазонов выражаются в децибелах по отношению к уровню 1 мкВ/м или в единицах мВ/м. Во всех случаях оценки или измерения этих уровней производятся на высоте 9 м над поверхностью земли, что обычно соответствует высоте приемной антенны, установленной на крыше частного дома. Диапазоны, уровни и категории обслуживания приведены в таблице. Из таблицы видно, что напряженность поля увеличивается с повышением частоты. Основная причина этого состоит в том, что изменение и поглощение сигналов более заметны на высоких частотах из-за эффекта близости земли.

ХАРАКТЕРИСТИКИ РАДИО- И ТВ-ВЕЩАНИЯ В МЕТРОВОМ И ДЕЦИМЕТРОВОМ ДИАПАЗОНАХ
Диапазоны частот, МГц	Применение	Каналы	основная		вспомогательная
			дБмк	мВ/м	ДБмк	мВ/м
54–88
88–108		201–300
174–216
470–806

Дополнительные зоны обслуживания этих станций обычно обеспечиваются другими станциями, работающими на тех же самых или соседних каналах. Более того, в отсутствие помех от других станций хороший прием возможен и далеко за пределами дополнительных зон обслуживания. Так, например, напряженность поля 50 мкВ/м, создаваемая станцией ЧМ-вещания в метровом диапазоне или станцией ТВ-вещания, может быть вполне достаточной для приема на чувствительные приемники в сельской местности.

КАБЕЛЬНОЕ ТЕЛЕВИДЕНИЕ

Принцип кабельного телевидения с коллективным приемом CATV в последние десятилетия получил широкое распространение. В системе CATV базового уровня имеется центральная (головная) станция, расположенная в благоприятном месте или поблизости от населенного пункта. Система располагает также одной или несколькими антенными мачтами, приемными антеннами с высоким усилением, усилителями и конверторами. В населенном пункте должна иметься распределительная сеть, построенная на коаксиальном кабеле и содержащая промежуточные усилители; кабели сети обычно монтируют на столбах, но иногда их прокладывают в земле. Кабельное телевидение обеспечивает также лучшее качество приема программ региональных станций, в гористой местности и в городах. К улучшениям недавнего времени относятся широкополосные системы распределения, в которых часто имеются кабельные, микроволновые и иногда волоконно-оптические линии.

Многие многоквартирные дома и дома-кондоминиумы обслуживаются своими кабельными системами, у других имеются собственные коллективные антенны или мини-кабельные системы MATV (системы коллективного телевизионного приема).

ВЕЩАНИЕ СО СПУТНИКОВ

Американская корпорация коммерческой спутниковой связи «Комсат» была создана в 1961. После этого аналогичные организации появились как в США, так и в других странах. Многие из них представляют собой консорциумы, в которых участвуют и правительство, и промышленность. См. также СПУТНИК СВЯЗИ .

В последние годы межконтинентальная связь и прямой прием на домашнюю антенну передач со спутников получили широкое распространение. Спутники теперь могут обеспечить работу нескольких тысяч узкополосных телефонных, телеграфных и телетайпных каналов и многих широкополосных ТВ-каналов одновременно.

Для передач региональных вещательных станций и/или для компенсации различий в поясном времени могут использоваться несколько широко разнесенных линий передачи Земля – спутник. Эти линии имеют две частоты (для передачи и приема) и антенны диаметром от 5 до 11 м с управляемой диаграммой направленности. Спутниковые ретрансляторы преобразуют принимаемый сигнал на другую частоту, усиливают и ретранслируют его, используя лампу бегущей волны. Источником для электропитания аппаратуры служат солнечные и электрохимические батареи. Для удержания станции в нужном положении имеются двигатели реактивной системы ориентации и управления. Источники питания, устанавливаемые на современных спутниках, сохраняют работоспособность в течение 9–12 лет.

Разные службы пользуются различными частотами в пределах от 400 МГц до 22 ГГц для спутниковой связи. Наиболее часто для вещания со спутников на Землю используются частоты от 3,7 до 4,2 ГГц в С -диапазоне и от 12 до 12,7 ГГц в Q -дипазоне; многие спутники работают в обоих этих диапазонах. Для видеоканала обычно требуется полоса шириной от 20 до 25 МГц; выделяемые полосы имеют несколько большую ширину.

12-ГГц диапазон менее восприимчив к земным помехам, чем 4-ГГц диапазон. Расширение полосы спектра частот без увеличения помех требует дальнейшего совершенствования системы. Так, улучшение кросс-поляризационной характеристики и подавление боковых лепестков диаграмм направленности как передающей, так и приемной антенн позволили повысить точность управления положением спутниковой станции. Стандартное расстояние между спутниками на загруженных дугах орбит сокращено до 2° (1250 км). Положение спутника в заданной точке поддерживается с точностью ±20 км. Навигационная система спутника управляется компьютером. Незначительные коррекции ориентации обычно достаточно проводить раз или два в месяц.

