6.1. Параболические антенны

Прием сигналов спутникового телевидения осуществляется специальными приемными устройствами, составной частью которых является антенна. Для профессионального и любительского приемов передач с ИСЗ наиболее популярны параболические антенны, благодаря свойству параболоида вращения отражать падающие на его апертуру параллельные оси лучи в одну точку, называемую фокусом. Апертура — это часть плоскости, ограниченная кромкой параболоида вращения.

Параболоид вращения, который используется в качестве отражателя антенны, образуется вращением плоской параболы вокруг ее оси. Параболой называется геометрическое место точек, равноудаленных от заданной точки (фокуса) и заданной прямой (директрисы) (рис. 6.1). Точка F — фокус и линия АВ — директриса. Точка М с координатами х, у — одна из точек параболы. Расстояние между фокусом и директрисой называется параметром параболы и обозначается буквой р. Тогда координаты фокуса F следующие: (р/2, 0). Начало координат (точка 0) называется вершиной параболы.

По определению параболы отрезки MF и РМ равны. Согласно теореме Пифагора MF^2 =FK^2+ MK^2. В то же время FK = = х - р/2, КМ = у и РМ = х + р/2, тогда (х - р/2)^2 + у^2 = (х + р/2)^2.

Возводя в квадрат выражения в скобках и приводя подобные члены, окончательно получаем каноническое уравнение параболы:

у^2 = 2рх, или у = (2рх)^0.5. (6.1)

По этой классической формуле сделаны миллионы антенн для приема сигналов спутникового телевидения. Чем же заслужила внимание данная антенна?

Параллельные оси параболоида, лучи (радиоволны) от спутника, отраженные от апертуры к фокусу, проходят одинаковое (фокусное расстояние). Условно два луча (1 и 2) падают на площадь раскрыва параболоида в разных точках (рис. 6.2). Однако отраженные сигналы обоих лучей проходят к фокусу F одинаковое расстояние. Это означает, что расстояние A+B=C+D. Таким образом, все лучи, которые излучает передающая антенна спутника и на которую направлено зеркало парабо

лоида, концентрируются синфазно в фокусе F. Этот факт доказывается математически (рис. 6.3).

Выбор параметра параболы определяет глубину параболоида, т. е. расстояние между вершиной и фокусом. При одинаковом диаметре апертуры короткофокусные параболоиды обладают большой глубиной, что делает крайне неудобным установку облучателя в фокусе. Кроме того, в короткофокусных параболоидах расстояние от облучателя до вершины зеркала значительно меньше, чем до его краев, что приводит к неравномерности амплитуд у облучателя для волн, отразившихся от кромки параболоида и от зоны, близкой к вершине.

Длиннофокусные параболоиды имеют меньшую глубину, установка облучателя является более удобной и амплитудное распределение становится более равномерным. Так, при диаметре апертуры 1,2 м и параметре 200 мм глубина параболоида равна 900 мм, а при параметре 750 мм — всего 240 мм. Если параметр превышает радиус апертуры, фокус, в котором должен находиться облучатель, располагается вне объема, ограниченного параболоидом и апертурой. Оптимальным считается вариант, когда параметр несколько больше, чем радиус апертуры.

Спутниковая антенна — единственный усиливающий элемент приемной системы, который не вносит собственных шумов и не ухудшает сигнал, а следовательно, и изображение. Антенны с зеркалом в виде параболоида вращения делятся на два основных класса: симметричный параболический рефлектор и асимметричный (рис. 6.4, 6.5). Первый тип антенн принято называть прямофокусными, второй — офсетными.

Офсетная антенна является как бы вырезанным сегментом параболы. Фокус такого сегмента расположен ниже геометрического центра антенны. Это устраняет затенение полезной площади антенны облучателем и его опорами, что повышает ее коэффициент полезного использования при одинаковой площади зеркала с осесимметричной антенной. К тому же, облучатель установлен ниже центра тяжести антенны, тем самым увеличивая ее устойчивость при ветровых

нагрузках.

Именно такая конструкция антенны наиболее распространенна в индивидуальном приеме спутникового телевидения, хотя в настоящее время используются и другие принципы построения наземных спутниковых антенн.

Офсетные антенны целесообразно использовать, если для устойчивого приема программ выбранного спутника необходим размер антенны до 1,5 м, так как с увеличением общей площади антенны эффект затенения зеркала становится менее значительным.

Офсетная антенна крепится почти вертикально. В зависимости от географической широты угол ее наклона немного

меняется. Такое положение исключает собирание в чаше антенны атмосферных осадков, которые сильно влияют на качество приема.

Принцип работы (фокусировки) прямофокусной (осесимметричной) и офсетной (асимметричной) антенн показан на рис. 6.6.

Для антенн особое значение имеют характеристики направленности. Благодаря возможности использовать антенны с высокой пространственной избирательностью осуществляется прием спутникового телевидения. Важнейшими характеристиками антенн являются коэффициент усиления и диаграмма направленности.

Коэффициент усиления параболической антенны зависит от диаметра параболоида: чем больше диаметр зеркала, тем выше коэффициент усиления.

Зависимость коэффициента усиления параболической антенны от диаметра приведена ниже.

Роль коэффициента усиления параболической антенны можно проанализировать с помощью электрической лампочки (рис. 6.7, а). Свет равномерно рассеивается в окружающее пространство, и глаз наблюдателя ощущает определенный уровень освещенности, соответствующий мощности электролампочки.

Однако если источник света поместить в фокус параболоида с коэффициентом усиления 300 раз (рис. 6.7, б), его лучи после отражения поверхностью параболоида окажутся параллельны его оси, а сила цвета будет эквивалентна источнику мощностью 13 500 Вт. Такую освещенность глаз наблюдателя воспринять не может. На этом свойстве, в частности, основан принцип работы прожектора.

Таким образом, антенный параболоид, строго говоря, не является антенной в ее понимании преобразования напряженности электромагнитного поля в напряжение сигнала. Параболоид — это лишь отражатель радиоволн, концентрирующий их в фокусе, куда и должна быть помешена активная антенна (облучатель).

Диаграмма направленности антенны (рис. 6.8) характеризует зависимость амплитуды напряженности электрического поля Е, создаваемого в некоторой точке, от направления на эту точку. При этом расстояние от антенны до данной точки остается постоянным.

Увеличение коэффициента усиления антенны влечет за собой сужение главного лепестка диаграммы направленности, а сужение его до величины менее 1° приводит к необходимости снабжать антенну системой слежения, так как геостационарные спутники совершают колебания вокруг своего стационарного положения на орбите. Увеличение ширины диаграммы направленности приводит к снижению коэффициента усиления, а значит, и к уменьшению мощности сигнала на входе приемника. Исходя из этого, оптимальной шириной главного лепестка диаграммы направленности яв-

ляется ширина в 1...2° при условии, что передающая антенна спутника удерживается на орбите с точностью ±0,1°.

Наличие боковых лепестков в диаграмме направленности также снижает коэффициент усиления антенны и повышает возможность приема помех. Во многом ширина и конфигурация диаграммы направленности зависят от формы и диаметра зеркала принимающей антенны.

Самой важной характеристикой параболической антенны является точность формы. Она должна с минимальными ошибками повторять форму параболоида вращения. Точность соблюдения формы определяет коэффициент усиления антенны и ее диаграмму направленности.

Изготовить антенну с поверхностью идеального параболоида практически невозможно. Любое отклонение от реальной формы параболического зеркала от идеальной влияет на характеристики антенны. Возникают фазовые ошибки, которые ухудшают качество принимаемого изображения, снижается коэффициент усиления антенны. Искажение формы происходит и в процессе эксплуатации антенн: под воздействием ветра и атмосферных осадков; силы тяжести; как следствие неравномерного прогрева поверхности солнечными лучами. С учетом этих факторов определяется допустимое суммарное отклонение профиля антенны.

Качество материала также влияет на характеристики антенны. Для изготовления спутниковых антенн в основном используют сталь и дюралюминий.

Стальные антенны дешевле алюминиевых, но тяжелее и больше подвержены коррозии, поэтому для них особенно важна антикоррозийная обработка. Дело в том, что в отражении электромагнитного сигнала от поверхности участвует очень тонкий приповерхностный слой металла. В случае повреждения его ржавчиной значительно снижается эффективность антенны. Стальную антенну лучше сначала покрыть тонким защитным слоем какого-нибудь цветного металла (например, цинка), а затем покрасить.

С алюминиевыми антеннами этих проблем не возникает. Однако они несколько дороже. Промышленность выпускает и пластиковые антенны. Их зеркала с тонким металлическим покрытием подвержены искажениям формы за счет различных внешних воздействий: температуры, ветровых нагрузок и ряда других факторов. Существуют сетчатые антенны, устойчивые к ветровым нагрузкам. Они имеют хорошие весовые характеристики, но плохо зарекомендовали себя при приеме сигналов Ки-диапазона. Такие антенны целесообразно использовать для приема сигналов С-диапазона.

Параболическая антенна на первый взгляд кажется грубым куском металла, но тем не менее она требует аккуратного обращения при хранении, транспортировке и монтаже. Любые искажения формы антенны приводят к резкому снижению ее эффективности и ухудшению качества изображения на экране телевизора. При покупке антенны необходимо обратить внимание на наличие искажений рабочей поверхности антенны. Иногда бывает, что при нанесении антикоррозийных и декоративных покрытий на зеркало антенны ее «ведет» и она приобретает форму пропеллера. Проверить это можно, положив антенну на ровный пол: края антенны везде должны касаться поверхности.

6.2. Изготовление параболической антенны

В промышленных условиях параболоид вытягивается из дюралюминиевого или стального листа с помощью мощных гидравлических прессов. К другой разновидности относятся параболоиды, изготовленные из пластических масс методом литья с последующей металлизацией поверхности напылением. В любительских условиях использовать оба метода

практически невозможно. Однако в специальной литературе неоднократно были описаны достаточно простые технологии изготовления самодельных параболоидов методом выклейки стеклотканью по шаблону с последующей оклейкой металлической фольгой. В тех же источниках приведены готовые таблицы вычисленных координат параболы одного определенного параметра, что позволяет избавиться от несложного, но громоздкого расчета. Если окажется, что целесообразно использовать параболу с другим значением параметра, такой расчет можно выполнить по формуле (6.1).

Можно доверить расчет параболоида и электронно-вычислительной машине (ЭВМ). В табл. 6.1 приведен результат расчета самой выгодной формы параболоида, сделанный с помощью ЭВМ. Здесь значения абсциссы Х (согласно рис. 6.9) заданы через 5 мм в интервале 0...1000 мм. Соответственно значениям Х в средней колонке приведены значения ординат Y. Результаты расчетов параболоида Yinv по значениям Х и Y приведены в правой колонке. Расчет сделан для фокусного расстояния 750 мм, которое обычно выбирается в пределах 0,2...0,4 от диаметра параболоида.

По координатам (табл. 6.1) из стального листа толщиной 4...5 мм изготавливается лекало-шаблон (рис. 6.10). К нему прикручиваются угольники (ребра) жесткости. Приваривать их к шаблону с помощью сварки нежелательно, так как при охлаждении металла могут нарушиться размеры лекала.

Лекало закрепляется в точке А на мощном поворотном устройстве (рис. 6.11) на конических подшипниках. Одна обойма подшипника закрепляется к полу (6), а другая — к потолку (3). Соединяются они с помощью оси, в центре которой установлено лекало. Оно находится на расстоянии 70...80 мм от пола (если шаблон разместить ниже, то неудобно будет работать).

Пространство от пола до лекала заполняется кирпичами или камнями, а верхний слой изготавливается из армированного стальным проводом бетона.

Поворачивая шаблон, выравнивают верхний слой раствора. Добавляют немного сильного раствора, который состоит из цемента и мелкого гравия с песком (1:1). Перед смешиванием песок желательно просеивать через сито. Пo мере усадки нижнего слоя периодически добавляют новый раствор. Бетонная глыба имеет обратную форму параболы, поэтому она должна быть сделана с точностью до 0,5 мм.

Через одну-две недели поверхность глыбы шлифуют наждачной бумагой и покрывают парафином, устраняя небольшие неровности. Затем всю поверхность обмазывают воском или маслом и легко полируют. После такой обработки форма готова для формирования первой антенны-параболы.

Изготавливать форму-глыбу из гипса нежелательно, так как он очень быстро застывает. Форму можно делать из дерева (фанерных шайб), однако это более трудоемко. Подготовив форму, лекало и ось удаляют из центра. Следующий этап — наклейка антенны.

В качестве арматуры для антенны используют стеклоткань или другую плотную и гладкую ткань. Парабола клеится эпоксидной или полиэфирной смолой, или синтетическим столярным клеем. Клеящее вещество наносят тонким слоем на бетонную форму с помощью кисточки или пульверизатора. При этом эпоксидная смола должна быть перемешана с отвердителем. В этот раствор желательно добавить заполнитель, который предупреждает стекание смолы (например, мелко нарезанный порошок пенопласта). Затем на бетонную форму накладывают первый слой ткани (лучше цельный кусок на всю поверхность). Снова намазывают клей и накладывают второй слой, но уже из более грубой ткани. Так, не давая засохнуть нижним слоям, накладывают 3...5 слоев ткани.

Затем приступают к изготовлению восьми радиальных и двух окружных ребер жесткости. Первое окружное делают по краю антенны, второе (диаметром примерно 1000 мм) — накладывают посередине. Ребра жесткости делают из пластин пенопласта, ширина и высота которых равна 100 мм, длина — 300 мм. Куски пенопласта приклеивают по окружности и радиусам. Через окружное ребро твердости заворачивают лишние края ткани и тем самым формируют красивый бортик антенны.

Радиальные и центральные ребра жесткости оклеивают двумя-тремя слоями стеклоткани. В перекрестьях радиальных ребер с центровым необходимо вклеить кусочки дерева размером 50 х 50х 50 мм. На следующем этапе к ним будет крепиться антенна с площадкой поворотного механизма.

Металлические детали и ребра жесткости заклеивать в конструкцию антенны нежелательно, так как у металла и эпоксидной смолы разные коэффициенты расширения. После отвердения клея, через сутки-двое, антенну снимают с формы, обезжиривают поверхность и начинают самую ответственную операцию — оклейку фольгой отражающей поверхности. Зеркало параболы изготавливают из полосок алюминиевой фольги, которую приклеивают только медленно засыхающим клеем БФ-2. Ширину фольги подбирают экспериментально. Наклеивать полоски нужно очень аккуратно: чем меньше складок, тем лучше будет отражение принимаемого сигнала. В процессе клейки фольги следует быть осторожным, так как можно порезать пальцы.

