| Портал для радиолюбителей |
В первую очередь необходимо четко разграничить уверенный и случайный прием. Уверенным называется прием передач определенного передатчика, который осуществляется независимо от условий погоды, солнечной активности, времени года, суток и других факторов. Случайный прием зависит от перечисленных факторов и возможен лишь при благоприятно сложившихся условиях.
- Уверенный прием телевидения обеспечивается за счет распространения прямой или, как говорят, земной волны вдоль поверхности Земли. Ультракороткие волны, используемые в телевидении, распространяются прямолинейно и почти не отражаются ионосферой. Поэтому максимально возможная дальность приема должна определяться расстоянием прямой видимости передающей антенны из точки, где установлена приемная антенна. Исходя из сферической формы поверхности Земли, расстояние прямой видимости должно равняться
где Dрасстояние прямой видимости в км; Нвысота передающей антенны в м; hвысота приемной антенны в м (рис. 1).
В отличие от уверенного приема случайный прием иногда наблюдается на расстояниях в несколько тысяч километров и поэтому называется сверхдальним приемом. Сверхдальний прием связан с аномальными состояниями ионосферы, наблюдается крайне редко, как правило, только на 12-м каналах. Сеансы его непродолжительны от нескольких минут до нескольких часов и совершенно не поддаются прогнозу. Ориентироваться на сверхдальний прием нет смысла.
Основной характеристикой телевизора, которая определяет возможность дальнего приема, является чувствительность. Чем меньше значение чувствительности, тем дальнобойнее приемник. Однако существует несколько понятий чувствительности, что вносит путаницу, если не понимать различия между ними или не указывать, о какой чувствительности идет речь.
Чувствительность, ограниченная усилением, это минимальное напряжение сигнала на входе телевизора, при котором обеспечивается номинальный уровень сигнала на модуляторе кинескопа. Номинальным уровнем принят размах напряжения, соответствующий уровням белого и черного на экране. Чувствительность, ограниченная синхронизацией, это минимальное напряжение сигнала на входе телевизора, при котором еще достигается устойчивая синхронизация изображения. Наконец, чувствительность, ограниченная шумами, это минимальное напряжение сигнала на входе телевизора, при котором обеспечивается номинальный уровень сигнала на модуляторе кинескопа при его превышении над уровнем шумов на 20 дБ (т. е. в 10 раз по напряжению). Во всех случаях имеется в виду чувствительность канала изображения.
Видно, что чувствительность, ограниченная усилением, характеризует лишь коэффициент усиления приемно-усилительного тракта. Чем больше коэффициент усиления, тем меньше (т. е. лучше) чувствительность, ограниченная усилением. Отсюда путем простого увеличения количества усилительных каскадов можно достичь как угодно малого значения чувствительности, ограниченной усилением. Это приводит к наиболее распространенному заблуждению, когда в условиях дальнего приема пытаются его улучшить за счет использования различных усилительных приставок. Чувствительность, ограниченная усилением, отнюдь не характеризует возможность приема слабых сигналов телевизионным приемником, так как не учитывает влияние собственных шумов телевизионного приемника. Шум каждого каскада усиливается последующими каскадами наравне с сигналом. Наиболее сильно усиливается шум первого каскада, так как он усиливается всеми каскадами. Если уровень шумов на выходе приемника разделить на его коэффициент усиления, получится уровень шумов, приведенный ко входу этого приемника. Наиболее важен уровень шумов первого каскада приемника, а шумами последующих каскадов можно пренебречь. Очевидно, что напряжение шумов, приведенных ко входу приемника, не зависит от количества каскадов и от коэффициента усиления приемного тракта. Чем больше коэффициент усиления тракта, тем меньшее напряжение сигнала нужно подать на вход приемника, чтобы получить на выходе номинальный сигнал, и тем лучше (меньше) чувствительность, ограниченная усилением. Однако ясно, что при подаче на вход приемника сигнала, меньшего по уровню, чем напряжение шумов, приведенных ко входу, такой слабый сигнал будет забит шумами. На экране телевизора при этом изображения не получится, а будут видны лишь шумы в виде хаотических мерцающих белых и черных точек. В таком случае говорят, что на экране виден снег. Чтобы получить изображение на экране, напряжение сигнала должно превышать напряжение шумов. Чем больше напряжение сигнала на входе телевизора по сравнению с напряжением шумов, приведенных ко входу, тем качество изображения будет лучше. Для оценки соотношения между напряжением сигнала и напряжением шумов принято брать их отношение.
