Распространение метровых, дециметровых и сантиметровых волн.

Cтраница 4

На рис. 5.27 изображен пример схемы реактивного метода измерения частоты применительно к диапазону дециметровых и сантиметровых волн.  

Потребность в радиочастотных кабелях значительно возросла в связи с использованием сверхвысоких частот - диапазона дециметровых и сантиметровых волн.  

Магний-цинковые ферриты А-34, А-1331 и другие и магний-марганцовые предназначены для работы в диапазонах дециметровых и сантиметровых волн.  

Использование обычных электронных ламп (диодов, триодов, пентодов и др.) в диапазоне дециметровых и сантиметровых волн ограничивается главным образом инерцией электронов и влиянием распределенных реактивностей: междуэлектродных емкостей и индуктивностей вводов. Основные особенности электронных при-ров СВЧ диапазона связаны с устранением влияния перечисленных факторов.  

Повторение через интервал РРЛ одних и тех же частот допустимо, так как в диапазонах дециметровых и сантиметровых волн при отсутствии прямой видимости между антеннами радиорелейных станций, расположенных через три интервала, ослабление сигнала, как прави-бо, достаточно велико. Однако при некоторых условиях распространения радиоволи, например при повышенной рефракции, возможен прием сигнала от станции, отстоящей на три интервала (минуя две станции), что приводит к значительным искажениям передаваемых сигналов.  

Резонансные волномеры по своей конструкции и простоте отсчета являются наиболее удобными приборами для измерения длины волны в диапазоне дециметровых и сантиметровых волн и благодаря этому получили в радиоизмерительной технике широкое применение.  

Наиболее широкое внедрение керамика получила в так называемых металлокерамических лампах, разработанных первоначально для работы специально в диапазонах дециметровых и сантиметровых волн. Во всех случаях при этом применяются специальная керамика с малыми диэлектрическими потерями и сплавы или металлы с коэффициентом теплового расширения, близким к значениям того же коэффициента для керамики.  

Таким образом, обычные волноводы в нижней части миллиметрового диапазона и особенно в субмиллиметровом диапазоне имеют почти те же недостатки, которые присущи обычным длинным линиям в диапазонах дециметровых и сантиметровых волн. Проблема передающих линий миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов, пригодных для передачи больших мощностей и обладающих малыми потерями, полностью не решена до настоящего времени.  

Передатчики магистральной радиосвязи входят в радиорелейные линии прямой видимости (РРЛ), линии космической (спутниковой) связи и линии связи, использующие явление рассеяния радиоволн на неоднородностях тропосферы, - тропосферные линии. Такие линии работают в диапазонах дециметровых и сантиметровых волн, осуществляя многоканальную радиотелефонную связь (с возможностью вторичного уплотнения телефонных каналов телеграфными) и передачу программ телевидения. Расположенные на спутниках передатчики-ретрансляторы имеют мощность около нескольких десятков ватт.  

Коэффициент шума для смесителя рассчитывается в том случае, если до него нет усилительных каскадов. Это обычно имеет место в диапазоне дециметровых и сантиметровых волн. В метровом диапазоне смесительному каскаду обычно предшествует усилитель радиочастоты.  

Замедляющая система, вдоль которой движется бегущая волна, - кольцевая. Применяется как усилитель мощности в диапазоне дециметровых и сантиметровых волн и как самовозбуждающийся генератор.  

Прежде чем перейти к описанию отдельных элементов приемного тракта, заметим, что приборы, используемые в качестве УВЧ, были уже рассмотрены в предыдущей главе. Из этих устройств наибольшее распространение в диапазонах дециметровых и сантиметровых волн получили ЛБВ, а в последнее время - параметрические и квантово-механические усилители, которые применяются и на более коротких волнах.  

Распространение сантиметровых, дециметровых и метровых радиоволн

Радиоволны длиной короче 10 м называются ультракороткими. Эти волны охватывают очень широкий диапазон частот. Ширина диапазона частот только сантиметровых волна составляет 27000 МГц, что в тысячу раз превышает ширину диапазона частот декаметровых волн (см. табл. 1.1). Поэтому на УКВ возможна передача намного больших потоков информации, чем на более длинных волнах. Только на УКВ возможно телевидение и высококачественное радиовещание с использованием частотной модуляции (ЧМ).

Земная волна на УКВ обеспечивает связь практически только в пределах прямой видимости (рис.1.7). За ее пределами в естественных условиях УКВ могут устойчиво распространяться только за счет рассеяния в ионосфере и в тропосфере. Однако для обеспечения связи за счет рассеяния требуются очень мощные радиопередатчики с сложные антенные сооружения.