В фокусе осесимметричной антенны устанавливают конвертер. Чтобы неподвижно поддерживать его в этой точке, в конструкции антенны предусматривают дополнительное приспособление (рис. 6.12). Приспособление для крепления головки изготавливают из трех дюралюминиевых трубок, которые прикручивают к металлической шайбе с отверстием в центре для головки. По краям параболической антенны трубки закрепляют уголками. Точки крепления дюралюминиевых трубок размещают через 120° по поверхности антенны.

Необходимо точно вычислить и затем обозначить крестиком центр параболоида. Параболоид устанавливают строго горизонтально и отвесом центрируют центр фокусной шайбы на трех дюралюминиевых трубках. Шайба должна находиться за фокусом на расстоянии 3...5 см от действительного фокуса. Это необходимо для свободного движения конвертера, настройки на наибольший сигнал.

Форму для выклейки параболических антенн меньшего диаметра (1,0..Л,2 м) можно сделать другим способом. Рекомендуется такая последовательность изготовления формы.

Из стальной проволоки диаметром 4...5 мм делают каркас (рис. 6.13: точками обозначены места сварки элементов каркаса). Меридиональные (продольные) ребра каркаса предварительно изгибают по простейшему шаблону из толстой фанеры. Кривую для изго-

товления шаблона можно построить на миллиметровой бумаге как эквидистанту(равноотстоящую) с зазором 20...25 мм относи тельно профиля па раболоида, рассчи танного по фор муле (6.1) при фо кусном расстоянии F = 450 мм. Затем каркас обтягивают мелкоячеистой сет кой, закрепив ее проволокой.

Далее изготав ливают лекало-шаб лон (рис. 6.14) из листового дюралю миния или стали толщиной 4...5 мм;

ось — из латуни или дюралюминия; втул ку — из стали. Отверстие во втулке и ось шаблона изготавливают с допуском, обеспечивающим скользящую посадку по второму-третьему классу. Например, при диаметре оси 30 мм допуски для втулки и оси равны соответственно +0,021 и - 0,021 мм.

Перед заливкой горки в каркас вставляют соосно и фиксируют втулку шаблона (рис. 6.15). Каркас заливают раствором из малоусадочного цемента или смесью песка с жидким стеклом. При этом необходимо дать возможность схватиться нижним слоям раствора. Толщина купола готовой формы не должна превышать 20...25 мм, иначе она будет долго сохнуть. Верхний слой купола формируют, соскабливая шаблоном лишний, не совсем застывший раствор (рис. 6.16).

После высыхания формы в течение нескольких дней на ее поверхности могут появиться тре

щины. Их замазывают раствором эпоксидной смолы с наполнителем и снова выравнивают шаблоном. После полного высыхания поверхность зачищают мелкой наждачной бумагой.

6.3. Плоские и сферические спутниковые антенны

В настоящее время в спутниковом непосредственном телевизионном приеме (СНТП) в качестве антенн наиболее широко применяются два основных параболоида вращения:

осесимметричный и офсетный. Трудоемкость изготовления параболического отражателя вынудила искать альтернативные конструкции антенн, более технологичных в производстве и самостоятельном изготовлении. К таким конструкциям относится плоский зональный отражатель Френеля (рис. 6.17).

Огюстен Жан Френель (1788—1828), французский физик, один из основателей волновой оптики, в процессе изучения дифракции света использовал метод разделения фронта волны на кольцевые зоны, названные впоследствии его именем.

Зональная антенна Френеля (ЗАФ) по принципу действия существенно отличается от обычно используемых антенн, содержащих в основе параболический отражатель. Описание антенны и методика ее расчета составлены В. Никитиным (Москва) и автором данной книги.

Антенный отражатель Френеля представляет собой проводящие концентрические кольцевые поверхности, расположенные в одной плоскости. Под воздействием падающей волны электромагнитного поля согласно принципу Гюйгенса каждое кольцо становится источником вторичного излуче-

ния, которое направлено в разные стороны в отличие от параболоида вращения, отражающего все лучи в направлении фокуса. Можно подобрать такую ширину каждого кольца зональной антенны и расстояние между ними, чтобы сигналы вторичного излучения от средних линий каждого кольца в определенной точке пространства совпадали по фазе. Для этого достаточно, чтобы расстояния между средними линиями колец и указанной точкой отличались на длину

волны сигнала — lв. Эту точку по аналогии с параболоидом можно назвать фокусом. В фокусе, как и в параболической антенне, находится облучатель.

На рис. 6.18 показано сечение (вид сбоку) верхней части центрального диска антенны и первого кольца. Если в качестве фокуса выбрана точка, которая находится на расстоянии f от плоскости с кольцами, то сигналы, излученные серединами колец, будут совпадать по фазе в фокусе при следующих значениях расстояний между краями колец и фокусом:

Сигналы, излученные серединой колец, оказываются в фазе с сигналом, излученным центром диска. Расфазировка между сигналами, излученными кромкой диска и его центром, а также кромками колеи и их серединой, составляет всего 1/4 длины волны.

Таким образом, расчет ЗАФ сводится к выбору места расположения фокуса F на воображаемой оси антенны, т. е. расстояния f от полотна антенны, и вычислению внутренних и наружных радиусов колец в зависимости от длины волны л, ретранслятора по формуле (6.2). Расстояние f не критично

и его выбирают в пределах 500...1000 мм (для антенн больших диаметров).

Сигналы, которые излучают края колеи, отличаются по фазе от сигналов, которые излучает окружность (находится в середине кольца), обеспечивающая синфазность. Широкие кольца обеспечивают широкополосность антенны. В связи с тем, что радиусы колеи ЗАФ зависят от длины волны сигнала, может показаться, что антенна является узкополосной и для каждой частоты (или длины волны) спутникового транспондера понадобятся соответствующие размеры колец. Однако расчеты показывают, что это не так.

Если радиусы колец рассчитаны для средней частоты диапазона 10,7...11,7 ГГц (длина волны 26,8 мм) или 11,7...12,5 ГГц (длина волны 24,8 мм), то для минимальной и максимальной частот диапазонов те окружности, которые соответствуют равенству фаз сигналов, будут располагаться на поверхности колец.

В табл. 6.2, 6.3 приведены результаты расчета размеров ЗАФ для указанных диапазонов частот. В формулу (6.2) последовательно подставляли в качестве значения n орядковые номера радиусов (четные номера соответствуют внутренним радиусам, нечетные — наружным, a r1— радиусу центрального диска). Расстояние f от центрального диска до фокуса F выбрано равным 1000 мм. Ширина колец уменьшается равнозамедленно. Радиолюбителю не обязательно изготовлять ЗАФв полном объеме. В случаях, когда в месте приема используется параболическая антенна диаметром 90 см, в конструкции ЗАФ можно ограничиться пятью кольцами (пятому кольцу соответствуют радиусы г10 и r11). При этом для диапазона частот 10,7...11,7 ГГц диаметр ЗАФ равен 1098 мм, для 11,7...12,5 ГГц — 1024 мм.

Таблица 6.2

Если рассчитать радиусы колеи для средней длины волны всего вещательного диапазона Ки (10,7...12,75 ГГц), на его краях эти «синфазные» окружности выходят за пределы поверхности колец. Поэтому на краях такого широкого диапазона синфазного сложения сигналов не получается.

В результате расчета получают радиусы «синфазных» окружностей, где п—номер кольца. Центральному диску соответствует n = 1. Ширину выбирают произвольно. На практике можно изготовить центральный диск радиусом 50 мм, а ширину каждого кольца взять равной 20 мм. В этом случае синфазная окружность находится примерно в середине кольца.

Зональная антенна плоская по форме, поэтому она значительно технологичнее в любительских условиях изготовления. Такая антенна может быть выполнена из большого куска фольгированного пластика или методом травления, или путем вырезания промежутков между кольцами. Ее также можно изготовить наклейкой колец из фольги или ровной жести на лист гетинакса, текстолита, оргстекла, древесно-волокнистого полотна (ДВП). Для снижения ветровой нагрузки в диэлектрическом основании антенны просверливают произвольное количество отверстий.

Основным недостатком зональной антенны по сравнению с параболической такого же диаметра является меньший коэффициент усиления, так как не вся энергия сигнала, попадающая на полотно антенны, направляется к облучателю. В условиях слабого сигнала потеря усиления даже на 2 дБ приводит к поражению сигнала шумами и потере цветности. Для компенсации недостатка коэффициента усиления ЗАО необходимо увеличивать диаметр полотна антенны, хотя при достаточной мощности спутникового ретранслятора и больших углах места (меньше влияют тепловые шумы Земли) для данной точки приема такая антенна обеспечивает хорошие результаты.

Закрепить конвертер в фокусе ЗАФ можно тем же способом, что и для прямофокусной параболической антенны (см. рис. 6.12).

Ряд зарубежных фирм производит плоские антенны, которые представляют собой систему из большого количества излучателей (простейших полуволновых вибраторов). Они расположены во много рядов и этажей, соединенных между собой фидерными линиями. Такая конструкция плоской антенны называется антенной решеткой (АР).

Точки питания вибраторов в этажах и рядах соединены таким образом, что принятые каждым вибратором сигналы складываются в фазе. В точках питания АР мощность сигнала равна сумме мощностей, принятых всеми вибраторами. В

этих же точках находятся входные клеммы приемной части устройства (конвертера), куда поступает принятый решеткой суммарный по мощности сигнал.

Например, для частоты 12 ГГц синфазная решетка состоит из 2304 полуволновых вибраторов, размешенных в 48 рядов и 48 этажей. Такая решетка имеет размеры 600 х 600 мм, ширина ее диаграммы направленности в обеих плоскостях по половинной мощности составляет 4,2° без учета ее сужения за счет диаграмм направленности вибраторов. Конструктивно решетку можно выполнить известным печатным способом путем травления фольгированного пластика. Однако фольгированные гетинакс или текстолит, даже стеклотекстолит непригодны из-за чрезмерно больших потерь в диапазоне сантиметровых волн. Наполнитель стеклотекстолита (стекловолокно) характеризуется хорошими электрическими свойствами, но связующее звено, которым является фенолформальдегидная смола, в этом диапазоне имеет чрезмерно большое значение угла потерь tgВ. Лучше использовать фторопласт или ударопрочный полистирол, а также органическое стекло.

Плоские антенны очень технологичны в производстве, а синфазная решетка имеет дополнительные преимущества по сравнению с зональной антенной Френеля, так как не нуждается в облучателе и ее выходные клеммы можно расположить в плоскости самой антенны. Сложность использования синфазной решетки заключается в необходимости такого соединения вибраторов с клеммами антенны, чтобы принятые всеми вибраторами сигналы поступали к выходу антенны с одинаковой фазой.

Фирма «Blaupunkt» выпускает квадратную планарную антенну, в которой вибраторы расположены в одной плоскости (рис. 6.19). Радиоволны через диффузное (пористое) синтетическое покрытие попадают на металлические элементы-облучатели, напыленные на тонкопленочные подложки. Алина этих элементов кратна длине волны принимаемого сигнала и все они синфазно подключены к направленным на конвертер собирательным шинам, которые сведены к центру квадрата.

При соответствующих размерах синфазной АР и количестве вибраторов коэффициент усиления такой плоской решетки может быть не ниже, чем у антенны с параболическим отражателем. Это связано с тем, что у синфазной решетки узкая диаграмма направленности, так как в фазе складываются только сигналы, поступающие к решетке перпендикулярно ее плоскости.

Кроме того, достоинствами плоских антенн являются возможность их изготовления методами печатного монтажа,

что обеспечивает высокую воспроизводимость параметров;

снижение на 10...30% ветровой нагрузки по сравнению с параболическими антеннами; простота перевозки, хранения

и установки.

Если фазы всех излучателей плоской АР равны, то суммарный луч диаграммы направленности расположен перпендикулярно плоскости антенны (рис. 6.20).

Однако если ввести в фидерные линии синфазной АР фазовращатели (ФВ) и менять фазу сигнала в каждом излучателе, то в определенном (заданном) направлении сигналы придут в фазе и усилят друг друга. Такая антенная

решетка называется фазированной (ФАР). Диагональ антенны расположена перпендикулярно поверхности земли (рис. 6.21; 6.22).

В технологии решетки заложена возможность установки управляемых ФВ одновременно с излучающими элементами. В устройстве фазовращателя используются полупроводниковые диоды, или варакторы.

В зависимости от количества принимаемых с различных спутников программ количество ФВ может равняться 12 или 24. Система фазоврашателей из 12 диодов может вести прием в секторе ±8°, система из 24 диодов — в секторе ±16°.

В фазоврашателях используют интегральные микросхемы (ИМС). Таким образом, возможна распайка ФВ на той же печатной плате, где вытравлены излучатели.

В настоящее время внимание к АР значительно возросло в связи с достижениями в области изготовления печатных плат и созданием новых высококачественных диэлектрических материалов с малым углом потерь. Относительная простота их изготовления в заводских условиях обеспечивает производство большого количества антенных элементов и всех фидерных линий в едином технологическом цикле.

Отличием ФАР от используемых сегодня параболоидов вращения является микросекундное переключение луча на нужный спутник, в то время как в электромеханических системах с параболическим зеркалом этот процесс занимает десятки секунд и даже несколько минут.

Конвертер, прикрепленный к обратной стороне плоской печатной антенны, не затеняет апертуру. Невосприимчивость к воздействию прямых солнечных лучей, ветра и дождя гарантирует качественную работу конвертера в сложных климатических условиях.

Плоская форма и сравнительно небольшие габариты антенны (например, 65 х 65 см) не нарушают эстетичного внешнего вида здания и при ее установке не требуют согласования с архитектурными организациями.

Внедрение ФАР открывает новые, удобные для пользователя режимы работы (автопоиск спутников с последующим запоминанием координат и мгновенное переключение на нужный спутник), что в свою очередь позволяет использовать их в СНТВ, устанавливаемых на подвижных объектах.

Сегодня эксплуатируется еще один вид спутниковой антенны — сферическая спутниковая антенна. Она имеет оригинальную конструкцию: шарообразная линза из диэлектрика, фокусирующая сигнал со спутника на концентрическую с фокальной плоскостью (рис. 6.23).

Работа антенны аналогична процессу видения боковым зрением. Ведь мы видим не только то, что находится перед нами, но и в значительном секторе как по горизонтали (90...940), так и по вертикали (70...770).

По конструкции сферическая антенна напоминает планету Сатурн, на поясе (кольце) которой (фокальная плоскость) укреплено несколько конвертеров. Сферическая антенна многоспутниковая. Это означает, что на одну такую антенну одновременно можно принимать сигналы нескольких спутников, находящихся на разных позициях ГСО. При этом необходимо установить на кольце сферической антенны конвертеры для каждого выбранного спутника.

Одна сферическая антенна диаметром 1,0...1,5 м может заменить семь-восемь параболических антенн соответствующих размеров, охватывая по азимуту сектор до 90...1250 и по углу места — 40...600.