Каждый ТВ-ретранслятор на спутнике может принимать один или несколько каналов. Форма и размер контура сильно меняются в зависимости от диаграмм направленности спутниковых антенн, ширины посылаемого луча, его направления и мощности. Типичные области обслуживания, полученные со спутника TDF1, показаны на рис. 3 для приемных станций с разными размерами антенных зеркал. Спутники TDF1 и TDF2 имеют по шесть 240-Вт ретрансляторов, работающих в Q -диапазоне. Для телевизионных передач используется Европейский стандартный сигнал D2-MAC.

Наиболее важным критерием, по которому можно судить об основных характеристиках приемной ТВ-станции, является ее среднее отношение сигнал/шум. Другие важные факторы – замирания в атмосфере и долговременная надежность.

Антенна наземной станции фокусирует энергию сигнала, принятого со спутника. Наиболее важные характеристики такой антенны – ее способность усилить желаемый сигнал и исключить сигналы, приходящие с мало отличающихся направлений. Ширина луча, создаваемого антенной, обратно пропорциональна ее диаметру. Например, в Q -диапазоне ширина главного лепестка диаграммы направленности при диаметре антенны 3 м составляет ±0,3°, а при диаметре 0,6 м – ±1,5°. Иными словами, меньшая антенна обладает худшим коэффициентом направленного действия; вдобавок ее коэффициент усиления впятеро меньше, чем у большей антенны.

Коэффициент усиления, или направленного действия (КНД), – это мера, характеризующая увеличение сигнала и обычно выражаемая в децибелах по отношению к изотропному излучателю. КНД зависит от рабочей частоты, размеров и КПД антенны. Чем больше антенна, тем, при прочих равных условиях, больше ее КНД.

Малошумящий усилитель МШУ обычно размещают непосредственно позади антенны и соединяют с ней волноводом и коаксиальным выводом с рупором. Важное значение имеет компромисс между шумовой температурой МШУ и КНД антенны, выражаемый показателем качества G /T системы. В альтернативном варианте можно использовать малошумящий преобразователь, сочетающий в себе функции МШУ и понижающего преобразователя. Этот прибор, также обычно размещаемый у антенны, преобразует частоту из выбранного рабочего канала диапазонов C или Q в диапазон промежуточной частоты (70 МГц).

При выборе места расположения приемной наземной станции учитывают ряд факторов, к числу которых относятся беспрепятственная видимость дуги орбиты, на которой находится спутник с ретранслятором, существующие и планируемые постройки в ближней к станции зоне, возможные источники помех и т.п.

На рис. 4 показаны антенны трех типов для наземных приемных станций. В двух случаях используются параболические зеркала, а в третьем антенна выполнена в виде плоской печатной схемы и не содержит зеркала.

Спутниковая связь имеет два основных преимущества перед наземной. Стоимость ее услуг не зависит от дальности, и многие пункты могут обслуживаться при сравнительно малых вложениях в оконечное оборудование. Эти факторы делают спутники идеальным средством для трансляции программ вещания над территориями больших стран или субконтинентов. Уникальные возможности дает использование спутников для обслуживания изолированных и удаленных регионов, где наземные микроволновые линии либо отсутствуют, либо обходятся дорого (например в Северной Канаде, на Аляске, в Сибири и на Дальнем Востоке).

НЕВЕЩАТЕЛЬНЫЕ СЛУЖБЫ

Большинство систем вещания пригодно также и для других применений. Так, например, АМ-станции средневолнового диапазона могут служить в качестве аэронавигационных и морских навигационных радиомаяков, в особенности в таких удаленных и малонаселенных регионах, где отсутствуют обычные вспомогательные средства навигации.

Во всех международных соглашениях о выделении частот для вещания предусматриваются свободные участки, что дает возможность дополнительной передачи сигналов. В качестве примеров можно привести передачи на очень низких частотах (20–25 Гц) сигналов управления от средневолновых станций и выделение 5-кГц полосы на станциях ЧМ- и ТВ-вещания для каналов связи с космическим транспортным кораблем «Шаттл».