Для увеличения расстояния прямой видимости антенны радиотелевизионных передающих станций и станций звукового ЧМ вещания устанавливают на высоких башнях. Для передачи радиосигналов на большие расстояния в диапазоне УКВ используют наземные радиорелейные линии и ретрансляторы, расположенные на искусственных спутниках Земли.

Предельное расстояние прямой видимости между антеннами получается тогда, когда луч, соединяющий антенны, касается земной поверхности. Эмпирически установлено, что в километрах определяется выражением

где и – соответственно высоты передающей и приемной антенн, м. Напряженность поля при связи в пределах прямой видимости можно определить по формуле акад. Б.А. Введенского:

,

где – действующее (эффективное) значение напряженности поля, мВ/м; - мощность радиопередатчика, кВт; – расстояние между приемной и передающей антеннами, км ( ; – длина волны электромагнитных колебаний, м; – коэффициент направленного действия антенны.

Рис. 1.7. Распространение радиоволн в пределах прямой видимости

Рассмотрим влияние тропосферы на распространение УКВ. Коэффициент преломления воздуха n очень мало отличается от единицы. У поверхности Земли в среднем = 1,003. На практике преломляющие свойства воздуха оценивают индексом преломления

пользоваться которым удобнее, чем . Индекс преломления зависит от влажности, давления и температуры воздуха: с увеличением давления и влажности увеличивается, а при повышении температуры = уменьшается. Параметры воздуха зависят от высоты и от метеорологических условий. Зависимость от высоты оценивают градиентом индекса преломления

Зависимость коэффициента преломления от высоты приводит к искривлению траектории радиоволн в тропосфере, которое называется тропосферной рефракцией. Такое искривление характеризуют радиусом кривизны луча

Радиус привязки положителен, так как . При этом фазовая скорость волны с высотой возрастает, верхняя граница фронта распространяется быстрее нижней и луч искривляется в сторону поверхности Земли. Такая рефракция называется положительной . Тропосферная рефракция изменяет расстояние прямой видимости, оно несколько увеличивается. С учетом рефракции значение постоянного коэффициента в формуле (1.2) должно быть увеличено до значения, равного 4,52.

Если при положительной рефракции радиус кривизны траектории ( - радиус Земли), то возникает критическая рефракция (рис. 1.8, а). При наступает сверхрефракция (рис.1.8,б). В этих случаях электромагнитная волна может распространяться далеко за пределы прямой видимости. Сверхрефракция возникает при выполнении условия 1/м. При этом индекс преломления должен очень быстро уменьшаться с высотой, что бывает в том случае, когда температура воздуха с высотой не падает, как обычно, а возрастает. Такие условия называют температурной инверсией. Область тропосферы, в которой возникает свехрефракция, называют тропосферным волноводом. Наиболее часто тропосферные волноводы возникают в приморских районах, когда существует большая разница температур воздуха над сушей и над морем. В этих случаях ветер может переместить теплый воздух, который расположится над холодным, и возникнет температурная инверсия. Поскольку тропосферные волноводы возникают нерегулярно, их нельзя использовать для построения радиолиний. Возможность возникновения тропосферных волноводов необходимо учитывать при распределении частот на радиолиниях, чтобы избежать взаимных помех.

Рис. 1.8. Траектории распространения радиоволн в тропосфере:

а - при критической рефракции; б - при сверхрефракции

Другим механизмом сверхдальнего распространения УКВ является тропосферное рассеяние. Тропосферные неоднородности, вызывающие рассеяние, представляют собой области, в которых давление, влажность и температура воздуха отличаются от средних значений, наблюдаемых в окружающей среде. Примером неоднородностей являются облака. Неоднородности возникают и при отсутствии облачности за счет завихрений, образующихся при перемещении воздушных масс. Эти вихри присутствуют при любых метеорологических условиях. Наиболее интенсивно неоднородности образуются на высотах 1…2 км. Каждая неоднородность отличается своей диэлектрической проницаемостью от окружающей среды. Это отличие невелико (не более 20%), поэтому радиоволна, падающая на неоднородность, в основном, проходит сквозь нее. Однако часть энергии радиоволны при этом рассеивается в разные стороны. Зеркальное отражение неоднородность не вызывает, так как не имеет четкой границы.