Следует отметить, что сферическая антенна не требует позиционера и опорно-поворотных устройств (ОПУ).

Экспериментальные образцы сферических антенн производят ряд зарубежных фирм и российская фирма «Конкур».

6.4. Опорно-поворотные устройства

Для точной ориентации параболической антенны на ИСЗ в ее конструкции необходимо предусмотреть поворотные механизмы, которые позволяют изменять положение антенны по горизонтали и вертикали, жестко фиксировать выбранное направление (рис. 6.24 — 6.30).

Стойку антенны сваривают из стальных труб и обязательно закрепляют на фундаменте. При большом диаметре параболоида «ветровое» давление на его зеркало может достигать нескольких сот килограммов. Для обеспечения

устойчивости и работоспособности антенны при скорости ветра до 25...30 м/с опорная стальная труба должна иметь диаметр 90...100 мм и толщину стенки 4...5 мм (высота трубы — 1,2...2,0 м). Основание и раскосы для трубы лучше всего изготавливать из стального швеллера, ширина полки которого 40...50 мм. Для изготовления других силовых элементов конструкции (азимутальной втулки, угломестной рамы и других узлов) целесообразно использовать стальной уголковый прокат. Неподвижные соединения деталей из стали лучше делать электросваркой, что уменьшит люфты.

Чтобы знать, на какой спутник в данный момент ориентирована параболическая антенна, необходимо оснастить ее указателями поворота. Если антенна хорошо видна, можно установить на ней достаточно большие шкалы, показывающие углы поворота и подъема. Если такой вариант нецелесообразен, можно сделать электронное устройство управления антенной (рис. 6.31; 6.32).

В качестве датчиков углов поворота антенны используются обычные переменные резисторы (например, типа СП-1). Номиналы их сопротивлений не критичны. Они не обязательно должны быть одинаковыми, но их линейная характеристика должна быть типа А.

В качестве индикаторов используются миллиамперметры со стрелкой посередине. Калибровку показаний осуществляют следующим образом (рис. 6.32). Параболическую антенну устанавливают так, чтобы она приняла горизонтальное положение, и резистором R3 выставляют на «ноль» стрелку прибора РА1. Затем антенну поворачивают на 25°, чтобы она приняла вертикальное положение, и устанавливают стрелку прибора на крайнее деление шкалы. При этом резистор R5 находится в среднем положении.

Для регулировки горизонтального поворота антенну устанавливают в южном направлении. При этом резистор R6 на антенне также находится в среднем положении. Резистором R2 устанавливают на «нуле» стрелку прибора РА2. Поворачивают антенну на 90° и резистором R4 устанавливают стрелку прибора на крайнее деление шкалы.

Ручные механизмы для наведения параболической антенны часто представляют собой конструкцию типа «винт — качающаяся гайка» (рис. 6.33; 6.34).

На одном конце ходового винта на ОПУ шарнирно закреплена втулка (4), допускающая безлюфтовое вращение в ней винта (3). Гайка (5), через которую проходит винт (3), также выполнена в виде шарнира, установленного на другом элементе конструкции ОПУ, при повороте винта смещающейся (поворачивающейся) относительно элемента с прикрепленной к нему втулкой (4). Шарниры (2) позволяют изменить угловое положение ходового винта (3) при изменении взаимного положения узлов ОПУ (6), на которых шарнирно закреплены гайка (5) и втулка (4) механизма. Механизм наведения приводится в движение с помощью рукоятки (1).

8.1. Облучатели и поляризаторы

Принимающая головка, находящаяся в фокусе параболического зеркала антенны, состоит из трех частей: облучателя, поляризатора и конвертера (рис. 8.1).

Эти функционально различные блоки конструктивно можно объединить и выполнить в одном корпусе (попарно или все три элемента вместе).

Отраженный параболической антенной сигнал идет на облучатель. Его назначение — передать принятую антенной энергию телевизионного ретранслятора спутника по волноводу к конвертеру.

Облучатель — один из важнейших узлов антенной системы, поэтому к нему предъявляются определенные требования: диаграмма направленности должна быть осесимметричной и без боковых лепестков; облучатель не должен сильно затенять параболическую антенну, так как это приводит к искажению ее диаграммы направленности и снижению коэффициента использования поверхности параболоида вращения.

Облучателями параболических антенн служат слабонаправленные антенны. Это могут быть рупоры, щелевые антенны, спирали, диэлектрические антенны и др. Наиболее простыми являются облучатели в виде открытого конца волновода — прямоугольного или круглого сечения (рис. 8.2).

Волновод круглого сечения в большей степени удовлетворяет требованиям, предъявляемым к облучателям антенных систем,— диаграмма направленности осесимметрична, в отличие от пирамидального (прямоугольного) волновода.

Конструкции облучателей для осесимметричной и офсетной антенн несколько различаются. Это связано с тем, что параболическая антенна характеризуется отношением ее фокусного расстояния к диаметру параболоида вращения (F/D).

Большинство изготавливаемых сейчас осесимметричных спутниковых антенн имеют параметр F/D примерно 0,3...0,4, а офсетные — порядка 0,5...0,6. В соответствии с этим облучатели для осесимметричных и офсетных антенн изготавливают с разными «углами раскрытия».

В конструкции современных облучателей предусмотрены три металлических кольца для лучшей фокусировки электромагнитных волн и обеспечения более узкой диаграммы направленности антенны. Таким образом, облучатель является направленной антенной, которая установлена в фокусе параболического отражателя (рис. 8.3, 8.4).

Облучатель устанав ливается для более пол ного использования по верхности зеркала и реа лизации максимального коэффициента усиления антенны.

Электромагнитная вол на, распространяющаяся в пространстве от переда ющей антенны спутника до антенны наземной стан ции, характеризуется по ляризацией, т. е. ориента цией вектора напряжен ности электрического по ля Е относительно поверх ности Земли (см. гл. 1, п. 5).

Поляризатор является устройством, которое обе спечивает выбор необходимого вида поляризации принимаемой радиоволны. Обычно поляризатор устанавливается между облучателем и конвертером (рис. 8.5). При сборке важно обеспечить герметичность соединения. Так, например, резиновые прокладки должны точно располагаться в металлических пазах и не иметь перекосов.

По принципу своего действия поляризаторы могут быть механическими, ферритовыми (электромагнитными) и импульсными ферритовыми.

В состав механического поляризатора входит петлеподобный или штыревой проводник (3) (элемент связи с электрическим трактом конвертера) и исполнительный механизм (6) (рис. 8.6). Элемент связи (4) входит в электромагнитное поле волновода и преобразует его энер

гию в электрический ток. Такую же роль выполняет любая телевизионная антенна, которую мы привыкли видеть на крышах зданий или мачтах.

Для того чтобы в элементе связи развивалась максимальная электродвижущая сила, которая в его проводнике создает наибольшее электрическое поле, необходимо придать зонду такое же положение, как и излучателю антенны на спутнике. Соответственно приемная система должна отделять сигналы одной поляризации от другой и принимать их отдельно.

В механических поляризаторах переход с одной поляризации на другую осуществляется повышением напряжения питания от 13 В (V поляризация) до 18 В (Н поляризация). Система с переключением позволяет получать два фиксированных значения поляризации, выбор которой происходит механическим перемещением — поворотом вокруг своей оси элемента связи с помощью шагового электродвигателя. Наличие подвижных элементов снижает надежность механического поляризатора.

В электромагнитном поляризаторе (рис. 8.7) выбор поляризации (рис. 8.8) осуществляется изменением величины тока в катушке (3), намотанной на ферритовый сердечник (2). Надежность такого поляризатора выше, так как отсутствуют подвижные механические детали. К тому же, поляризаторы с токовым управлением позволяют выполнять плавную подстройку поляризации.

Поляризация сигнала, который передается со спутника, строго параллельна (Н) или перпендикулярна (V) поверхнос-

ти Земли только на долготе самого спутника. Если прием осуществляется более на Восток или на Запад, то из-за кривизны поверхности Земли плоскость поляризации больше наклонена относительно ее поверхности. Чем дальше долгота точки приема находится от долготы спутника, тем этот угол наклона больше. В соответствии с этим поляризатор

размешается под большим или меньшим углом к поверхности Земли.

Подобная проблема возникает в том случае, если антенну устанавливают с позиционированием на несколько спутников. Для каждого ИСЗ угол наклона свой, поэтому и необходима плавная токовая подстройка поляризации. Для каждого спутника выбирают свое значение управляющего тока и угол наклона плоскости поляризации к горизонту.

На европейских спутниках (ASTRA, EUTELSAT и др.) в основном используется линейная поляризация, а на российских (GALS1, GALS2, TDF2) — только круговая. Для приема круговых волн перед поляризатором устанавливают еще один элемент — деполяризатор, который преобразует круговую поляризацию в линейную (рис. 8.9).

Устройство, преобразующее один вид поляризации поля в волноводе круглого сечения (2) в другой, представляет собой отрезок волновода, в котором имеются продольные неоднородности в виде диэлектрических пластин (материал тефлон или др.) (1) и металлических стержней (Н или V). Очевидно, что фазовые скорости волн, у которых векторы f напряженности электрического поля параллельны или перпендикулярны пластинам или стержням, различны.

Пусть в волноводе круглого сечения с продольными неоднородностями распространяется линейно поляризованная волна, у которой вектор Е образует с плоскостью неоднородностей угол 45°. Разложим этот вектор на две составляющие: параллельную и перпендикулярную плоскости неоднородности. На входе деполяризатора обе составляющие поля одинаковые и имеют одинаковые фазы. Если длина, параметры и конфигурации пластин или стержней подобраны таким образом, что на выходе устройства разность фаз между параллельной и перпендикулярной составляющими вектора f равна 90° (3.14/2), то на выходе устройства вместо линейно поляризованного поля получим поле с круговой поляризацией. Это и есть поляризатор 3.14/2. Если в такой поляризатор поступает поле с круговой поляризацией, то оно преобразуется в поле с линейной поляризацией. В зависимости от положения диэлектрической пластины и штырей в волноводе осуществляется преобразование круговой поляризации в вертикальную или горизонтальную.

В ряде случаев при приеме сигналов с обоими видами

поляризации (линейная с европейских спутников и круговая с российских GALS и TDF2) можно обойтись и без деполяризатора. Однако при этом скажется проигрыш на 3 дБ в уровне кругового сигнала, что соответствует увеличению требуемого диаметра антенны в 1,4 раза. Для трансляций с GALS это не критично, так как на территории Республики Беларусь его сигнал принимается, например, в Минске на «тарелку» значительно меньшего диаметра (0,6...0,9 м), чем сигналы с любого европейского спутника.

Поляризаторы различаются еше и с точки зрения дискретности (прерывистости) изменения поляризации. В механических поляризаторах плоскость поляризации меняется дискретно на 90°. Поляризаторы с токовым управлением позволяют плавно изменять плоскость поляризации.

Существуют также импульсно-ферритовые поляризаторы, в которых поляризационный зонд передвигается с помощью механизма. Для управления этим механизмом к поляризатору посылается последовательность импульсов, длительность которых несет информацию о требуемом положении поляризатора. В таких поляризаторах плоскость поляризации меняется дискретно, но с небольшим шагом дискретизации.

Электромеханические поляризаторы требуют трех управляющих сигналов от ресивера, в то время как магнитным необходимы только два (рис. 8.10).

Преимуществом электромеханических поляризаторов по сравнению с магнитными являются несколько меньшие потери сигнала. Сейчас электромагнитные поляризаторы используются в основном в С/Кu-роторах.

8.2. Высокочастотные малошумящие преобразователи

Кроме облучателя и поляризатора в фокусе приемной параболической антенны устанавливается высокочастотный малошумяший усилитель-преобразователь, так называемый конвертер. В зарубежной литературе по спутниковому телевидению он сокращенно обозначен как LNB (рис. 8.11).

Это небольшой электронный блок, который собирает электромагнитный сигнал, отраженный от зеркала антенны, осуществляет его преобразование в более низкочастотный и усиливает его. Необходимость уменьшения частоты принятого сигнала объясняется следующими требованиями.

Наземные антенны спутникового телевидения могут устанавливаться на расстоянии до нескольких десятков метров от ресивера. Для передачи спутникового сигнала необходим специальный кабель с небольшим затуханием на частотах до 2 ГГц. Однако спутники в Ки-диапазоне работают на частотах в 5...6 раз больших. В обычном коаксиальном кабеле, используемом при приеме наземного телевидения в диапазонах MB и ДМВ, сигнал спутникового телевидения полностью рассеивается (поглощается) при длине кабеля около 1 м. Поэтому в приемной аппаратуре спутникового телевидения необходимо предусмотреть такое устройство, которое могло бы снизить частоты сигналов, передаваемых по кабелю от антенны к ресиверу. Таким устройством и является конвертер.

В истории развития конвертеров можно выделить следующие этапы: параметрические усилители, использующие для усиления высокочастотную «накачку»; системы на туннельных диодах; транзисторные усилители. Сегодня наиболее широко используется система третьего типа, так как транзисторные конвертеры отличаются низкой стоимостью, простотой настройки и хорошими техническими характеристиками, особенно когда появились транзисторы на арсениде галлия (GaAs).

Сигнал, отраженный от зеркала параболической антенны, например в полосе частот 10,9...11,7 ГГи, поступает на МШУ (1), состоящий из нескольких транзисторов (рис. 8.12). Такой МШУ может усиливать принятый с ИСЗ сигнал на 30 дБ. Полосно-пропускаюший фильтр (ППФ), или фильтр верхних

частот (ФВЧ) (2), служит для ослабления шумов зеркального канала и снижения паразитного излучения частоты гетеродина.

Важнейшую роль в устройстве конвертера играют смеситель (3) и гетеродин (4). Последний генерирует сигнал с частотой 10 ГГц, который подается на смеситель (3). В смесителе происходит основное преобразование: из сигнала спутникового телевидения благодаря сигналу гетеродина вычитается 10 ГГи. Результирующий сигнал поступает на усилитель промежуточной частоты (УПЧ) (5) в полосе частот 0,9...1,7 ГГц. В такой полосе сигнал спутникового телевидения можно подавать по кабелю к ресиверу. Однако в каскадах ФВЧ и смесителе было дополнительное затухание сигнала порядка 10...12 дБ. Поэтому перед подачей спутникового сигнала в кабель УПЧ повышает его уровень примерно на 30 дБ.

Конвертер предназначен для установки в фокусе параболической антенны с соотношением F/D, равным 0,2...0,4 (рис. 8.13). Например, фокусное расстояние F = 750 мм, а диаметр D = 2000 мм. В данном случае отношение F/D = 0,375.