Чувствительность, ограниченная шумами, учитывает наличие собственных шумов телевизионного приемника и характеризует его способность принимать слабые сигналы, то есть работать в условиях дальнего приема. Чувствительность, ограниченная шумами, измеряется при определенном отношении сигнал/шум, равном 10 на модуляторе кинескопа. В связи с тем что в телевидении кроме несущей частоты изображения передается только одна боковая полоса частот, а вторая боковая подавляется, коэффициент усиления сквозного тракта для сигнала в два раза меньше, чем для шумов. Поэтому для получения на выходе приемника отношения сигнал/шум, равного 10, на входе приемника это отношение должно быть равно 20. Указанное отношение сигнал/шум при определении чувствительности принято условно, так как оно соответствует очень плохому качеству изображения, обеспечивается лишь разборчивость крупных деталей. Для получения изображения хорошего качества отношение сигнал/шум на входе телевизора должно быть не менее 100. Таким образом, если известно, что чувствительность, ограниченная шумами, для какого-то телевизора составляет, например, 70 мкВ, подача на антенный вход этого телевизора такого сигнала обеспечит лишь получение разборчивого изображения плохого качества. Для получения же хорошего изобра жения напряжение сигнала на входе телевизора должно быть в 5 раз больше, то есть 350 мкВ.
Сравнивая значения чувствительности, ограниченной шумами, для разных типов телевизоров, можно выбрать такой тип телевизора, который наиболее подходит для условий дальнего приема, то есть имеет минимальное значение чувствительности.
Для нормальной работы всей схемы телевизора он должен иметь запас усиления. Поэтому обычно чувствительность, ограниченная усилением, имеет меньшее значение, чем чувствительность, ограниченная шумами. Чувствительность, ограниченная синхронизацией, представляет собой промежуточную величину и гарантирует лишь устойчивую синхронизацию без учета качества изображения. Поэтому ее значение не может быть положено в основу определения пригодности телевизора для работы в условиях дальнего приема.
Следует учесть, что если не указано, о какой чувствительности телевизора идет речь, нужно понимать чувствительность, ограниченную усилением. Сравнивать между собой телевизоры по этой характеристике для определения их пригодности для дальнего приема нельзя.
Все разработанные после 1979 г. черно-белые и цветные стационарные и переносные телевизоры обладают чувствительностью, ограниченной шумами, в диапазонах метровых волн 100 мкВ, а в диапазонах дециметровых волн 140 мкВ. Согласно ГОСТу эти значения являются предельными, фактическая чувствительность может быть лучше. Телевизоры, разработанные ранее 1979 г., могут иметь другие значения чувствительности. Худшей чувствительностью, ограниченной шумами, 150 мкВ в диапазонах MB и 500 мкВ в диапазонах ДМВ обладают телевизоры типа УПИМЦТ-61, в названия которых входят индексы Ц-201 и Ц-202. Эти телевизоры менее пригодны для дальнего приема.