Поле в точке приема образуется за счет сложения (интерференции) множества волн, рассеянных отдельными неоднородностями в некотором объеме тропосферы. Сдвиги фаз между интерферирующими волнами постоянно хаотически изменяются. В результате значение суммарной напряженности изменяется по случайному закону. Эти флуктуации поля называются интерферирующими замираниями. Сдвиги фаз между интерферирующими волнами зависят от частоты. При широком спектре частот сигнала сдвиги фаз для отдельных составляющих спектра оказываются различными: одни составляющие в данный момент могут иметь максимальный уровень, другие - минимальный. Если отдельные участки спектра замирают неодновременно, замирания называют селективными. Селективные замирания не позволяют передавать по тропосферным линиям широкополосные сигналы, например, телевизионные.

Замирания сигнала при тропосферном рассеянии можно разделить на быстрые и медленные Интерференционные замирания являются быстрыми. Период замираний составляем секунды и их десятые доли. Чем короче длина волны, тем сильнее изменяется сдвиг фаз между интерферирующими волнами при движении рассеивающих неоднородностей, тем меньше период замираний. Медленные замирания с периодом в несколько часов связаны с изменениями метеорологических условий, от которых зависят параметры неоднородностей и условия рефракции радиоволн.

Для повышения устойчивости связи на линиях тропосферного рассеяния применяют разнесенный прием. В этом случае формируют несколько сигналов, несущих одно и то же сообщение, но замирающих независимо друг от друга. Используют разнесение по частоте и пространственное разнесение. При этом увеличивают коэффициент направленного действия и площадь антенн. На тропосферных радиолиниях обычно применяют зеркальные антенны, имеющие площадь 400…900 .

Большое ослабление поля при связи за счет тропосферного рассеяния заставляет принять радиопередатчики большой мощности – до нескольких десятков киловатт (на УКВ радиорелейных линиях прямой видимости мощность радиопередатчиков обычно не превышает 10 ВТ). Расстояние между соседними станциями тропосферного рассеяния составляет 300…600 км. Применение радиолиний тропосферного рассеяния целесообразно в малонаселенных районах, где не имеет смысла часто располагать ретрансляционные станции или прокладывать кабель.

Сверхдальнее распространение метровых волн возможно и за счет влияния ионосферы. Это объясняется возникновением на высоте регулярного слоя E спорадического слоя E s с повышенной электронной концентрацией, обусловленного сгоранием метеоров на высотах 80... 120 км. Протяженные области с повышенной электронной концентрацией, способные рассеивать метровые волны, существуют в течение долей секунды, а иногда и в течение минуты. Регулярную связь путем отражений от E s слоя организовать невозможно.

Регулярное сверхдальнее распространение метровых волн происходит за счет рассеяния на неоднородностях электронной кон­центрации, существующих в слое D и в нижних областях слоя Е . Механизм этого распространения подобен тому, который наблюдается при рассеянии в тропосфере. Большая высота области, в которой происходит ионосферное рассеяние, обеспечивает связь одним скачком на расстояниях до 2000 км. Регулярную связь путем отражений от E s слоя организовать невозможно.

Сверхдальнее распространение метровых волн происходит также за счет отражения от ионизированных метеорных следов. В атмосферу Земли ежегодно с космическими скоростями вторгаются десятки миллиардов метеоров, образующих ионизированные столбы воздуха - метеорные следы. Некоторые из этих следов вызывают зеркальное отражение метровых волн, другие обеспечивают их интенсивное рассеяние. Вследствие движения ионизированного газа метеорные следы обычно расплываются в течение нескольких секунд. В среднем сильное отражение радиоволн от метеорного следа длится 0,2...0,4 с и повторяется несколько раз в минуту. Из-за вращения Земли вокруг своей оси условия попадания метеоров в атмосферу зависят от времени суток. Максимальное их число наблюдается утром, минимальное - вечером.

Метеорная связь прерывиста, так как уровень сигнала, достаточный для передачи информации, существует только во время появления на трассе метеорного следа. Для передачи информации по метеорной линии связи информацию на передающем конце накапливают в промежутках между метеорными вспышками, а во время вспышки быстро передают по радиолинии. В среднем передается несколько килобит в секунду при мощности передатчика около 1 кВт. Дальность метеорной связи составляет около 2000 км. Организация связи за счет ионосферного рассеяния и отражения от метеоров целесообразна в полярных районах, где ионосферные бури часто нарушают распространение гектометровых волн, а прокладка проводных линий и организация тропосферной связи из-за малой плотности населения экономически нецелесообразны.