СВЧ преобразователь снижает частоту сигналов передатчика спутника в полосе частот 10,95...11,36 ГГц на 10 ГГи и имеет коэффициент шума (Кш) не более 5...6 дБ. По сравнению с Кш конвертеров современных зарубежных фирм это низкий показатель. Однако необходимо учесть то, что этот конвертер предназначен для самостоятельного изготовления опытными радиолюбителями. Низкий Кш можно

компенсировать установкой осесимметричной антенны большого диаметра, например 1,5...2 м.

Преобразователь построен по схеме прямого усиления без предварительного усиления сигнала в полосе частот 10,95...11,36 ГГц. Такая схема тракта весьма проста, а усиление спутникового сигнала приходится на УПЧ в полосе частот 0,95...1,36 ГГи.

Сигнал ПЧ создается в смесительном диоде VD1 типа АА112А, а ответственную роль гетеродина выполняет диод VD3 типа АА703А (или типа АА703Б).

Названия типов диодов расшифровываются следующим образом:

первый элемент названия диода — буква А, это соединения галлия, из которых изготовлен диод;

второй элемент — буква, указывает подкласс полупроводникового прибора: А — диоды СВЧ;

третий элемент — трехзначное число, указывает назначение и качественные особенности полупроводникового прибора, а также порядковый номер разработки: диоды, в шифрах которых есть цифры от 101 до 199,— смесительные диоды СВЧ; диоды, в шифрах которых цифры от 701 до 799, — генераторные диоды СВЧ;

четвертый элемент — буква, которая указывает разновидность типа в названное группе полупроводниковых приборов.

Таким образом, диод типа АА703А — это СВЧ генераторный диод, который изготовлен из соединений галлия. Этот диод является наиболее важной деталью в конвертере. Диоды такого класса носят название диодов Ганна (создан в 1963 году). В отличие от выпрямительных, туннельных и диодов других типов, работа в которых определяется в р-n переходах, принцип действия диодов Ганна обусловлен процессами, возникающими в однородном полупроводнике с электронной проводимостью (без р-n перехода). Диод Ганна имеет динамическое отрицательное сопротивление, которое возникает благодаря объемному эффекту (эффекту Ганна) в таком однородном полупроводнике, поэтому при подключении к резонатору он может генерировать колебания СВЧ. При подключении к диоду высокодобротных резонаторов частота колебаний слабо зависит от напряжения питания диода и его нагрева и в основном определяется настройкой резонатора.

Конвертер работает следующим образом. Сигнал ПЧ через разделительный конденсатор С2 подается на малошумящий транзистор VT1, нагрузкой которого является индуктивность L2. Второй каскад на транзисторе VT2 является

таким же усилителем сигнала ПЧ, как и первый на транзисторе VT1.

Окончательное усиление сигнала ПЧ осуществляется в третьем каскаде на транзисторе VT3 до уровня те менее 25 дБ. Как и в первом каскаде, в усилителях ПЧ на транзисторах VT2 и VT3 в цепи коллектора используются индуктивности L3 и L4. На резисторе R9, установленном в эмиттерной цепи этого транзистора, создается отрицательная обратная связь по постоянному току, которая через резисторы R2, R4, R6 подается соответственно на базы транзисторов VT1...VT3. Резистор R 10 ограничивает величину тока через диод VD2 типа КС162А, предназначенный для двустороннего ограничения напряжения.

Постоянный ток транзисторов VT1...VT3 можно изменять путем подбора сопротивления резисторов R3, R5, R7. Величина тока коллектора определяет шумовые характеристики транзистора. Поэтому необходимо подбирать величину тока для каждого транзистора, что особенно важно для первого каскада усиления на транзисторе VT1. В принципиальной схеме приведены номиналы сопротивлений этих резисторов, которые являются оптимальными для транзисторов типа КТ3115 или КТ3132.

Через индуктивность L1 и резистор R1 протекает постоянный ток сдвига рабочей точки смесительного диода VD2. Контрольная точка КТ1 предназначена для подключения миллиамперметра для измерения величины этого тока.

Через индуктивность L5 протекает ток источника питания (напряжение питания — в пределах +9...15 В), поскольку СВЧ преобразователь питается по тому же коаксиальному кабелю, по которому поступает выходной сигнал ПЧ ко входу ресивера.

Параллельно проходным конденсаторам С4, С8, С13 желательно включить конденсаторы емкостью 4,7 пф (на рис. 8.13 не показаны). Это улучшит блокировку эмиттеров транзисторов VT1...VT3.

В усилителе ПЧ применены следующие радиодетали.

Индуктивности L1 и L5 — катушки из медного провода длиной 65 мм, диаметром 0,1...0,2 мм, намотанного на оправке диаметром 4 мм. Индуктивности L2...L4 — медные посеребренные провода диаметром 1 мм и длиной 10 мм, которые находятся на высоте 2 мм от дна корпуса усилителя.

Конденсаторы С2, С5, СП, С14 типа КД-1; конденсаторы С4, С8, С13 типа КТПМ; конденсаторы С16 типа К53-1 или аналогичный; конденсаторы С1, СЗ, С7, С9, С12, С15 типа КМ-5, у которых при монтаже оставлены минимальные выводы.

Резисторы R2, R4, R6 типа С-23-06 или аналогичные;

резистор R10 типа MAT-0,25, остальные резисторы — типа МЛТ-0,125.

Соединитель XI любого типа для соединения с коаксиальным кабелем с волновым сопротивлением 50 Ом, например СР-50.

Конструкция усилителя ПЧ конвертера может быть выполнена следующим образом. Усилитель помещают в цилиндрический влагонепроницаемый корпус, который изготовлен из тонкой листовой латуни (рис. 8.14).

На рис. 8.15 показан один из вариантов монтажа усилителя ПЧ преобразователя. Радиоэлементы VD1, R3, R5, R7, R8, R9, VD2 находятся с нижней стороны монтажной платы.

На рис. 8.16 схематично показано устройство части СВЧ преобразователя, в котором осуществляются генерации напряжения гетеродина и его смешивание с входным сигналом от передатчика ИСЗ.

Входной сигнал, отраженный от зеркала параболической антенны, поступает в круглый волновод (1), внутренняя поверхность которого должна быть полированной для уменьшения потерь сигнала. Далее сигнал поступает на плавный переход (2) с круглого волновода (1) на прямоугольный (3), который конструктивно состоит из двух симметричных частей. Между этими частями находится медная фольга определенной конфигурации, создающая электрическую линию (4). Эта линия обеспечивает режим холостого хода смесительного диода VD1 (см. рис 8.13) на частоте спутникового сигнала и короткого замыкания на зеркальной частоте, что обеспечивает снижение потерь преобразования.

Сигнал ПЧ с диода VD1 через полосковый фильтр (см. рис. 8.26) поступает на усили

тель. Фильтр создает короткое замыкание для частот принимаемого сигнала и гетеродина Между двумя фторопластовыми пластинами толщиной 1 мм зажата полосковая линия из медной фольги. Выходы смесительного диода VD1 припаяны к фольге как можно ближе к корпусу диода для уменьшения индуктивности выводов.

С другой стороны прямоугольного волновода (5) находится гетеродин (9) (диод Ганна), закрепленный в резонаторе (7). Питание диода (9) блокировано конструктивным конденсатором (8) (см. рис. 8.24). Цилиндрический резонатор (7) пространственно связан с волноводным отверстием (6).

Внешний вид конструкции СВЧ преобразователя показан на рис. 8.17. Верхняя обкладка блокировочного конденсато-

pa (6) изолирована от крышки резонатора (4) картонной прокладкой. Диод Ганна зажимается винтом (7), который ввинчивается в верхнюю обкладку блокировочного конденсатора. Внутренние поверхности резонатора полируют для повышения качества работы резонатора.

Прямоугольный волновод (рис. 8.18, 8.19) состоит из двух частей (рис. 8.20—8.24). Настройку СВЧ преобразователя начинают с гетеродина. Собирают гетеродин отдельно и подключают к нему регулируемый источник постоянного напряжения 0...12 В. При этом необходимо строго соблюдать полярность — широкий конец диода АА703А должен быть подключен к отрицательной полярности источника питания. Постепенно увеличивая напряжение, контролируют напря-

женность поля около выходного отверстия индикатором, который представляет собой диод сантиметрового диапазона (например, типа АК или ДКВ). К диоду подключают микроамперметр, например магнитофонный индикатор уровня марки М476. Если индикатор не зашкаливает при приближении диода к отверстию резонатора с увеличением напряжения до 12 В, то ко дну резонатора винтом М2 прикрепляют шайбу из фторопласта толщиной 2...3 мм, просверлив в ней отверстие для диода гетеродина.

Подбирая толщину или размер фторопластовой шайбы, добиваются устойчивой генерации. Это делают следующим образом: индикатор напряженности ставят вблизи отверстия, со стороны индикатора просовывают отражающую пластину. При этом измеряют расстояние между двумя положениями пластины, при которых показания индикатора изменяются с одного минимума на другой. Это будет половина длины волны в воздухе (для частоты 10ГГц—15мм). Подрегулировать частоту гетеродина можно фторопластовым винтом М5, который завинчивается в крышку резонатора.

После достижения необходимой частоты гете-

родин подключают к усилителю ПЧ преобразователя и замеряют ток через диод VD1 типа АА112А. Ток должен быть в пределах 2...5 мА (подключенный к контрольной точке КТ1 индикатор М476 показывает 0 дБ).

Если через транзисторы VT1...VT3 протекает ток и отсутствует генерация (самовозбуждение) усилителя, то усилитель ПЧ преобразователя работоспособен. Потребление тока при напряжении питания 9...12 В составляет не более 350 мА.

Для непосредственного вешания со спутников используются два основных диапазона: С-диапазон (3,5...4,2 ГГи) и Ku-диапазон (10,7...12,75 ГГи). Ки-диапазон условно разбит на три части, которые также называются диапазонами.

Первый диапазон с полосой частот 10,7...11,8 ГГц обозначается FSS (Fixed Satellite Services), второй с 11,8...12,5 ГГц — DBS (Direct Broadcasting Satellite), третий с 12,5...12,75 ГГц — TELECOM.

Конвертеры С-диапазона принимают все сигналы «своей» полосы частот, но они абсолютно не пригодны для приема в Ки-диапазонах. Поэтому для диапазонов С и Ки необходимо использовать разные конвертеры.

Выпускаемые С-диапазонные конвертеры в основном предназначены для профессионального приема. Существуют и С-диапазонные конвертеры для индивидуального приема, например OXBRIDGE, VECOM, CALIFORNIA AMPLIFER, GARDINER. Часть выпускаемых моделей совмещены с облучателями.

Ки-конвертеры бывают трех типов: однодиапазонные с полосой частот 10,7...11,8 ГГц, двухдиапазонные с 10,7...12,5 ГГи и трехдиапазонные (Full Band) с полосой частот 10,7...12,75 ГГи.

Важнейшим параметром каждого конвертера является частота гетеродина, которую кратко обозначают LOF (Local Oscillator Frequency). В первых однодиапазонных конвертерах (см. рис. 8.12) частота гетеродина равнялась 10 ГГи. В современных полнодиапазонных конвертерах приняты другие значения частот гетеродинов. Для полнодиапазонных конвертеров дополнительно сообщают два параметра: LOF-1 (частота гетеродина 9,75 ГГи) и LOF-2 (10,6 или 10,75 ГГи). Эти указания дают возможность определить, какой сигнал предельной частоты будет принят спутниковым ресивером.

Конвертер состоит из следующих основных узлов (рис. 8.25). МШУ (1) усиливает спутниковый сигнал в полосе частот 10,9...12,7 ГГц, который подается на делитель (2). После разделения на два канала сигналы подаются через ППФ (3) на смесители (5). На каждый из смесителей подается сигнал от гетеродина (4). Low — низкочастотный гетеродин, High — высокочастотный.

Переключение диапазонов происходит путем переклю-

чения только гетеродинов (4) и первых каскадов УПЧ (6) каждого диапазона напряжением 13/18 В, поступающим по центральному проводнику коаксиального кабеля.

С того или иного УПЧ (6) сигнал поступает на делитель (7) и далее на второй УПЧ. Такие конвертеры выпускают фирмы «ECHOSTAR», «CHAPARAL», «CALIFORNIA AMPLIFER», «GARDINER». Сейчас получили распространение полнодиапазонные конвертеры другого типа (рис. 8.26). Сигналы спутников, находящихся на орбите, различаются по поляризации, что требует ее плавной подстройки. Например, вертикальная поляризация на спутниках TELECOM на 30° отличается от поляризации на спутнике EUTELSAT.

В волноводах таких конвертеров зонды V и Н поляриза-

ций расположены соосно, под углом 90°. В такой конструкции (предложена фирмой «CAMBRIDGE») один зонд затеняется другим, в связи с этим коэффициент шума V и Н поляризаций не одинаков.

Входные транзисторы по V и Н поляризациям работают на общую согласующую цепь (все МШУ). В отличие от предшествующих полнодиапазонных конвертеров этот имеет общий ППФ (2) на оба диапазона 10,7...12,7 ГГц. На смеситель (4) в нем переключаются только гетеродины (3) (Low и High), что существенно упрощает схемные решения и уменьшает габариты конвертера.

В конвертере CAMBRIDGE используется также УПЧ (5) на высокочастотных микросхемах (по усилению заменяет два СВЧ транзистора), что позволило сократить количество усилительных элементов.

В конвертерах фирм MNI и LASAT найдено оригинальное решение: смеситель и гетеродин собраны на одном транзисторе. В результате в конвертере стало одним каскадом меньше.

В конвертере OXFORD применена СВЧ микросхема, объединяющая оба гетеродина, смеситель и усилитель ПЧ. Такое решение стало очередным шагом к миниатюризации бытовых конвертеров.

Таким образом, полнодиапазонный конвертер (встречается название «интегральный») содержит два однополосных в одном корпусе с совмещенным облучателем. Конвертер, совмещенный с облучателем, сокращенно обозначается LNBF, т. е. LNB Full Band (рис. 8.27).

Конвертер справа имеет два выхода для одновременной регистрации сигналов V и Н поляризаций. В Full Band конвертерах сохранено переключение V и Н поляризаций напряжением 13/18 В (в первом и втором диапазонах способ один и тот же). Это означает, что интегральные полнодиапазонные конвертеры могут быть использованы совместно с ресиверами старого типа с полосой частот 10,7...11,8 ГГц. В конвертере также осуществляется переключение гетеродинов для работы в диапазонах FSS или DBS.

В современных так называемых «универсальных»,конвер-терах верхний диапазон (DBS и TELECOM) включается с помощью тонового сигнала 22 кГц, который имеет форму меандра амплитудой 0,6 В. При появлении в коаксиальном кабеле (здесь же передается промежуточная частота от конвертера к ресиверу) сигнала 22 кГц, который добавляется к постоянному напряжению питания конвертера 13/18 В, приводится в действие второй гетеродин (LOF-2). В этом случае конвертер будет принимать сигналы частот диапазона 11,7...12,75 ГГц. Без сигнала с частотой 22 кГц в действие приводится только первый гетеродин (LOF-1), и конвертер работает как однополосный. Напряжение 13/18 В в таких универсальных конвертерах используется для переключения поляризации.