Из определения чувствительности, ограниченной, шумами, видно, что она определяется уровнем собственных шумов телевизионного приемника, приведенным к его входу. Уровень шумов определяется в основном конструкцией первого каскада усиления в селекторе каналов, типом и режимом лампы или транзистора, которые используются в этом каскаде. Для современных селекторов каналов напряжение шумов на входе составляет примерно 5 мкВ в диапазонах MB и 7 мкВ в диапазонах ДМВ. Отсюда и получается чувствительность, равная 100 и 140 мкВ (в 20 раз больше уровня шумов). По этой причине улучшение чувствительности, ограниченной шумами, может быть достигнуто исключительно путем снижения уровня собственных шумов, приведенного к входу, но не за счет увеличения коэффициента усиления приемного тракта заменой в нем ламп, транзисторов или использованием каких-либо усилительных приставок.
Радикальных мер уменьшения уровня собственных шумов телевизионного приемника без ухудшения качества изображения в настоящее время не имеется. Используемые в первых каскадах селекторов каналов СВЧ транзисторы ГТ346А имеют коэффициент шума при внутреннем сопротивлении источника сигнала 75 Ом, равный 7 дБ. Это наименее шумящие из отечественных транзисторов р-п-р структуры. Если использовать в первом каскаде селектора каналов зарубежный транзистор типа AF251 с коэффициентом шума 4,8 дБ, уровень шумов уменьшится на 2,2 дБ, и чувствительность телевизора, ограниченная шумами, сможет быть улучшена до 80/110 мкВ. Однако приобретение малошумящих транзисторов зарубежного производства представляет собой трудновыполнимую задачу.
Значительно проще решается вопрос, если в целях улучшения чувствительности допустить некоторое ухудшение четкости изображения по горизонтали за счет сужения полосы пропускания. В условиях дальнего приема паспортная четкость изображения телевизора не реализуется, так как малоконтрастное изображение поражено интенсивной шумовой помехой. Как известно, четкость по горизонтали пропорциональна полосе пропускания приемно-усилительного тракта, а напряжение собственных шумов пропорционально корню квадратному из полосы пропускания. Если сузить полосу пропускания в 2 раза, четкость ухудшится также в 2 раза, до 250 элементов, что в условиях дальнего приема можно считать вполне приемлемым, а уровень собственных шумов уменьшится на 3 дБ, что соответствует улучшению чувствительности до 70/100 мкВ. При этом качество изображения субъективно улучшается за счет двух факторов: ослабления шумовой помехи и увеличения контрастности (так как сужение полосы пропускания приводит к увеличению коэффициента усиления тракта).
Проще всего сузить полосу пропускания можно путем увеличения сопротивлений нагрузки видеодетектора и видеоусилителя. В черно-белых телевизорах УЛПТ-61-II-22 и УЛПТ-61-II-28 увеличивают сопротивления резисторов 3-R42 и 3-R47, в телевизорах УЛТ-50-III-2 и ЗУЛПТ-50-III-1 2-Р13 и 2-R22, в телевизорах 2УПИТ-61-II-1/2 и УСТ-61-3/4Р25 и R26. В телевизорах цветного изображения сужение полосы пропускания может привести к пропаданию цветности, и изображение будет воспроизводиться черно-белым. Не следует стремиться к чрезмерному увеличению сопротивлений указанных резисторов, особенно в каскадах видеоусилителя, во избежание нарушения нормальных режимов электронных ламп и транзисторов. Можно считать допустимым увеличение сопротивлений нагрузки видеодетектора примерно в 2 раза и сопротивлений нагрузки видеоусилителя в 1,2 раза. При этом изменение режима оказывается в пределах допуска, а полоса пропускания сужается примерно в 2 раза.
Очевидно, что для получения на экране телевизора изображения, на его антенный вход необходимо подать сигнал, уровень которого должен быть выше чувствительности данного телевизионного приемника, ограниченной шумами. От того, насколько уровень сигнала будет превышать чувствительность, зависит качество изображения. Если нет возможности воздействовать на чувствительность для ее значительного улучшения, нужно постараться увеличить уровень сигнала на антенном входе телевизора, чтобы он оказался больше значения чувствительности.. Чем определяется уровень сигнала на входе телевизионного приемника? В первую очередь уровнем напряженности электромагнитного поля в той точке пространства, в которой находится приемная антенна, коэффициентом усиления этой антенны, ее действующей длиной и, наконец, затуханием сигнала в фидере, которым антенна соединена с телевизором. Конечно, антенна должна быть хорошо согласована с фидером, а фидер с телевизором, иначе появятся дополнительные ослабления сигнала за счет его отражения и излучения обратно в пространство.