Волны короче 10м назыв.УКВ. Из-за прямолинейности распростр.УКВ для их использ. требов. прямая види­мость м/у антеннами передатчика и приемника. Ди­фракция УКВ почти не свойст., они не могут огиб. вы­пуклости зем.поверх.,а ионизация ионосферы не­достат. для их отраж. Для осущ.связи на большие расст. м/у п.связи устанав.промежуточ.станции (ретрансляторы) или поднимают ан­тенны на большие высоты. Связь в пределах прямой видимости характер-ся возможно­стью одноврем.прихода в т.приема не только прямой вол­ны, но и волны, отраженной от зем.поверх. Интер­ференция приводит к ↓ напряженности поля в т.приема, но ее можно свести к min правиль. подбором высот антенн, рас­стояния м/у ними и длины волны. УКВ явл.наиб. использ.участком радиодиапаз. Большая частотная емкость этого диапа­з.и ограниченный пределами прямой видимости радиус дейст.позвол. разместить большое кол-во одноврем.работ-х станций и осущ-ть передачу информации в широкой полосе частот. УКВ позвол.одноврем. передав.больш.кол-во ТВ программ, организ-ть тысячи телеф.каналов и цифр.с-м связи. УКВ исп.для радиолокации, радионавигации, связи с искусст.спутни­ками, ЗВ, ТВ и в радиоастрономии. Метр.и дециметр.волны исп.для ТВ, РВ и РС с подвижными объек­тами. Сантиметр.волны исп.для многоканаль.связи. Иногда метр.волны исп.для связи вне пре­делов прямой видимости, т.к. они способ.огиб.неболь.преграды на зем. поверх. Дальность такой связи ис­числ. км, реже десятками км. Наиб.слож.явл.связь на метр.волнах в больш.городах, где использ.ретрансляция ч/з центр. станцию, антенна которой устан.на высотном доме.

Бываются случаи дальнего распростр.метр.и более КВ. Это объяс.возмож­ностью сост. атмосферы, при котором измен. коэффиц.преломления по мере подъема вверх происх.в большей степени, чем в норм.усл. Искривл.траек­тории радиолуча из-за рефракции увелич-ся, станов. возможным распростр.радиоволн ||-но зем.по­верх. или попадание их после преломл.на поверх земли (сверхфракция). Падающие на землю волны отраж-ся, распростр-ся вверх, опять прелом-ся и т.д. В пространстве м/у поверх.земли и преломляющими верх.слоями, вдоль которого волны распростр.на рас­ст.в десятки раз больше расст.прямой видимости. Это создает возм-ть приема ТВ программ из др.городов и стран. Для появл.волноводных каналов в атмо­сфере треб. увеличение t 0 воздуха по мере подъема вверх и сильное уменьш.влажности с высотой.

В тропосфере постоянно присут.колебания t 0 и влажности. От них завис.коэффиц.прелом­л.воздуха, поэт.радиоволны рассеи­в-ся неоднородностями ионосферы. Это рассеян.поле наблю­д.далеко за горизонтом. Небольш. напря­ж-сть поля за горизонтом отлич-ся постоянством. Рассеяния волн тропосфер.неоднородностями назыв.дальним тропосфер.распростр.радиоволн. Созд.линии тропосфер.связи сложно, т.к. напряж-сть поля отраж-х от тропосферы волн уменьш.с расстоянием очень быстро. Треб.очень мощ­ные передатчики(1-50кВт), антенны высокой направл-сти и высокочувствит.приемники. По тропосфер.линиям связи осущ.орг-ция многоканаль.с-м связи. Эта связь не требует сме­ны длины волны в течение суток. Тропосфер.линии связи конкурируют в труднодоступ.местности с кабельными линиями. Тропосфер.станции образ-ют радиорелейные с-мы передачи с интервалом м/у станциями 300-500км. Дальнее распростр.УКВ происх.за счет их рассеяния на неоднородностях ионосферы. Рассеяние происх.в с.D или в нижней части с.Е за счет неоднородно­сти электронной концентрации. Для ионосфер.линий связи харак-ны замирания, сезон.и суточ.измен.уровня. Искажения сигнала огранич-ют шири­ну спектра передав-х сигналов полосой в неск.кГц, поэт. ТВ и групповые сигналы многоканаль.с-м по ним не могут передаваться.

Связь на метр.волнах за счет ионосфер.рассеяния позвол.раб-ть круглосут.на одной час­тоте. Ионосфер.рассеяние можно исп.для связи с труднодоступ.районами. В периоды ионосфер. возмущений неод­нородности в нижних обл.ионосферы и ионосфер.связь улучш.

Фидеры и волноводы.

Электрич. цепь и вспомогат. устройства, с помощью которых энергия радиочаст. канала подводится от радиоПРД к антенне или от антенны к радиоПР, назыв. фи­дером .