Универсальные конвертеры выпускают фирмы «OXFORD», «OXBRIDGE», «CAMBRIDGE», «VECOM», «GRUNDIG» и др.

Следует отметить, что конвертер усиливает не только полезный сигнал, но и приходящие с ним шумы. Кроме того, как и любой электронный прибор, он сам повышает уровень шума. Для конвертеров Кu-диапазона шум измеряется в децибелах.

Лучшие конвертеры имеют коэффициент шума 0,5...0,8 дБ, худшие — 1,0...1,3 дБ и более. При использовании конвертера с меньшим Кш можно «сэкономить» на диаметре параболической антенны при том же качестве воспроизведения изображения на экране телевизора.

Шум конвертеров С-диапазона измеряется в градусах Кельвина (К) и лежит в пределах 15...50 К. Чем меньше шум конвертера (значение Кш ниже), тем меньше он вносит искажений в телевизионный сигнал и тем дороже стоит.

Если необходимо вести прием в диапазонах С и Кu, в фокусе антенны можно установить два конвертера (рис. 8.28). Каждый конвертер имеет свой облучатель и поляризатор. При этом облучатель хотя бы одного конвертера окажется не совсем в фокусе антенны, что несколько снизит коэффициент направленного действия антенны и ослабит принимаемый сигнал. Однако в большинстве случаев в зоне обслуживания спутников такая потеря сигнала может быть практически незаметной.

Второй путь — можно приобрести конструкцию, называемую С/Ки-ротором. Это устройство включает в себя облучатели для С и Кu диапазонов, разделяющие принимаемый электромагнитный поток на две части. С/Кu-роторы совмещены с электромеханическими поляризаторами. Эта конструкция снижает стоимость системы и упрощает процесс

Основные недостатки конструкции С/Кu-ротора следующие:более значительные потери мощности сигналов Ku-диапазона; частый выход из строя движущихся частей электромеханического поляризатора, особенно при низких температурах.

В настоящее время налажен выпуск совмещенных конвертеров для приема сигналов в С и Кu диапазонах. Такие конвертеры по техническим параметрам пока уступают однодиапазонным конвертерам, однако обеспечение приема в обоих диапазонах является наименее трудоемким. В табл. 8.1 представлены технические и эстетические параметры некоторых конвертеров Кu-диапазона.

Выход конвертера соединяется с ресивером с помощью коаксиального кабеля, на концах которого необходимо установить так называемые F-соединители.

На рис. 8.29 показаны F-соединитель (слева) и этапы подготовки (разделки) коаксиального кабеля для соединения с ним. На первом этапе снимают защитную оболочку кабеля. Затем с центрального проводника кабеля снимают изоляцию (диэлектрик внутри оплетки кабеля). На третьем этапе оплетку кабеля отгибают на защитную оболочку. После этого

на кабель насаживают F-соединитель. При этом роль центрального штыря соединителя выполняет внутренний проводник кабеля. При стыковке F-соединителя с кабелем дополнительная пайка не нужна.

Далее необходимо обеспечить защиту места стыковки от атмосферных осадков (рис. 8.30). На место соединения наматывают 8...10 витков изоляционной ленты типа ПХВ. Чтобы лента с

течением времени самопроизвольно не разматывалась, на место стыковки необходимо наложить проволочный бандаж. На конвертер, а также на выходной соединитель с коаксиальным кабелем, постоянно воздействуют атмосферные явления и другие факторы. Как правило, производители конвертеров не снабжают его защитным футляром. Поэтому некоторые владельцы спутниковой аппаратуры устанавливают защитные устройства самостоятельно. Конструкцию защитного устройства(рис. 8.31) предложил В. Ткачев (г. Лоев).

Она состоит из трех основных деталей: алюминиевой полоски толщиной 1,5...2 мм и длиной 140...160 мм; дуги для крепления конвертера; пластмассовой прозрачной бутылки.

Используют две полоски, в которых предварительно просверливают два отверстия и в них нарезают резьбу М4. Затем полоски изгибают (рис. 8.31,б)и привинчивают к дуге крепления головки.

Следующий этап — изготовление футляра из пластмассовой прозрачной бутылки объемом 1 л. Затем конвертер закрепляют и настраивают на рабочее положение. Сверху надевают пластмассовый футляр, в котором просверливают четыре отверстия напротив отверстий в полосках алюминия. Футляр закрепляют болтиками над конвертером, находящимся внутри. В результате конвертер защищен от дождя и снега. Для защиты от перегрева прямыми солнечными лучами пластиковую заготовку изнутри окрашивают в белый цвет.

Однако установка защитного футляра приводит к дополнительному затенению зеркала параболической антенны, что снижает коэффициент использования его поверхности. При слабом уровне сигнала спутникового ретранслятора в месте установки антенны защитный футляр значительно ухудшает качество телевизионного приема.

8.3. Приемники спутникового телевидения

В мире уже существует множество торговых марок спутниковых ресиверов. Фактически любой из них можно использовать для индивидуальной приемной системы спутникового телевидения. Ни одна из фирм-производителей ресиверов не поставляет владельцу принципиальных электрических схем, поэтому познакомимся с принципом работы узлов ресивера с помощью упрощенной радиолюбительской схемы (рис. 8.32).

Ресивер представляет собой УКВ ЧМ приемник с полосой пропускания 30 МГц. Сигнал от СВЧ преобразователя по коаксиальному кабелю поступает на входной перестраиваемый фильтр (ПФ1), подавляющий зеркальный канал. Усилительный каскад (УК-1) компенсирует потери сигнала в фильтре. Затем сигнал подается на смесительный каскад (См1). Сюда же идет сигнал от гетеродина, перекрывающего широкий спектр частот 1,25...2,2 ГГц в зависимости от положения регулятора «Настройка». В смесителе (См1) выделяется первая промежуточная частота 450 МГц (среднее значение) и усиливается резонансно-полосовым усилителем (РПУ). Далее в цепи усилителя РПУ включается аттенюатор АТТ, который выравнивает уровень сигнала при сильных изменениях его на входе.

После аттенюатора ослабленный сигнал вновь усиливается каскадом (УК2) и поступает на второй смеситель (См2).

Необходимость использования этого устройства обусловлена тем, что на частоте 450 МГц очень трудно получить большое усиление и крутые фронты фильтров. Поэтому первая промежуточная частота преобразуется во вторую на 70 МГц. Для этого используется второй гетеродин, вырабатывающий сигнал с частотой 520 МГц.

Далее следует широкополосный усилитель (ШУ) на двух транзисторах. Столь сложная схема усилителя оправдана в первую очередь его стабильностью. ШУ не склонен к самовозбуждению, а между его каскадами включен фильтр нижних частот (ФНЧ), который резко подавляет спектр частот выше 84 МГц.

Усилительный каскад (УКЗ) компенсирует потери в ФНЧ. Затем фильтр высоких частот (ФВЧ) подавляет все частоты ниже 54 МГц. Таким образом формируется полоса шириной 30 МГц, необходимая для пропускания полного цветового телевизионного сигнала (ПЦТС).

После ФВЧ сигнал поступает на усилительные каскады (УК1) и (VK5), которые осуществляют дополнительное усиление ПЦTC перед подачей его на устройство ограничения.

Детектор обеспечивает полосу детектирования частотно-модулированного сигнала 30 МГц при средней частоте 70 МГц. При превышении определенного уровня сигнала на входе ограничителя сигнал усиливается усилителем УК АРУ и подается на аттенюатор (АТТ), который шунтирует сигнал на «землю».

Полученный после ЧМ детектора сигнал усиливается видеоусилителем (ВУ), который обеспечивает полосу пропускания до 6 МГц. Далее включается видеофильтр (ВФ), обеспечивающий компенсацию частотных предыскажений в передающих трактах Земля — спутник и спутник — Земля. Это обусловлено свойствами ЧМ сигнала. Практически устройство ВФ ограничивает высокие частоты и полностью «срезает» сигнал выше цветовой поднесущей.

На выходе канала изображения приемника установлен двойной эмиттерный повторитель (ЭП). Столь мощный выход необходим для работы на коаксиальный кабель, длина которого может достигать десятков метров, а также для подключения нескольких телевизоров через согласующие устройства.

В приемнике предусмотрена автоматическая подстройка частоты (АПЧ), хотя практически в ней нет необходимости. Поэтому в приемнике предусмотрена возможность отключения АПЧ.

В системе спутникового телевизионного вешания по каналу связи кроме сигнала изображения передается и другая информация. Это обычное звуковое сопровождение на поднесушей частоте в пределах 5...10 МГц. Есть еще и стереофоническое звуковое сопровождение, отдельные звуковые каналы, передающие стерео и монорадиограммы, код шифрованных телевизионных каналов и др. Так как программ много и звуковое сопровождение может быть на разных поднесуших частотах, необходима оперативная перестройка приемника. Этим оправдана относительно сложная часть звукового тракта.

На звуковой тракт сигнал поступает с ЧМ детектора через полосовой фильтр (ПФ2), настроенный на среднюю частоту 6,5 МГц, и далее — на вход смесителя (СмЗ). Здесь используется микросхема, которая выполняет роль как смесителя, так и гетеродина. Последний перестраивается в пределах 15,7...18,7 МГц.

На выходе микросхемы получаем ПЧ звука, равную 10,7 МГц. Это уже стандартная ПЧ для УКВ ЧМ приемников и в тракте звука можно использовать стандартный ПЧ фильтр Z1 на частоту 10,7 МГц.

После усиления и ограничения сигнал поступает на ЧМ детектор и далее — на усилитель звуковой частоты (УЗЧ) и громкоговоритель (Гр). Сигнал звукового сопровождена можно подать на вход УЗЧ бытового телевизора.

Автоматическая подстройка частоты звука (АПЧ) очень желательна, так как при сильном сигнале она проводит «захват» звуковой поднесушей и в большинстве случаев не требует ручной перестройки при переключении каналов.

Спутниковый ресивер по внешнему виду и размерам напоминает видеомагнитофон (рис. 8.33, 8.34).

К внешним устройствам ресивер подключается с помощью соединителей типа «колокольчик» и SCART (рис. 8.35). Внешний вид контактов соединителя SCART показан на рис. 8.36. На рис. 8.37 показаны выходные гнезда отечественного ресивера «Витязь ТСТ-002С».

Управление всеми ресиверами осуществляется с помощью пульта дистанционного управления (ПДУ). В ПЛУ

(рис. 8.38) вмонтирован передатчик команд, работающий на инфракрасных лучах (ИКЛ). Непосредственно в ресивере находится приемник ИКЛ.

Важнейшей характеристикой любого ресивера является его статический порог, который определяет отношение сигнал/шум на выходе ресивера от отношения сигнал/шум сигнала, поступающего на вход ресивера с конвертера (рис. 8.39). Общепринятой величиной статического порога является 6 дБ. При уменьшении этого соотношения изображение на экране телевизора резко ухудшается.

В табл. 8.2 приведены характеристики некоторых зарубежных ресиверов спутникового телевидения, работающих по аналоговым системам цветного телевидения.

Ресивер может быть подключен к телевизору несколькими способами (рис. 8.40). Эфирная антенна наземного телевидения включается в гнездо ANT IN ресивера, далее через ряд соединителей сигнал подается на антенный вход телевизора. С ресивера сигнал поступает на видеомагнитофон и телевизор, например в 36-м канале ДМВ, поэтому те-

левизор должен быть оснащен селектором каналов (СКД) ДМВ. Если этот канал занят местным эфирным вещанием, то в ресивере и видеомагнитофоне предусмотрена возможность перестройки на другой канал ДМВ по усмотрению владельца аппаратуры.

В большинстве современных моделей телевизоров предусмотрены низкочастотные входы в виде соединителей SCART или «коло-

кольчик». Предпочтительно подключать ресивер к телевизору с помощью кабеля, который завершается с обеих сторон соединителем SCART или двумя соединителями «колокольчик». В случае низкочастотного подключения телевизор необходимо перевести в режим монитора согласно инструкции по его эксплуатации («Режим AV»).

Необходимо обратить внимание на наличие в телевизоре декодера PAL/SECAM, чтобы иметь возможность принимать телевизионные передачи с западноевропейских спутников в цвете и со звуковым сопровождением.

Многие спутники ведут телевизионное вещание по стандарту D2-MAC. Ни один из бытовых телевизоров не может принять передачи по этому стандарту, поэтому к ресиверу необходимо дополнительно подключить декодер D/D2-МАС. Некоторые ресиверы имеют встроенный D/D2-MAC (табл. 8.3).

Таблица 8.3

Сложнее обстоит дело с приемом цифрового телевидения по стандарту MPEG-2. В этом случае необходимы специальный телевизионный приемник и замена всего тракта системы приема спутникового телевидения, пожалуй, за исключением антенны. Те, кто хочет вести прием программ с ИСЗ по стандарту MPEG-2, должны приобрести новый комплект оборудования. И это оправдано, так как, например, после запуска спутников НОТ BIRD-3...6 владелец аппаратуры цифрового телевидения сможет смотреть около 400 программ только с одной позиции 13° Е.

Выбирая ресивер, следует обратить внимание на одну из важнейших его характеристик. Это ширина полосы первой ПЧ, т. е. частоты, поступающей на вход ресивера после конвертера, который преобразует СВЧ, передаваемые со спутника, в более низкие, удобные для дальнейшей обработки. Чем шире полоса промежуточной частоты, тем большее количество спутниковых программ вы сможете охватить. В современных ресиверах часто встречаются полосы частот 950...2050, 700...2050 и 900...2150 МГц. Третий вариант позволяет принимать весь Кu-диапазон в системе с универсальным конвертером.

Современные ресиверы позволяют корректировать качество изображения различных спутниковых каналов за счет уменьшения ширины промежуточной частоты видеосигнала

с 36 до 9 МГц. Она может меняться плавно, с шагом 1 МГц (ресивер Echostar 8700) или дискретно: 9/13/15/27 МГц (ресивер Manhatten 7400+ и др.) Сужение полосы позволяет избавиться от импульсных помех, но при этом цветное изображение становится более тусклым и невыразительным.

Для переключения частотных поддиапазонов гетеродина полнодиапазонного или двухдиапазонного конвертеров в ресиверах часто предусмотрен тоновый генератор частотой 22 кГц. Опытные радиолюбители могут самостоятельно собрать генератор по схеме (рис. 8.41).