К числу вспомогательных услуг ТВ-вещания относится передача буквенно-цифровых субтитров по заказу (кодированные субтитры, передаваемые в видеосигнале) при показе фильмов на иностранных языках, для плохослышащих телезрителей и т.д. Такая информация передается во время вертикального гасящего импульса, но для доступа к ней требуется декодер. Другие абоненты могут заказать желаемую информацию по телефону или воспользовавшись клавиатурой. Эта же служба может предоставлять такие специальные услуги, как уроки иностранного языка или финансовую информацию, а также обучение письму и графике. В альтернативном варианте эти каналы можно использовать частным образом для телеметрии, управления и контроля качества сигнала.

ПЕРСПЕКТИВЫ

Важные проекты улучшений как в радио-, так и в телевещании сейчас разрабатываются или реализуются. Система цифрового звукового вещания (DAB) «Эврика» 147 прошла эксплуатационные испытания в Западной Европе. Восемь и большее число программ передавались в стереофоническом варианте одним передатчиком. В проекте участвовали Бельгия, Великобритания, Германия, Нидерланды и Франция.

Рассматривается возможность использования DAB для микроволнового вещания со спутника, а также для одночастотных наземных сотовых сетей. Эти сети могли бы работать на частоте около 210 МГц. Каждый канал мог бы занимать полосу 7 МГц и служить для передачи до 16 разных стереопрограмм. Новые интегральные схемы облегчат производство небольших приемников, оснащенных переключателями диапазонов и режимов.

Система «Эврика» успешно прошла эксплуатационные испытания и в Канаде. Для обслуживания больших городов использовался передатчик, излучавший мощность в несколько киловатт. Полученные результаты показали, что при работе на уровнях мощности 10–20 кВт прием в городских условиях может быть значительно улучшен благодаря уменьшению помех и исключению мертвых зон и искажений, обусловленных многолучевым распространением. Кроме того, благодаря схемным улучшениям ЧМ-приемника, возможно, удастся уменьшить трудности, связанные с многолучевым приемом, и в некоторой степени повысить качество звука. В качестве факультативной возможности у некоторых выпускаемых приемников уже предусмотрен прием цифрового вещания.

На повестке дня стоит также вопрос о телевидении повышенной и высокой четкости. Такое телевидение будет, видимо, наиболее привлекательно для вещания со спутников и(или) по кабельной сети, что объясняется повышенными требованиями к ширине полосы каналов и перегруженностью спектра в современных диапазонах вещания на метровых и дециметровых волнах.

Японская вещательная корпорация приступила к экспериментальному вещанию телевидения высокой четкости (ТВЧ) со спутника на частотах диапазона Q . Это вещание рассчитано на прием только в Японии и занимает полосы 24 МГц в дециметровом диапазоне на частотах 12 ГГц и 8 ГГц. Видеосигнал представляет собой АМ-волны, соответствующие ТВ-стандарту на 1125 строк (стандарт кодирования с многократной субдискретизацией).

Разные системы телевидения повышенной или высокой четкости проходят оценку в США и Канаде. Большая часть их относится к цифровым, другие – к аналоговым, одна выполнена по модифицированному японскому стандарту MUSE. В соответствии с новой концепцией Федеральной комиссии связи для улучшенного телевидения планируется использовать наземные службы распределения, работающие в дециметровом диапазоне. Как и в японской системе MUSE, в ней используется формат кадра (отношение ширина/высота) 16:9 вместо обычного 4:3. Она рассчитана на широкий экран и широкий угол обзора, что повышает реализм восприятия изображения и дает примерно удвоенное изображение по горизонтали и вертикали по сравнению с обычным.

Широкое распространение приема спутникового телевидения непосредственно в жилых домах радикальным образом изменит вещание и связь. В Европе и Японии такие системы используются с 1989; они принимают сигналы на зеркальные антенны диаметром всего лишь 40–60 см и обеспечивают множество каналов. Аналогичные спутники, оснащенные гораздо более мощными ретрансляторами Q -диапазона, НАСА ввело в действие в 1994–1995. Тем не менее очень мала вероятность того, что будет принят какой-либо всемирный стандарт на телевидение высокой четкости. Скорее, каждая крупная промышленно развитая страна или группа стран, как, например, Европейский союз, разработают собственные стандарты. См. также АНТЕННА ; ЗВУКА ВОСПРОИЗВЕДЕНИЕ И ЗАПИСЬ ; ИЗОБРАЖЕНИЙ ЗАПИСЬ И ВОСПРОИЗВЕДЕНИЕ ; СПУТНИК СВЯЗИ ; ЭЛЕКТРОННЫЕ СРЕДСТВА СВЯЗИ .

Литература:

Резников М.Р. Радио и телевидение вчера, сегодня, завтра . М., 1977
Александрова Т.С., Урьев А.Г. Основы телевидения и радиорелейной связи . М., 1980
Ефимов А.П. и др. Радиосвязь, вещание и телевидение . М., 1981