Фидеры – это линии питания, которые передают энергию от генератора к антенне (в передающем режиме) или от антенны к ПР (в режиме приёма). Основ. требования к фидеру сводятся к его электрогерметичности (отсутствию излучения энергии из фидера) и малым тепловым потерям. В передающем режиме волновое сопротивление фидера должно быть согласовано с входным сопротивлением антенны (что обеспечивает в фидере режим бегущей волны) и с выходом ПРД-ка (для max-ой отдачи мощности). В приёмном режиме согласование входа ПР-ка с волновым сопротивлением фидера обеспечивает в последнем режиме бегущей волны, согласование же волнового сопротивления фидера с сопротивлением нагрузки – условие max-ой отдачи мощности в нагрузку ПР-ка. В зависим. от диапаз. радиоволн примен. различные типы фидеров: двух или много-проводные воздушные фидеры; волноводы прямоугольного, круглого или эллиптического сечений; линии с поверхностной волной и др. Конструкция фидера зависит от диапазона передаваемых по нему частот. При передаче эл.маг. энергии по линии стре­мятся уменьш. излучение самой линии. Для этого провода линии располаг. //-но и по возмож­. ближе друг к другу. При этом поля 2-х одинак. по значе­нию, но противоположно направленных токов взаимно компенсируют­ся и излучения энергии в окружающее пространство не происходит. При создании антенны ставится противоположная задача: получение возможно большего излучения. Для этого использ. те же длинные линии, устранив одну из причин, лишающих фидер излу­чающих св-тв. Можно, например, раздвинуть провода линии на не­который ے, в результате чего их поля не будут компенсировать друг друга. На этом основана раб. V-образных и ромбических ан­тенн, излучающие провода кот. располож. под острым ے один к другому, и симметричного вибратора, полу­чающегося при разведении проводов на 180°. Компенсирующее действие одного из проводов фидера можно устранить, исключив его из с-мы. Это приводит к по­луч. несимметрич. виб­ратора. Все антен­ны, использ. этот принцип работы, относятся к классу не­симметрич. антенн. К ним также принадл. Г-образные и Т-образные антенны. Фидер излучает, если соседние участки его двух проводов обтека­ются токами, совпадающими по фазе, поля которых усиливают друг друга. Для этого необходимо создать фазовый сдвиг в половину дли­ны волны, например за счет неизлучающего шлейфа. На таком принципе основаны синфазные антенны. Фидер будет излучать, если расс-ия м/у проводами по неко­торым направлениям приобретают значит. разность хода. Можно так подобрать расс-ие м/у проводами, что по некоторым направлениям произойдет сложение волн от обоих прово­дов. Это использ. в противофазных ан­теннах.

Волновод – искусствен. или естествен. канал, способный поддерживать распространяющиеся вдоль него волны, поля которых сосредоточены внутри канала или в примыкающей к нему области. Типы волноводов:

1) Экранированные. Различают экранир. волноводы с хорошо отражающими стенками, к кот. относят волноводы металлические, направляющие эл.маг. волны, а также коаксиальные и многожильные экранирован. кабели, хотя последние обычно относят к линиям передачи (длинным линиям). К экранир. волноводам относят также волноводы акустические с достаточно жёсткими стенками.

2) Неэкранированные. В открытых (неэкранир.) волноводах локализация поля обычно обусловлена явлением полного внутрен. отражения от границ раздела 2-х сред (в волноводах диэлектрических и простейших световодах) либо от областей с плавно изменяющимися параметрами среды (ионосферный волновод, атмосферный волновод, подводный звук. канал). К открытым волноводам принадл. и с-мы с поверхност. волнами, направляемыми границами раздела сред.

Основ. св-во волновода – существ. в нём дискретного (при не очень сильном поглощении) набора нормальных волн (мод), распространяющихся со своими фазовыми и групповыми скоростями. Почти все моды облад. дисперсией, т.е. их фазовые скорости зависят от частоты и отлич. от групповых скоростей. В экранир. волноводе фазовые скорости обычно превыш. скорость распространения плоской однородной волны в заполняющей среде (скорость света, скорость звука), эти волны назыв. быстрыми. При неполном экранировании они могут просачиваться сквозь стенки волновода, переизлучаясь в окружающее пространство. Эти волны назыв. утекающими. В открытых волноводах распростр. медленные волны, амплитуды кот. быстро убывают при удалении от направляющего канала.