Напряженность поля в точке приема зависит от мощности передатчика, расстояния до этого передатчика, рельефа местности на трассе, затухания сигнала в атмосфере. Радикально воздействовать на уровень напряженности поля в точке приема нет возможности. Но обычно имеется выбор места расположения антенны, и можно, проделав несколько экспериментов, выбрать оптимальное положение антенны на крыше здания и высоту ее расположения, соответствующие максимальному уровню сигнала на входе телевизора. Действующая длина антенны зависит исключительно от длины волны принимаемого сигнала, то есть от номера канала: чем меньше длина волны (чем больше номер канала), тем меньше действующая длина антенны. Таким образом, в целях увеличения уровня сигнала на входе телевизора остается возможность воздействия на коэффициент усиления антенны и затухание сигнала в фидере.
Коэффициент усиления антенны показывает, во сколько раз напряжение сигнала на выходе данной антенны превышает напряжение сигнала на выходе полуволнового вибратора, помещенного в ту же точку электромагнитного поля. Коэффициент усиления может также выражаться в децибелах. Чем больше коэффициент усиления антенны, тем больше будет напряжение сигнала на входе телевизора при прочих равных условиях. Поэтому в условиях дальнего приема необходимо использовать антенны с большим коэффициентом усиления. Характерно, что увеличение коэффициента усиления антенны не приводит к увеличению уровня шумов. Если улучшение чувствительности телевизионного приемника, ограниченной шумами, и выбор оптимального расположения антенны позволяют лишь в небольших пределах улучшить прием, то использование высокоэффективной антенны может привести к увеличению уровня сигнала во много раз. Таким образом, выбор антенны является решающим фактором при дальнем приеме. И чем более высокочастотный сигнал необходимо принимать (чем больше номер канала), тем больше должен быть коэффициент усиления антенны. Это связано с тем, что действующая длина антенны пропорциональна длине волны сигнала. Поэтому при одинаковой напряженности поля двух сигналов, например 1-го и 12-го каналов, и использовании однотипных антенн с одинаковым коэффициентом усиления напряжение сигнала на выходе антенны 12-го канала окажется в 4,3 раза меньше, чем на выходе антенны 1-го канала. Только по этой причине для получения одинакового напряжения сигнала на входе телевизора коэффициент усиления антенны 12-го канала должен быть больше коэффициента усиления антенны 1-го канала в 4,3 раза по напряжению, что соответствует 12,7 дБ. В дециметровом диапазоне необходимость использования антенн с повышенным коэффициентом усиления по этой причине еще больше возрастает.
В том частотном диапазоне, который отведен для телевидения, используются различные типы высокоэффективных антенн. В профессиональной аппаратуре (радиосвязь, радиолокация и т. п.) предпочтение обычно отдается многоэлементным антеннам типа Волновой канал. В любительских же условиях применение таких антенн нецелесообразно по следующим причинам. Многоэлементные антенны нуждаются в тщательной настройке, которая производится путем изменения размеров каждого элемента антенны и расстояний между ними. Настройка производится в полигонных условиях по приборам при контроле формы диаграммы направленности антенны, величины и характера ее входного сопротивления. Произвести такую настройку антенны радиолюбитель не в состоянии. Многоэлементная антенна, даже в том случае, если она выполнена точно по чертежам, оказывается расстроенной, подобно тому как оказывается расстроен многоконтурный радиоприемник сразу после сборки. В результате такой расстройки параметры антенны получаются значительно хуже паспортных, и положительного эффекта такая антенна не дает. У расстроенной антенны искажается форма и расширяется главный лепесток диаграммы направленности, увеличиваются боковые и задний ее лепестки, что приводит к уменьшению коэффициента усиления. Максимам главного лепестка диаграммы отклоняется от геометрической оси антенны. Кроме того, чтобы антенна была согласована с фидером, ее входное сопротивление должно быть чисто активным и равняться волновому сопротивлению фидера. У расстроенной антенны входное сопротивление имеет комплексный характер и содержит реактивную составляющую, а активная составляющая значительно отличается от номинального значения.