Задающий генератор прямоугольных импульсов с частотой 22 кГц собран на микросхеме DA1. С выхода 3 через резистор R4 импульсы подаются на базу транзистора VT1. Когда транзистор закрыт, на диоде VD2 падает напряжение (около 0,7 В). Когда транзистор открыт, диод VD2 шунтируется малым сопротивлением его перехода эмиттер-коллектор и снижение напряжения на диоде составляет примерно 0,1 В. Подбором сопротивления резистора R 4 устанавливают такой режим работы транзистора VT1, чтобы он был надежно открыт при отрицательном импульсе на базе и надежно закрыт при положительном.

Подбором сопротивления резистора R3 устанавливают частоту импульсов на выводе 3 DA1, равную 22 кГц (период колебаний 42...50 мкс).

Стабилитрон VD1 обеспечивает неизменность частоты тона при переключении напряжения питания 13/18 В. Развязывающий фильтр в цепи питания не нужен. При напряжении питания 18 В генератор потребляет ток 8 мА.

Прибор предназначен для использования двухдиапазонных конвертеров с ресиверами, не имеющими управляющего сигнала 22 кГц. Он разработан в лаборатории спутникового телевидения фирмы «General Satellite».

Часто возникает вопрос о просмотре телевизионных программ с нескольких спутников, которые находятся на разных позициях ГСО. С помощью специальных устройств антенна может дистанционно позиционироваться на разные спутники. Передвигает специальное приспособление — актуатор. Это обычный выдвижной рычаг-толкатель с электродвигателем, управляемый электрическими сигналами.

Обычно для антенн диаметром 1,2...1,5 м используется 12-дюймовый актуатор (12 дюймов — его длина), а для антенн диаметром 1,8...2,0 м — 18-дюймовый. Для антенн меньших диаметров обычно используется другое поворотное устройство — SuperMount (супермаунт), которое позволяет, в отличие от актуатора, вращать антенну «от горизонта до горизонта», «захватив» при этом все спутники, с которых возможен прием сигнала. Супермаунты менее устойчивы к ветровым нагрузкам, чем устройства с актуатором, поэтому они используются только для антенн диаметром 0,9...1,2 м.

Для управления актуатором или супермаунтом необходимо специальное устройство — позиционер, который подает управляющие сигналы и питание на актуатор. Управляющие сигналы — это импульсы от датчиков актуаторов. Например, чтобы сориентировать антенну на первую позицию, необходимо послать 400 импульсов, на вторую — 600, а на третью — 300. Для идентификации положения антенны следящие системы используют реверсивные счетчики, которые ведут отсчет в прямом и обратном направлениях. Они считают каждый импульс датчика, причем счетчик срабатывает только на замыкание или на размыкание геркона (герметизированный контакт — реле).

Иногда позиционер выполняют в виде отдельного блока, который по форме напоминает ресивер. Однако есть некоторые модели ресиверов, интегрированных с позиционером (табл. 8.4).

Если позиционер выполнен в виде отдельного блока, необходимо, чтобы ресивер имел функцию управления внешним позииионером. Управление перемещением антенны может осуществляться по заданной программе, с помощью которой осуществляется наведение на 6...10 и более спутников. Необходимо обращать внимание на то, чтобы ток управления актуатором был необходимой величины для данной модели ресивера.

К сервисным возможностям ресивера можно отнести функции телетекста и таймера. Практически все современные модели ресиверов снабжены таймером, который включает и выключает спутниковый приемник в определенное время. Эту функцию удобно использовать для записи передач на видеомагнитофон.

Например, ресивер NTV-3000, предназначенный для приема программ НТВ-Плюс, благодаря наличию таймера и третьего соединителя SCART позволяет в отсутствие пользователя записывать передачи со спутника с программированием начала записи на 28 дней вперед. При этом не нужно оставлять телевизор включенным.

Многие ресиверы имеют «родительский ключ», чтобы не допустить детей к тем или иным программам. Тот же ресивер NTV-3000 позволяет закрыть паролем доступ к любому каналу. Это очень удобно, если ребенок, когда он дома один, смотрит боевики или репортажи со спортивных матчей, вместо того, чтобы делать уроки. Наличие эротических передач на НТВ-Плюс делает эту функцию еще более актуальной.

Количество каналов, запоминаемых ресивером, в дорогих моделях может быть от 99 до нескольких сотен. Обычно ресиверы запрограммированы на наиболее популярные в Европе каналы. Однако часто возникает необходимость переименовать заложенные в память спутникового приемника программы. Многие ресиверы позволяют это сделать.

Как и для видеосигнала, для сигнала звукового сопровождения важную роль играет ширина промежуточной частоты. Сужая эту полосу, можно отстраниться от помех, пожертвовав качеством звука. В разных моделях ресиверов полоса ПЧ звука изменяется или плавно в пределах 130...600 МГц (все модификации ресиверов Расе), или дискретно: 110/180/280/380 МГц (ресиверы Echostar LT730, LT950 и др.)

Некоторые спутники передают наиболее популярные программы на нескольких языках. Например, программа Eurosport со спутника НОТ BIRD-1 передается на шести языках, для

этого используется соответствующее число поднесуших частот. Ресивер позволяет владельцу спутниковой системы выбрать звуковое сопровождение на одном из них по своему усмотрению.

Любой ресивер может принимать звуковое сопровождение в моно- или стереоварианте, однако только некоторые модели имеют систему воспроизведения «объемного звучания». Для меломанов в некоторых моделях существует функция Dolby Pro-Logic surround sound, которая позволяет моделировать различные аудиоэффекты (студия, театр, стадион, космос и др.). Это ресиверы моделей Расе MSS 538G, Amstrad SRX2001 и др.

Большинство спутниковых приемников предполагает использование внешнего усилителя звуковой частоты в телевизоре, аудиосистеме. Однако появились модели Расе MSS 1034 и 1038, которые имеют УЗЧ мощностью 4 х 25 Вт. К ним достаточно подсоединить акустические колонки.

9.1. Системы кодирования телевизионного изображения

Организация вещания через ИСЗ требует больших затрат, которые состоят из стоимости создания программ и стоимости линии связи от источника программы до абонента. Коммерческие каналы демонстрируют фильмы, шоу, спортивные, эротические и другие передачи, на которые затрачиваются немалые средства. Поэтому эти каналы обычно и кодируют, так как это единственный способ возместить расходы на создание коммерческой программы. Кодирование канала заставляет абонента оплачивать просмотр: потребителю приходится покупать декодер и карточку-ключ и в большинстве систем платить абонентскую плату.

В системе обслуживания абонентов кодированных каналов с помощью компьютера ведется учет абонентской платы, продажи декодеров или карточек, а также в месте источника программы вырабатываются сигналы на адресное включение и выключение декодеров. Зашифрованная кодовая посылка чаше всего .передается на ИСЗ в составе телевизионного сигнала в скрытом виде. Декодер наземной станции принимает кодированный сигнал и декодирует его в зависимости от того, получено разрешение на открытие (декодирование) принятого сигнала или нет. Кодирующее устройство может находиться и на передающей спутниковой станции.

Принцип кодирования телевизионных программ заключается в искажении импульсов синхронизации разверток или самого видеосигнала. В первом случае устройство синхронизации телевизионного приемника не может обнаружить

начало синхронизирующих импульсов по строкам и полям. В результате полностью нарушается работа устройства синхронизации и на экране телевизора видно только хаотическое мелькание полос (рис. 9.1).

Восстановление искаженных сигналов синхронизации разверток для специалистов в области несанкционированного доступа (проще говоря, пиратов) — дело несложное, поэтому системы с этим методом кодирования были быстро «вскрыты».

Разработчики методов кодирования вынуждены искать более совершенные способы закрытия видеосигнала. Следующим этапом в этом направлении стал переход на цифровую обработку видеосигнала.

С помощью быстродействующего аналого-цифрового преобразователя (обычно 8- или 10-разрядного) аналоговый видеосигнал переводится в кодирующем устройстве в соответствии с алгоритмом кодирования. Далее сигнал опять переводится в аналоговую форму для передачи через спутниковый тракт. В декодере наземной станции происходит обратное преобразование. В настоящее время используются два основных метода цифрового кодирования: рассечение и перестановка рассеченных частей строк телевизионного сигнала и перемешивание строк.

Первый используется в системе VideoCrypt и является одним из наиболее распространенных методов кодирования телевизионного изображения в системах непосредственного спутникового вещания стандарта PAL. В кодирующем устройстве каждая строка рассекается в одной из 256 точек, выбранных по псевдослучайному закону, и рассеченные части строки меняются местами (рис. 9.2). Каждая последующая

строка телевизионного изображения рассекается в другой точке. В результате структура изображения практически полностью разрушается. Синхроимпульсы в этой системе не изменяются и звуковое сопровождение не кодируется.

Декодер ресивера делает обратную операцию: рассекает и переставляет части каждой строки телевизионного изображения. Информацию, необходимую для восстановления изображения, декодер получает из двух источников: один ключ передается в интервале гасящего импульса полей, другой распространяется в виде абонентской карточки. Основные секретные ключи находятся в карточке, поскольку декодер не адресный, т. е. не содержит информации, присущей конкретному абоненту.

Метод перемешивания строк применяется в системе Nagravision. Его в основном используют на французских спутниках TELECOM, ведущих передачи по аналоговой системе SECAM. Суть кодировки в системе Nagravision заключается в следующем. Сигнал изображения на передающей стороне переводится в цифровую форму и заносится в память. Далее порядок строк перемешивается по псевдослучайному закону, сигнал переводится обратно в аналоговый вид и подается на передатчик. На приемной стороне осуществляется обратная операция. Как и в системе VideoCrypt, синхроимпульсы не изменяются и звуковое сопровождение не кодируется.

Метод кодирования по системе Nagravision требует наличия в декодере цифровых микросхем памяти, объема которых достаточно для запоминания информации и полукадре, что заметно повышает стоимость декодера. Аля ее снижения была разработана модификация метода (Syster), в которой строки в полукадре разделены на шесть блоков и перемешивание строк осуществляется внутри каждого блока. Это усовершенствование позволило уменьшить объем необходимой памяти и в конечном счете удешевить декодер.

Для авторизации (опознавания) декодера применяется специальный ключ со встроенной микросхемой, аналогичной карточке в системе VideoCrypt. Система кодирования изображения Syster используется на российских спутниках ГАЛС-1, -2 (36°Е).

В связи с широким распространением стандарта D2-MAC в спутниковом вешании возникла необходимость кодирования телевизионных сигналов этого стандарта. В системе D2-MAC яркостные и цветоразностные компоненты изображения передаются отдельно (см. рис. 2.4), поэтому рассечение и перестановка этих компонент также осуществляются раздельно. Эта система, получившая название EuroCrypt, широко используется на спутниках SIRIUS (5,2°E), TELE-X (5°Е), INTELSAT-707 0°W), THOR-1 (0,8°E), TV SAT-2 (0,6°Е).

Для системы кодирования EuroCrypt разработаны два способа: перестановка компонент с двухкратным рассечением и перестановка компонент цветоразностного сигнала. В первом случае обеспечивается больший уровень засекречивания, сигналы яркости и цветности разрезаются каждый в некоторой точке и компоненты их переставляются местами. Место рассечения изменяется по псевдослучайному закону независимо для каждой компоненты (рис. 9.3). Во втором случае при меньшей степени зашиты от рассекречивания рассечению и перестановке подвергается только сигнал цветности.

Если при использовании описанных выше методов кодирования канал звукового сопровождения остается открытым, метод EuroCrypt предусматривает его кодирование. Звуковой сигнал кодируется путем преобразования его в цифровую форму с помощью дельта-модуляции. Для повышения помехозащищенности используется помехоустойчи-

вое блоковое кодирование: цифровой поток преобразуется в пакеты и передается в последовательных строках вместо строчных гасящих импульсов (на рис. 9.4).

С развитием цифрового телевидения появились возможности для создания новых методов кодирования. Сегодня нельзя назвать ни одного достаточно широко применяемого метода кодирования, который не был бы в той или иной мере вскрыт. Эксплуатация любой системы кодирования сводится к борьбе с «пиратами»: смене кодов, карточек, выявлению источника информации и т. д.

9.2. Обзор популярных спутников

Наибольший интерес для телезрителей на территории СНГ представляют спутники EUTELSAT II-F1 и НОТ BIRD-1...5, находящиеся в позиции 13°Е (см. рис. 4.3, 7.7). С этих ИСЗ в широком луче транслируются популярные европейские программы. При соответствующем подборе диаметра антенны и коэффициента шума конвертера эти программы можно принимать вплоть до Новосибирска, поэтому на территории Республики Беларусь особых проблем для приема передач с позиции 13°Е не возникает.

Спутник EUTELSAT II-F1 был запущен на ГСО в сентябре 1990 г. Он имеет семь ретрансляторов с полосой пропускания 72 МГц и девять — с полосой 36 МГц. Мощность передатчика каждого ствола 50 Вт. Шесть широкополосных ретрансляторов постоянно работают в диапазоне 10,95...11,2 ГГц, четыре узкополосных — в диапазоне 12,5...12,75 ГГц. Еще шесть ретрансляторов (пять узкополосных и один широкополосный) могут независимо переключаться с диапазона 11,45...11,7 ГГи на 12,5...12,75 ГГц и обратно.

Прием и передача сигналов осуществляются двумя антеннами (условно назваными «восточной» и «западной»), каждая из которых работает на двух ортогональных линейных поляризациях. На приеме все стволы подключены к восточной антенне в режиме широкого луча, формирующего зону с общеевропейским охватом.

В зависимости от положения переключателей могут формироваться два вида лучей на передачу: широкий с европейским покрытием и ЭИИМ 44...46 дБ на всей территории Европы и узкий суперлуч (суперпучок), охватывающий Центральную Европу с ЭИИМ 50...52 дБ.

В широкополосных стволах с горизонтальной поляризацией, подключенных к узкому пучку, обычно передается по две программы в стволе, поэтому доля мощности, приходящаяся на каждую программу, снижается на 4...5 дБ и диаметр приемной антенны должен быть увеличен.

Существенное улучшение приема европейских программ на территории СНГ произошло после запуска в марте 1995 г. в позицию 13°Е шестого спутника серии EUTELSAT, получившего название НОТ BIRD-1. До этого на ГСО уже работали спутники этой серии: II-F3 (16°Е), II-F2 (10°Е) и II-F4 (7°Е).

Во избежание взаимных помех 16 стволов нового ИСЗ находятся в полосе частот 11,2...11,53 ГГи, не занятой стволами спутника EUTELSAT II-F1. Все стволы используются для распределения телевизионных программ. Отличительной способностью НОТ BIRD-1 является специально разработанная передающая бортовая антенна широкого луча, которая обеспечивает обширную зону обслуживания на востоке.