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



Для мастеров-радиолюбителей большой интерес представляют ТА дециметрового диапазона, которые позволяют значительно расширить возможности лампово-полупроводниковых моделей телевизоров. В данной главе предлагаются для повторения только три типа ТА ДМВ, так как автор подготовил к изданию новую книгу, полностью посвященную ТЛ для приема ДМВ и спутникового телевидения.

В соответствии с принятой классификацией прием телепередач на 21-61-м каналах обеспечивается в диапазоне ДМВ на частотах свыше 300 МГц. В большинстве случаев владельцы телевизоров, оборудованных соответствующими селекторами каналов, применяют комнатные индивидуальные малогабаритные антенны. Но на садово-огородных участках эти антенны не всегда дают положительный результат. Поэтому в большинстве случаев приходится использовать самодельные дециметровые антенны, которые рассматриваются в настоящей главе.

Каждый цветной телеприемник имеет три антенных ввода: два для подключения антенны метровых волн (MB), один из которых обеспечивает ослабление сигнала в 10 раз, и специальный ввод для подключения антенны ДМВ. Все антенные вводы рассчитаны на подключение коаксиального радиочастотного кабеля с волновым сопротивлением 75 Ом.

Подключение антенны к дециметровому вводу специальной конструкции должно обеспечивать такое же высокое качество основных технических характеристик телевизора, как и при приеме в диапазоне MB.

Важнейшей характеристикой, определяющей качество изображения и чистоты звукового сопровождения, является чувствительность. В диапазоне MB чувствительность канала изображения должна быть не хуже 100 мкВ,

а в диапазоне ДМВ - не хуже 500 мкВ. Для современных телевизоров чувствительность звукового сопровождения в диапазоне MB должна быть не хуже 50 мкВ. а в диапазоне ДМВ - не хуже 200 мкВ.

Не менее важным электрическим параметром является избирательность, которая характеризуется способностью ослаблять сигналы помех вне рабочей полосы частот. Избирательность при настройке от несущей частоты изображения принимаемого канала на 1,5 МГц должна быть не хуже 40 дБ (100 раз), на 3,5 МГц - 40 дБ, на +6,5 МГц - 36 дБ, на +8 МГц - 40 дБ,

От качества изготовления антенн зависят также такие параметры, как контрастность и максимальная яркость. Величина контрастности зависит от размеров взаимного удаления темных и светлых элементов изображения. В общем случае контрастность должна быть не хуже 80:1 и выше. Максимальная яркость свечения определяется как яркость наиболее светлых крупных участков телеизображения, она может составлять до 100 кд/м^2.

Диапазон воспроизводимых звуковых частот должен находиться в пределах от 80 до 12 500 Гц.

При проектировании и изготовлении ТА дециметрового диапазона используются известные формулы, в основу которых входят следующие понятия: действующая длина антенны пропорциональна длине волны; коэффициенты усиления и защитного действия антенны ДМВ должны быть выше, чем у антенн метрового диапазона; с увеличением частоты возрастает затухание в коаксиальных кабелях, соединяющих антенну с входом телевизора; внутренние шумы входных цепей телевизоров в диапазоне ДМВ больше, чем в диапазоне MB.

Эти электрические параметры сравнительно легко реализуются в различных типах антенн за счет увеличения числа пассивных элементов. Например, в антеннах типа «волновой канал», логопериодических антеннах и антеннах для дальнего приема телевидения.

В диапазоне ДМВ все элементы антенны имеют малые конструктивные размеры, и при увеличении числа директоров габаритные размеры самой антенны остаются небольшими. (Интересное решение было опубликовано в журнале «Радио», № 2 за 1988 г.).

Зона уверенного приема ДМВ радиопередающей станцией, как правило, оценивается статистическими методами, она непостоянна во времени и зависит от диэлектрической проницаемости воздуха. В диапазоне ДМВ длины

волн короче 0,65 м - для работы в каналах с 21-го и выше. Минимальные потери при распространении ДМВ наблюдаются до тех пор, пока между передающей и приемной антеннами существует прямая видимость, за.пределами которой сигнал существенно уменьшается и уверенный прием становится невозможным.

В теоретических исследованиях распространение ДМВ представляют в виде окружности, радиус которой равен максимальному расстоянию прямой видимости, с тем допуском, что мощность, излучаемая передающей станцией, достаточно велика для приема непосредственно на границе. Известно, что чем выше частота радиосигнала, тем больше требуется напряженность поля в месте приема. Для первых каналов MB в месте установки приемной антенны напряженность поля находится в пределах от 300 до 700 мкВ, а для ДМВ - 3200 мкВ и выше. Напряженность поля по мере удаления от передающей станции уменьшается. Для ДМВ нельзя рассчитывать радиус зоны прямой, видимости по максимальному расстоянию прямой видимости, так как мощность станций недостаточна для приема на максимальном расстоянии прямой видимости. Например, минимальная напряженность поля для 33-го канала - 70 дБ (3200 мкВ).