Профессиональная аппаратура обычно содержит специальные блоки для контроля за согласованием антенны с фидером. Телевизионный приемник таких блоков не содержит. В результате рассогласования дополнительно теряется часть энергии сигнала, что приводит к уменьшению напряжения сигнала на выходе антенны и равносильно уменьшению ее коэффициента усиления. Чем больше элементов содержит антенна типа Волновой канал, тем острее встает вопрос о необходимости ее настройки. Практика показывает, что удовлетворительно могут работать без настройки лишь трехэлементные антенны типа Волновой канал. Однако коэффициент усиления трехэлементной антенны по напряжению не превышает 2,2 (около 6,8 дБ), что слишком мало для дальнего приема. Пятиэлементная антенна имеет коэффициент усиления 2,8 (около 9 дБ), но из-за неизбежной расстройки на практике она дает такой же результат, что и трехэлементная антенна. Теоретически коэффициент усиления по напряжению 11-элементной антенны типа Волновой канал составляет 4 (около 12 дБ). Но такое усиление соответствует лишь настроенной и согласованной с фидером антенне. Из-за большого количества элементов расстройка такой антенны после ее сборки оказывается значительной, что приводит также к значительному ухудшению ее эффективности как благодаря падению фактического коэффициента усиления, так и за счет сильного рассогласования антенны с фидером. Этими причинами объясняются частые неудачи радиолюбителей, пытавшихся за счет использования многоэлементных антенн добиться улучшения телевизионного приема в условиях слабого сигнала. Вызывает сожаление, что, несмотря на многократные публикации изложенного, многие авторы статей и книг продолжают рекомендовать радиолюбителям использование многоэлементных антенн в условиях дальнего приема телевидения, по-видимому, основываясь исключительно на теоретических предпосылках.
В связи с тем что в настоящее время значительная часть территории страны охвачена двух- и даже трехпрограммным телевизионным вещанием, при выборе приемной антенны весьма заманчивым представляется возможность использования широкодиапазонной антенны, что позволило бы одной антенной обеспечить прием двух или трех телевизионных программ по разным каналам. Такие антенны существуют, например зигзагообразные и логопериодические антенны. Однако их использование возможно лишь в зоне прямой видимости, так как коэффициент усиления сравнительно мал. Если же передатчики расположены в разных направлениях, широкодиапазонную антенну приходится устанавливать на поворотной мачте и каждый раз при переходе с приема одной программы на другую переориентировать. При этом за счет неточной ориентировки антенны сигнал дополнительно ослабляется. В зоне полутеня при необходимости принимать несколько программ по разным каналам необходимо устанавливать раздельные узкополосные антенны. Две раздельные антенны можно подключить к общему фидеру с помощью разделительного фильтра. Если же количество антенн больше двух, дополнительная коммутация может осуществляться контактами электромагнитного реле, установленного вблизи антенн, управление которым производится дистанционно, тумблером, установленным у телевизора. При этом питание обмотки реле может поступать от телевизора по тому же фидеру без использования дополнительных проводов.