В 1996 и 1997 гг. на ГСО были запущены соответственно ИСЗ НОТ BIRD-2, HOT BIRD-3. Спутники оборудованы 20 стволами мощностью по 110 Вт каждый. Как и на спутниках EUTELSAT II-F, передающие антенны ретрансляторов имеют по два пучка — широкий и узкий.

Большой популярностью позиция 13°Е пользуется еще и потому, что с имеющихся здесь ИСЗ можно принять 35 некодированных (открытых) программ.

Примечание. М — моновариант; С — стереовариант.

3 табл. У.1. приведены названия программ, частоты Ки-диапазона, на которых их передают, поляризация излучаемых радиоволн, а также поднесушие частоты звукового сопровождения и язык передачи со спутников, позиции 13°Е. Следует отметить, что эти программы передаются по аналоговому стандарту PAL.

В конце 1997 г. в ту же позицию был выведен спутник НОТ BIRD-4 с 20 стволами на борту. Из них 13 работают в диапазоне 10,7...10,95 ГГц, который использовался в то время только в системе спутников ASTRA. В 1998 г. на позицию 13°Е выведен спутник НОТ BIRD-5. На двух последних спутниках этой серии установлен цифровой мультиплексор Skypfex, который позволяет объединять на борту в общий цифровой поток отдельные цифровые потоки, передаваемые различными земными станциями. Таким образом, в конце 1998 г. в позиции 13°Е одновременно работали шесть ИСЗ, транслирующих свыше 400 разных цифровых программ.

При ориентировании антенны на позицию 13°Е и достаточном ее диаметре можно дополнительно принимать программы со спутника EUTELSAT II-F2, находящегося в позиции 10°Е. Этот ИСЗ ретранслирует 13 некодированных программ по стандарту PAL с линейными поляризациями излучаемых радиоволн.

Для направления на спутник EUTELSAT II-F1 и НОТ BIRD-1..5 из Минска необходимо ориентировать антенну по углу места 27,14° и азимуту 197,77°.

Бельгийские спутники ASTRA, сосредоточенные в позиции 19,2°Е, интересны с точки зрения непосредственного приема. Они занимают лидирующее положение в Западной и Центральной Европе. Однако сигнал с них принимается на небольшие антенны только в самых западных районах СНГ (Западная Украина и Беларусь, Калининград, Литва).

Спутники ASTRA-1C, -1D ретранслируют 18 открытых программ по стандарту PAL с линейными поляризациями. Новые спутники ASTRA 1E и 1F имеют специальный восточный луч. Такой же луч планируется на следующих спутниках этой серии — 1G и 1Н. Сигнал восточного луча этих спутников можно принимать на территории Республики Беларусь на антенну диаметром 60...70 см. Однако в настоящее время на этих спутниках нет ни одной аналоговой программы. Судя по всему, они предназначены только для цифрового вешания. Более того, фактически все цифровые пакеты с этих спутников кодированы, а карточки на них продаются только в Западной Европе.

Аля направления на спутник ASTRA из Минска необходимо ориентировать антенну по углу места 28,09° и азимуту 190,25°.

С европейских спутников пока не слышна русская речь. Владельцы спутниковых антенн ищут в космосе передачи на русском языке. Однако тут возникают определенные сложности. Дело прежде всего в том, что российские программы разбросаны по многочисленным спутникам, находящимся на различных позициях ГСО. Передачи эти предназначены для непосредственного приема не на индивидуальные антенны (хотя такой прием возможен), а на специальные антенны большого диаметра наземных приемных станций. Далее принятые с ИСЗ сигналы поступают на местные телевизионные станции наземного эфирного вещания, которое осуществляется в диапазонах MB и ДМВ.

Примечание. SECAM/S — система кодирования канала по методу Syster.

В табл. 9.2 указано размещение российских спутников, которые ведут трансляцию на русском языке в диапазонах С и Кu, на ГСО.

Звуковое сопровождение со всех российских спутников передается в моноварианте. Исключение составляет программа «НТВ+ Музыка», где на поднесуших 7,38 и 7,56 МГц передается стереофоническое звучание.

Наибольший интерес для любителей спутникового телевидения представляет НТВ-Плюс — первый и пока единственный проект платного спутникового телевидения. 17 ноября 1995 г. ракетой-носителем «Протон» с космодрома Байконур был выведен на ГСО спутник непосредственного телевизионного вещания ГАЛС1 в точку 71°Е, где он проходил тестовые испытания. 1 сентября 1996 г. в точку 36°Е от Гринвича был выведен новый спутник ГАЛС2. Туда же переведен спутник ГАЛС1.

На спутнике ГАЛС1 установлены два ретранслятора мощностью 85 и 45 Вт. К сожалению, передатчик мощностью 85 Вт перестал работать еще до начала регулярного вещания. Остался передатчик, который работает на частоте 11,834 ГГц.

На ГАЛС2 установлены три ретранслятора: мощность первого составляет 85 Вт, частота передачи — 11,919 ГГц;

второго — 85 Вт, частота передачи — 12,169 ГГи; третьего — 45 Вт, частота передачи — 11,765 ГГц.

В ноябре 1997 г. компания НТВ-Плюс взяла в аренду спутник TDF-2, принадлежащий европейской организации EUTELSAT. Он был переведен с позиции 19°W в позицию 36°Е. На спутнике находятся три передатчика: два работают на частотах 11,881 и 12,034 ГГи, один остается в резерве.

В настоящее время на позиции 36°Е сосредоточена группа из трех спутников, с которых передается пять телевизионных программ. Звуковое сопровождение программы «НТВ+ Музыка» передается в моноварианте на поднесушей частоте 6,8 МГц и в стереоварианте. Для уменьшения взаимовлияния при стереоприеме стереоканалы разнесены на 180 кГц (7,56 МГц минус 7,38 МГц).

С позиции 36°Е передаются три радиовещательные программы в моно варианте: «Серебряный дождь» (11, 765 ГГц, L), «Руслан» (12,169 ГГи, L) и «Эхо Москвы» (12,169 ГГц, L). Программы «Спорт», «Музыка», «Мир кино», «Наше кино» закодированы по методу SECAM Syster. Программа «Детский мир» передается в открытом канале с конца 1997 г. В порядке эксперимента в некодируемом режиме транслируется основной канал НТВ, который вешает в большинстве российских городов и ряде белорусских. Однако этот транспондер может быть использован и для других телевизионных проектов.

В дальнейшем на позиции 36°Е появятся еще три спутника:

первый — РИТМ/МОСТ1 (BONUM-1) — с восемью транспондерами, второй — EUTELSAT W4 (компания НТВ-Плюс планирует арендовать 16 из 32 его транспондеров), строится еще один российский спутник для НТВ-Плюс — ГАЛС-Р16.

Коммерческая эксплуатация спутника РИТМ/МОСТ1 началась с января 1999 г. Спутник EUTELSAT W4 предполагается запустить на орбиту в следующем году. Спутник

ГАЛС-Р16 планируется вывести на ГСО в 2001 г. Его транспондеры будут использоваться для вешания каналов «НТВ-Плюс» и других проектов компании. Ввод в строй этих спутников позволит увеличить число каналов «НТВ-Плюс».

В планы объединения EUTELSAT входит запуск спутника SESAT в точку 36°Е. На нем могут появиться новые телевизионные каналы, не имеющие отношения к проектам НТВ-Плюс, но которые сделают эту орбитальную позицию еще более привлекательной для приема спутникового телевидения.

Спутники INTELSAT 707, THOR, TV-SAT2, находящиеся в орбитальной позиции 1°W, также представляют большой интерес для телезрителей. На них присутствуют несколько каналов, на которых демонстрируются только фильмы. Таких каналов нет на НОТ BIRD. Это скандинавские каналы Filmnet и TV1000, демонстрирующие киноленты на языке оригинала.

Спутники THOR и TV-SAT2 имеют луч, который захватывает северо-западные районы СНГ. Зона покрытия INTELSAT 707 проступает дальше на юг. Прием его передач возможен в европейской части России, в Республике Беларусь, на Украине, в Прибалтике.

Для направления на спутники INTELSAT 707, THOR, TV-SAT2 из Минска необходимо ориентировать антенну по углу места 23,28° и азимуту 213,93°.

10.1. Ультракороткие волны

В Республике Беларусь передача телевизионных сигналов осуществляется преимущественно в диапазоне метровых волн. Для этой цели отведено 12 каналов со спектром частот 48.5...100 и 174...230 МГц (I...III диапазоны). Этим частотам соответствуют длины волн 6,2...3,0 и 1,73,..1,30 м. В табл. 10.1 приведены частотные параметры телевизионных каналов метрового диапазона УКВ.

В большинстве случаев ультракороткие волны в отличие от коротких, средних и длинных используются только на небольших расстояниях, так как УКВ не могут огибать земную поверхность и дальность действия телевизионного передатчика ограничивается пределами «прямой видимости» между антеннами передатчика и приемника (рис. 10.1).

При определенных условиях радиоволны обладают способностью огибать препятствия (дифракция). Если размеры препятствия соизмеримы с длиной волны, то дифракция проявляется наиболее сильно. Препятствия с такими размерами являются как бы антенной, которая принимает электромагнитные колебания и тут же их переизлучает. С повышением частоты дифракция радиоволн уменьшается. С учетом дифракции радиус дальности приема можно рассчитать по формуле

R0(км)=4,12(H^0.5+h^0.5),

где R0 — расстояние, км; Н и h— соответственно высота передающей и приемной антенн, м.

Однако все чаше наблюдаются случаи, когда УКВ распространяются на расстояния, значительно превышающие дальность прямой видимости. Это связано с состоянием нижних слоев тропосферы, в которых возникают флуктуации (случайные колебания, отклонения) температуры воздуха, его

Таблица 10.1

плотности и влажности. Благодаря этому изменяются показатель преломления и связанная с ним диэлектрическая проницаемость воздуха, непрерывно меняющаяся во времени и в каждой точке пространства. Когда электромагнитная волна УКВ передатчика попадает в одну из таких неоднородных областей, создается поток рассеянной энергии, который может повысить напряженность поля в месте приема.

Особенностью распространения УКВ в тропосфере являются замирания приходящих сигналов, приводящие к нерегулярным измене-

ниям контрастности изображения, потере цветности на экране телевизора. Предположительно медленные замирания обусловлены перемещением очагов рассеяния, а быстрые — интерференцией множества волн, создаваемых этими очагами.

Дальний прием телевизионных сигналов за счет особенностей распространения волн в тропосфере позволяет намного расширить зону приема, принимать передачи одного, двух, а иногда и большего количества телецентров, благодаря чему увеличивается число принимаемых программ.

В последние годы значительно возросло количество технических средств телевизионного вещания. В таких условиях не представляется возможным охватить всю территорию страны многопрограммным телевизионным вешанием без взаимных помех между станциями, работающими в соседних каналах. Многопрограммное вещание без помех возможно лишь при наличии дополнительных каналов. Однако уже сегодня на метровых волнах очень «тесно». В связи с этим активно осваивается диапазон дециметровых волн, в котором для телевизионного вешания выделено 40 каналов в спектре частот 470...790 МГц. Этим частотам соответствуют длины волн 64...38 см (табл. 10.2).

Таблица 10.2

Зная номер канала для дециметрового диапазона, можно определить номинальную частоту несушей изображения fиз и частоту, ограничивающую полосу каждого канала снизу fн и сверху fв, по формулам

fиз = 470 + (N - 21) • 8 + 1,25 = 303,25 + 8N, МГц, fн = 470 + (N - 21) • 8 = 302 + 8N, МГц, fв = 470 + (N - 20) • 8 = 310 + 8N, МГц,

где N — порядковый номер канала ДМВ.

В табл. 10.3 показано, как основные телевизионные каналы и программы распределены на территории Республики Беларусь. БТ — Белорусское телевидение; РТР — телевидение России; OPT — общественное российское телевидение;

МТ — местное телевидение; К — программа «Культура»; НТВ — независимое телевидение; ОТ — областное телевидение; Н — горизонтальная поляризация излучаемых радиоволн; V — вертикальная поляризация.

Таблица 10.3

10.2. Особенности телевизионного приема в Минске

Большинство жилых домов столицы оснащено телевизионными антеннами коллективного пользования (ТАКП). При таком способе приема для каждого подъезда установлены две антенны. Одна типа ТВК-5/1,3 (телевизионная, «Волновой канал», пятиэлементная, для каналов 1 и 3), другая типа ТВК-7/6-12 (семиэлементная для каналов 6...12). Конструкции этих антенн представлены на рис. 10.2 и 10.3.

Через фильтр сложения сигналы от антенн по одному кабелю подаются в кабельную сеть здания и распределяются к каждой квартире, подключенной к ТАКП.

Таким образом, зрители через эфир принимают только три программы: БТ (1-й канал), РТР (3-й канал) и ОРТ (6-й канал). Практически все ТАКП принимают программу «Восьмой канал» на антенну ТВК-7/6-12. Однако в многоэтажных домах, где к системе ТАКП подключены десятки телевизоров, сигнал 8-го канала рассеивается в кабельной сети и не доходит до абонента, так как телевизионный передатчик в этом канале маломощный.

Дополнительное оснащение ТАКП антенным усилителем, который усиливает телевизионные сигналы в полосе каналов б...12, позволяет без помех принимать сигнал 8-го канала. Промышленностью такие устройства выпускаются, однако ТАКП в городе ими практически не оборудованы. В большинстве случаев прием программы «Восьмой канал» может быть обеспечен только при благоприятных условиях и на индивидуальную антенну, установленную в комнате, на балконе или лоджии, причем окно комнаты, где стоит телевизор, должно выходить в сторону пос. Колодищи (ориентируйтесь по направлению антенн коллективного пользования). На пути распространения радиоволн не должно быть препятствий в виде более высоких и близко расположенных зданий и т. п.

Условия приема программ «Культура» и НТВ через эфир в каналах 27 и 37 гораздо хуже, чем в 8-м канале, так как значительно более высокочастотные каналы ДМВ рассеиваются в кабеле в несколько раз больше, чем метровые волны. Поэтому даже ТАКП с соответствующей антенной ДМВ с

усилителем не обеспечивают телевизионный прием. Телевизионные сигналы каналов 27 и 37 рассеиваются в распределительной кабельной сети многоэтажного дома по пути к телевизору абонента.

Как и в 8-м канале, здесь можно посоветовать прием только на индивидуальную антенну при тех же условиях установки. В телевизоре должен быть установлен селектор каналов ДМВ. В торговом названии таких телевизоров обычно присутствует буква «Д» (например, «Горизонт 61TЦ 421Д»). Для телевизоров, у которых отсутствует селектор каналов ДМВ, но конструкцией предусмотрена установка блока, это сделать несложно.