Радиолюбителями разработано достаточно большое число антенных усилителей несложной конструкции, предназначенных для усиления сигналов в телевизионном диапазоне ДМВ, которые решают почти в полной мере изложенные проблемы и конкретные задачи.

Для приема ДМВ используются широкополосные направленные антенны, работающие без перестройки в широком диапазоне волн и для приема телепередач на расстоянии до 60-70 км от ТЦ.

Для расчета такой антенны необходимо знать крайние волны рабочего диапазона частот lдл.mах и lдл.min. Сначала определяют длину наибольшего вибратора l, которая должна быть равна (с определенным допуском) 0,55 lдл.max. Затем строится равнобедренный треугольник с заданным углом а при вершине, который лежит в пределах от 30 до 45°, и основанием треугольника, равным в масштабе построения длине наибольшего вибратора l. Второй вибратор располагается на расстоянии а1, которое определяется из пределов (0,15...0,18) lдл.max от первого (в масштабе построения).

Длина второго вибратора в этом случае определяется

однозначно, исходя из построения, так как он должен полностью вписываться в треугольник. Далее определяется длина третьего вибритора, который располагается на расстоянии а2=а1 t, где t - коэффициент уменьшения длины вибратора. Затем строится четвертый вибратор на расстоянии а3=а2 t от третьего и т. д. Построение продолжается до тех пор, пока длина очередного вибратора, вписанного в треугольник, не будет равна (ориентировочно) (0,14...0.45.) lдлmin. Этот вибратор и будет последним.

Логопериодические антенны сравнительно просты по конструкции, хорошо согласуются с 75-омным коаксиальным кабелем снижения, имеют КПД от 4 до 7 дБ. Все логопериодические антенны и существующие их разновидности могут быть представлены в виде замкнутой системы вибраторов, расположенных и горизонтальной плоскости.

Схема плоской вибраторной логопериодической антенны (ЛПА) представлена на рис. 5.1. Антенна состоит из двухпроводной распределительной линии длиной А, в которую включены вибраторы различной длины и различного расположения. Наибольший вибратор состоит из двух отрезков, отстоящих друг от друга на расстоянии 2 d, где d - диаметр трубки распределительной линии.

Электрические параметры антенны определяются тремя основными составляющими: периодом структуры t, углом раствора а и длиной антенны L.

Параметры антенны рассчитываются так, чтобы внутри каждого интервала частот элементов антенны (например, f7 - f6) характеристики антенны менялись незначительно.

Первый параметр t характеризует частотную периодичность антенны, при которой каждый вибратор имеет свою резонансную частоту. На самой низкой частоте, в зависимости от выбранного канала, рабочего диапазона f1 = fmin резонирует первый вибратор 1 с длиной плеча l1, на следующей, более высокой, частоте f2 резонирует вибратор 2 с длиной плеча l2 = l1 t и т. д.

Незначительное изменение характеристик антенны при расчете параметров должно быть во всем рабочем диапазоне частот, поэтому антенна, построенная по рассматриваемому принципу, и носит название логарифмически-периодической, или логопериодической.

Длина антенны L рассчитывается по формуле: L = (l1 -

т. е.зависит от угла и принимаемого диапазона

частот, который определяется, в свою очередь, размерами граничных элементов антенны l1 и l9. Здесь необходимо заметить, что количество элементов в антенне не ограничивается девятью элементами и может составлять от шести до двадцати двух.

Логопериодическая антенна может быть изготовлена для приема телепередач во всех диапазонах частот.

Расстояние между двумя соседними вибраторами можно определить также по формуле: а6= l6 (1-t)ctg(а/2). При изготовлении антенны для приема телепередач на первых 12 каналах рекомендуется принять в расчетных формулах t = 0,84; а = 60°; L = 2285 мм; число вибраторов равно 13. Для антенны, предназначенной для приема первых 3 каналов, необходимо взять шесть вибраторов, тогда L = 1515 мм.

Антенну, работающую на первых каналах телевидения в метровом диапазоне волн, рекомендуется изготавливать из трубок с тонкими стенками диаметром 20 мм. Антенну для 6-12-го каналов можно сделать из дюралевых или латунных трубок диаметром 15 мм, а антенну для приема сигналов ДМВ - из трубок диаметром 8 мм, с толщиной стенки до 1 мм.