В радиолюбительских условиях для дальнего приема телевизионных передач хорошо зарекомендовали себя синфазные системы, состоящие из нескольких сравнительно простых антенн. Две антенны, расположенные одна над другой, образуют двухэтажную систему, которая характеризуется суженной диаграммой направленности в вертикальной плоскости. Четыре антенны могут образовать двухэтажную двухрядную систему с суженной диаграммой в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Сужение диаграммы направленности соответствует увеличению коэффициента усиления. Каждое удвоение количества антенн в синфазной системе соответствует увеличению коэффициента усиления на 3 дБ (в 1,41 раза по напряжению) только за счет суммирования сигналов, принятых каждой антенной. Дополнительно, за счет сужения диаграммы направленности, коэффициент усиления увеличивается примерно еще на 1 дБ при каждом удвоении количества антенн в системе.
Использование в составе синфазной системы сравнительно простых антенн позволяет получить большой коэффициент усиления без необходимости настройки антенн. Необходимо лишь обеспечить согласование системы с фидером, что легко выполняется, поскольку значения входного сопротивления простых антенн известны и мало зависят от настройки антенны. Таким образом, наращивая количество антенн в системе, можно неограниченно увеличивать коэффициент усиления. Это часто оказывается необходимо в диапазоне ДМВ, где при прочих равных условиях напряжение сигнала на выходе антенны значительно меньше, чем в диапазоне MB, из-за уменьшения длины волны. Вместе с тем, благодаря малым размерам антенн этого диапазона увеличение их количества в системе легко выполнимо и не приводит к чрезмерным габаритам системы.
Наибольшее распространение среди любителей дальнего приема телевидения нашли синфазные системы, собранные из двухэлементных и трехэлементных рамочных антенн Двойной квадрат и Тройной квадрат. Двухэлементные рамочные антенны обычно используются в диапазонах MB, а трехэлементныев диапазонах ДМВ. По данным некоторых авторов, двухэтажная двухрядная синфазная система, собранная из четырех двухэлементных рамочных антенн, обладает коэффициентом усиления по напряжению порядка 68 (16... 18 дБ), а такая же система из трехэлементных рамочных антенн1113 (21...23 дБ). Достичь такого усиления с помощью многоэлементной антенны типа Волновой канал невозможно, так как даже коэффициент усиления 16-элементной антенны Волновой канал не превышает 14 дБ, да и то, если она тщательно настроена и согласована с фидером.
Следует предостеречь от частых попыток сборки синфазных систем из нескольких широкодиапазонных антенн. Таким путем пытаются достичь высокого коэффициента усиления при широкополосности антенны, для того чтобы в условиях дальнего приема иметь возможность одной антенной системой принимать передачи нескольких программ по разным каналам. Такие попытки, как правило, оказываются безуспешными, так как не удается согласовать антенну в диапазоне частот. Элементы согласования обычно содержат резонансные узлы в виде полуволновых и четвертьволновых отрезков кабеля, выполняющих свои функции только на определенной частоте. В широком диапазоне частот они работать уже не могут. Не дают также успеха попытки сборки синфазных систем из нескольких многоэлементных антенн "волновои канал, из-за того, что антенны расстроены по-разному, фазы напряжений сигнала на их выходах также оказываются различными, и синфазного сложения их не получается, а порой вместо сложения происходит вычитание.
При дальнем приеме антенна устанавливается на высокой мачте и соединяется с телевизором длинным фидером. Чем длиннее фидер, тем большее затухание он вносит и тем меньше напряжение сигнала на входе телевизора. Для фидера наиболее распространен кабель марки РК-75-4-11, обладающий погонным затуханием 0,07 дБ/м на 15-м каналах, 0,13 дБ/м на 612-м каналах, 0,250,37 дБ/м на 2160-м каналах. Графики погонного затухания разных марок кабеля приведены на рис. 2.
Если при
длине фидера 50 м затухание
сигнала на 15-м каналах
Вас может заинтересовать:
Добавил: Павел (Admin) 
Автор: Неизвестно
| © PavKo, 2007-2018 Обратная связь Ссылки |