Второй вариант логопериодической антенны приведен на рис. 5.2, где проводники распределительной линии расположены в вертикальной плоскости, а вибраторы - в горизонтальной плоскости в два ряда. Все вибраторы поочередно направлены в разные стороны. Коаксиальный кабель снижения проложен внутри нижней трубки без верхней полиэтиленовой оболочки. Экран коаксиального кабеля припаян в точках б и г, а центральная жила кабеля припаивается в точке а.

Проводники распределительной линии, как правило, скрепляются между собой крепежными изоляторами в двух точках. Концы трубок распределительной линии в точках виг должны быть накоротко замкнуты металлической перемычкой. К вертикальной штанге логопериодическая антенна прикрепляется с помощью крепежных деталей, расположенных в центре тяжести собранной антенны.

Телевизионная антенна дециметрового диапазона для приема телепрограмм с 21-го по 40-й канал, которая по принятой классификации относится к антеннам типа «волновой канал», показана на рис. 5.3.

Техническая характеристика:

коэффициент усиления............. 2,8-4 (9,2...12 дБ)

КБВ, не менее................... 0,55-0,85

КЗД, не менее................... 14-24 .

входное сопротивление активного

петлевого вибратора............. 292 Ом

волновое сопротивление фидера..... 75 Ом

рабочая частота.................. 470-622 МГц

неравномерность коэффициента

усиления...................... 0,8

кпд, не менее.................... 0,96

количество принимаемых программ

без перестройки................ 20

внешние нагрузки в местностях

с климатом.................... УХЛ, ХЛ, В

диаграмма направленности односторонняя

в горизонтальной плоскости....... узкая, объемная

ширина главного лепестка диаграммы

направленности в горизонтальной

плоскости...................... 32-46

Как следует из рисунка, антенна имеет одиннадцать директоров, петлевой вибратор 3, рефлектор, состоящий

из трех элементов 1 и 2, и несущую стрелу 4, которая изготавливается из металлической трубки диаметром 20- 22 мм.

Для изготовления активного 3 и пассивного вибраторов (директоров) используется дюралюминиевая трубка диаметром не менее 8 мм. Рефлектор можно выполнить из алюминиевой полоски толщиной 5 мм, но можно применить и меньшую толщину - до 2,5 мм. Ширина пассивных элементов рефлектора равна 16-20 мм. Средний элемент рефлектора крепится непосредственно к несущей стреле с помощью специальных шайб и крепежных деталей, а два других элемента рефлектора 1 - с помощью металлической стойки, которая также жестко прикреплена к стреле. Расстояние между этими элементами равно 49 мм при проекции на горизонтальную плоскость.

Петлевой вибратор выполнен из дюралюминиевой трубки диаметром 8-12 мм с толщиной стенки не менее 1 мм. Рекомендуется изготавливать петлевой вибратор из дюралюминиевой полоски толщиной 2.5 мм и шириной до 50 мм. Он может иметь фигурную конструкцию, удобную для крепления и, самое главное, обеспечивающую хорошее согласование во всем диапазоне частот принимаемых телепередач. Размеры основных элементов антенны - пассивных и активных - приведены в табл. 5.1. Длина четвертого элемента антенны рассчитывается, исходя из об-

щего количества вибраторов, и в данном случае равна 1400-1450 мм.

Наилучшие результаты дает подключение коаксиального кабеля снижения к петлевому вибратору через УСС типа «проволочный трансформатор». Изготавливается это УСС на двух ферритовых кольцевых сердечниках марки 100ВЧ размерами 8,4 х 3,5 х 2 мм. на которые виток к витку вплотную наматываются обмотки в два провода марки ПЭЛШО диаметром 0,23 мм. УСС должно обеспечивать КБВ, равный 0.75, в широкой полосе частот (от 470 до 622 МГц) со стороны подключения коаксиального кабеля с волновым сопротивлением 75 Ом.

В данной антенне можно применить другое УСС, изготовленное без ферритовых сердечников,- эквивалент кабельной петли, выполненной из отрезка спиральной полосовой линии, которая наматывается на ферритовый или

стальной стержень из электротехнической стали марки 3311, 3312, 3313. Спираль изготавливается из медной или латунной ленты толщиной до 0,1 мм, шириной до 1 мм, имеет 5,25 витка и укладывается в пазы, сделанные в диэлектрике, выполненном в виде трубки, которая устанавливается на этот стержень. Намотка спирали на стержень показана на рис. 5.4.

Эту антенну можно устанавливать на одной штанге с антенной MB, но расстояние между ними должно быть не менее 1,0-1,2 м.