В других случаях телевизор необходимо оснастить автономной приставкой-конвертером типа ПСКД-6, ПСКД-6М (торговое название «Белгород» и др.). Такие приставки не требуют вмешательства в конструкцию телевизора, питаются от сети переменного тока 220 В и преобразовывают сигнал любого канала ДМВ в 1-й или 2-й каналы метровых волн. Приставка-конвертер может работать совместно с телевизором любого типа и класса.

В системах ТАКП прием в каналах 27 и 37 возможен только при установке на каждый подъезд антенны ДМВ, конвертера-преобразователя сигналов ДМВ и MB, фильтра сложения сигналов и усилителя. А это стоит недешево. В системах кабельного телевидения СКТ обеспечение приема на ДМВ осуществить гораздо проще и дешевле: достаточно установить одну антенну ДМВ, дополнительную аппаратуру на головной станции СКТ и передавать по разветвительной кабельной сети телевизионные сигналы диапазона ДМВ совместно с сигналами диапазона MB к нескольким сотням или тысячам телевизоров собственным абонентам.

Телевизионные сигналы любого частотного канала, которые передаются через эфир с радиотелевизионного передающего центра в пос. Колодищи, на головной станции СКТ обязательно должны быть преобразованы в другие частотные каналы. При передаче по сети СКТ непреобразованного телевизионного сигнала возникают значительные помехи, потому что кабель большой длины работает как антенна. Другими словами эфирный сигнал, накладываясь на сигнал тех же частот СКТ, вызывает непредсказуемые помехи изображения и звукового сопровождения. Поэтому, например, сигнал 1-го канала конвертируется в 7-й канал, 3-го — в 10-й, 6-го — в 12-й, 27-го — в 5-й, а 37-го канала — во 2-й канал.

Дополнительно СКТ может передавать в отдельном канале свою программу, которая кодируется и с помощью индивидуального дешифратора (устанавливается в телевизор специалистами СКТ) принимается абонентом за дополнительную плату.

С 1999 г. СКТ города транслирует своим пользователям 8 или 9 программ . Это БТ, семь российских каналов и Евроспорт. Все программы не кодированы и подаются абонентам за небольшую дополнительную плату.

Через эфир из пос. Колодищи в настоящее время передается шесть различных программ в каналах 1, 3, 6, 8, 27 и 37. Пять из них, кроме 8-го канала, конвертируется в другие каналы СКТ. Программа «Восьмой канал» — коммерческое телевидение, поэтому СКТ не обязаны ее ретранслировать. Наибольший интерес для жителей Минска и его окрестностей представляет современная система индивидуального приема телевидения — так называемое «эфирно-кабельное» телевидение. Это система наземного телевизионного вещания, аналог кабельного телевидения, но без кабеля, некоторым образом сходная со спутниковой вещательной системой (только спутник-ретранслятор в этом случае находится на Земле). Система вешания называется MMDS (Multichannel Multipoint Distribution System, или многоканальная многоточечная распределительная система). Она работает в специальном частотном диапазоне 2,5...2,7 ГГц и с июля 1996 г. запущена в коммерческую эксплуатацию в Минске.

Систему приемно-передаюшего тракта эфирно-кабельного телевидения по системе MMDS можно разделить на три основные функциональные части: приемно-формирующую, усиливающе-передаюшую и принимающую (рис. 10.4).

Прием спутниковых каналов на передающем центре системы MMDS осуществляется на профессиональном уровне с помощью осесимметричных параболических антенн (1) диаметром от 2 до 4,5 м. Это значительно улучшает качество изображения и звукового сопровождения по сравнению с индивидуальными приемными системами, использующими антенны диаметром не более 1,5...2,0 м. Использование антенны большого диаметра позволяет также принимать телевизионные сигналы со спутников, не доступных для владельцев индивидуальных систем спутникового телевидения.

На центральной станции семь параболических антенн (1) направлены на разные ИСЗ, работающие в диапазоне Кu. Прием девяти популярных зарубежных программ осуществляется со спутников НОТ BIRD-1, НОТ BIRD-3, ASTRA 1A, ASTRA 1E и TELECOM 2B.

Принятые с ИСЗ сверхвысокочастотные сигналы поступают на ремодулятор (2), где преобразуются в низкочастотные сигналы перед подачей на коммутатор входных сигналов (3). Сюда же поступают низкочастотные сигналы шести государственных программ и сигнал фильмового канала. Пос-

ледний создается непосредственно в студии MMDS благодаря воспроизведению записей различных фильмов с помощью профессионального видеомагнитофона.

В модуляторе (4) сигналы всех 24 программ модулируют по амплитуде «свою» промежуточную частоту 38,9 МГц (ПЧ звука 34,2 МГц). В усиливаюше-передаюшем блоке (5) осуществляется перенос сигналов в полосу частот 2,5...2,7 ГГц. Передатчик мощностью 50 Вт (на каждую программу отдельный) с помощью антенны (6) с круговой диаграммой направленности и горизонтальной поляризацией обеспечивает зону уверенного приема в радиусе 60 км. Передающая антенна установлена на телевизионной башне (176 м) в центре Минска. На телебашню на берегу реки Свислочь необходимо ориентировать индивидуальные антенны абонентских приемников системы MMDS.

Важно, чтобы в непосредственной близости от принимающей антенны в направлении на передающую не было препятствий (каких-либо сооружений или деревьев).

Аппаратура системы MMDS состоит из приемной антенны (7) в виде дугообразной решетки размером 40х50 см, в фокусе которой находятся облучатель и конвертер, и приемника (8) системы MMDS, преобразующего принятые абонентской антенной сигналы в частоты MB диапазона. Последний устанавливается рядом с бытовым телевизором.

Абонентский MMDS-приемник (8) соединяется с антенным входом бытового телевизора, настроенного на один и тот же частотный (четвертый) канал, или с низкочастотным входом. Переключение сигналов всех принимаемых каналов осуществляется с помощью ПДУ абонентского приемника. Таким образом, на выходе приемника MMDS (как и на входе телевизора) в каждый момент времени присутствует только один сигнал из всех возможных телевизионных каналов, закодированных по аналоговым системам цветного телевидения PAL или SECAM. Поэтому бытовой телевизионный приемник должен быть оборудован декодером PAL/SECAM.

Все программы системы MMDS закодированы. Абоненты ежемесячно вносят плату за просмотр передач. Чтобы они могли свободно смотреть по своему выбору любую из программ, в абонентский приемник встроен дескремблер, т. е. дешифратор принимаемых сигналов. Каждый абонентский приемник имеет индивидуальный номер, и его дескремблер управляется по эфирному каналу из передающего центра.

Это позволяет реализовать адресную систему кодирования, обеспечивающую широкий выбор услуг и возможностей для абонента и вариантов оплаты программ. Группы телевизионных каналов могут образовывать «пакеты программ» дескремблера. Используются два пакета программ, отличающихся стоимостью, объемом и содержанием: самый дорогой пакет включает в себя 24 транслируемых телевизионных канала. Более дешевый пакет позволит смотреть программы только 18 каналов. Абонент системы MMDS сможет выбрать любой пакет программ, заплатив за него. В случае задолженности по оплате приемник данного абонента может быть временно дистанционно (путем подачи соответствующих команд из передающего центра) заблокирован.

Система MMDS позволяет реализовать новый прогрессивный тип расчетов — оплату за фактический просмотр. В этом случае абонент бесплатно смотрит лишь 5 мин выбранной программы, в течение которых он решает, смотреть программу дальше или нет. До истечения этого времени

абонент должен нажать кнопку «ОПЛАТА» на ПДУ, вычитая тем самым определенную сумму из внутреннего счетчика кредита. В противном случае изображение и звук в канале исчезнут.

Полезной функцией абонентского приемника системы MMDS является наличие ограничения просмотра для детей — так называемый «родительский ключ». Для этого каждый принимаемый канал может быть снабжен секретным кодом, вводимым с ПДУ, который известен только взрослым абонентам.

«Родительский ключ» применяется на ряде программ ИСЗ.

10.3. Фидерные линии

Фидер (в радиотехнике) — линия, предназначенная для передачи электрических колебаний высокой частоты. Поэтому любые провода, с помощью которых антенна подключается к телевизору, являются фидером, или фидерной линией. Назначение фидера состоит в передаче энергии высокой частоты от антенны к телевизионному приемнику с минимальными потерями. Фидерная линия должна удовлетворять следующим требованиям: не возбуждаться под действием электромагнитного поля (не обладать «антенным эффектом»); пропускать нужную полосу частот; иметь параметры, обеспечивающие легкость согласования ее с антенной или телевизором.

Иногда в качестве фидера используют телефонный кабель, электроосветительный шнур, сплетенные монтажные провода и т. п. (рис. 10.5, а). Качество таких самодельных фидеров невысокое.

Электромагнитное поле высокочастотных колебаний, передаваемых по такой линии, не имеет четко выраженной границы, которая отделяла бы его от окружающего поля. Часть энергии рассеивается в пространстве, причем с повышением частоты эти потери возрас-

тают. Открытая линия не только является источником помех, но и сама воспринимает их от других источников излучения. Поэтому их можно использовать в исключительных случаях, временно и только в условиях ближнего приема.

Если линию обнести металлическим экраном, то электромагнитная энергия не будет излучаться в окружающее пространство и наоборот. В линии, ограниченной экраном, можно вместо двух проводов использовать один, а в качестве второго провода будет служить экран. Такая линия называется несимметричной экранированной.

Если ось внутреннего проводника несимметричной линии, имеющего вид цилиндра, и ось экрана совпадают, такую линию называют коаксиальной. Входы всех современных телевизоров рассчитаны на подключение несимметричного коаксиального фидера (рис. 10.5, б).

Кроме полиэтилена 1 для изоляции в радиотехнических кабелях можно использовать и другие материалы: 2 — фторопласт (фторлон); 3 — полистирол; 4 — полипропилен и его смеси; 5 — резина; 6 — неорганическая изоляция. Электрические и конструктивные характеристики некоторых кабелей типа РК приведены в табл. 10.4.

Каждому кабелю присвоено условное обозначение, которое включает буквы, обозначающие марку кабеля,— РК (радиочастотный коаксиальный) и три числа. Первое число указывает на величину номинального волнового сопротивления, второе — на величину номинального диаметра по изоляции, округленную для диаметра 2 мм до ближайшего целого числа, третье число — двух- или трехзначное. Первая цифра указывает на материал изоляции кабеля, а последующие обозначают порядковый номер конструкции кабеля. Например, РК-75-4-15 обозначает: радиочастотный коаксиальный кабель с номинальным волновым сопротивлением 75 Ом, с номинальным диаметром по изоляции 4 мм, изоляция из полиэтилена (1), порядковый номер конструкции 5.

Фидерные линии характеризуются следующими параметрами: волновым сопротивлением, постоянной затухания, коэффициентом укорочения длины волны, электрической длиной.

Волновое сопротивление фидерной (или длинной) линии — это отношение напряженности электрического поля в какой-то точке поперечного сечения линии к напряженности магнитного поля в той же точке в случае, когда электромагнитная волна при распространении вдоль кабеля не испытывает отражений.

Примечание: М — медная проволока; МС — посеребренная медная проволока; БС — посеребренная бронзовая проволока; П — полиэтилен; В — поливинил-хлоридный пластикат; ОМ — оплетка медной проволокой; ОМС — оплетка посеребренной медной проволокой; ДОМ — двойная оплетка мелкой проволокой; ДОМЛ — двойная оплетка луженой медной проволокой; ОМЛ — оплетка луженой медной проволокой; ПМП — повив из медных прямоугольных проволок.

Для кабелей типа РК установлены следующие ряды номинального волнового сопротивления: 50, 75, 100 и 200 Ом.

Так как индуктивность и емкость линии зависят от ее геометрических размеров, волновое сопротивление можно вычислить, используя эти величины. Аля этого необходимо снять с конца кабеля наружную защитную оболочку, завернуть оплетку и штангенциркулем или микрометром измерить диаметр внутренней полиэтиленовой изоляции. Затем, сняв изоляцию, нужно измерить диаметр центрального проводника. Точное значение волнового сопротивления коаксиального кабеля со сплошной полиэтиленовой изоляцией можно рассчитать по формуле

W=91lg(D/d),

где W—волновое сопротивление кабеля, Ом; D—диаметр внутренней полиэтиленовой изоляции, мм; d— диаметр центрального проводника кабеля, мм.

Волновое сопротивление коаксиального кабеля со сплошной полиэтиленовой изоляцией несложно определить с достаточной степенью точности по графику (рис. 10.6): если D/d =3,3...3,7, кабель имеет волновое сопротивление 50 Ом, если D/d = 6,5...6,9, волновое сопротивление составляет 75 Ом.

Постоянная затухания кабеля характеризует снижение напряжения по мере распространения электромагнитных колебаний вдоль линии. Это происходит за счет потери энергии на активном сопротивлении проводов кабеля и потерь в диэлектрике (изоляции). Затухание в проводах зависит также от удельного сопротивления металла проводов (чем меньше их удельное сопротивление, тем меньшими в них будут потери), геометрических размеров поперечного сечения кабеля и частоты электромагнитных колебаний.

Затухание выражается в децибелах. Чтобы определить погонное затухание в фидере антенны, следует умножить

величину затухания на длину кабеля в метрах. Затухание в коаксиальном кабеле возрастает с увеличением частоты (рис 10.7).

Коэффициент укорочения длины волны характеризует уменьшение скорости радиоволны в кабеле по сравнению со скоростью в свободном пространстве при заполнении его диэлектриком с диэлектрической проницаемостью е>1. Со снижением скорости распространения радиоволны уменьшается и ее длина. Значит, длина волны в фидере, заполненном диэлектриком, меньше, чем в свободном пространстве.

Величина, показывающая, во сколько раз длина волны в линии, заполненной диэлектриком с e > 1, меньше длины волны в воздухе, называется коэффициентом укорочения длины волны. Для линий со сплошным диэлектриком, в частности для коаксиальных кабелей, коэффициент укорочения в=е^0.5 . Длину волны в кабеле Lk можно определить с помощью длины волны в воздухе Lсв по формуле

В большинстве коаксиальных кабелей в качестве изоляции между центральным и наружными проводами используется полиэтилен, диэлектрическая постоянная которого е=2,3. Коэффициент укорочения для этих кабелей составляет 1,52. В некоторых коаксиальных кабелях изоляцией служит пористый полиэтилен, включающий мельчайшие пузырьки воздуха. Коэффициент укорочения в этих кабелях равен примерно 1,25.

Электрическая длина волны кабеля определяет сдвиг фазы высокочастотного напряжения при распространении его по кабелю. При изготовлении согласующих и симметрирующих устройств телевизионных антенн, а также в соединительных линиях синфазных антенн часто нужно определить длину волны отрезка кабеля, который обеспечивает необходимый сдвиг фазы высокочастотного напряжения.

Электрическая длина фидера всегда больше геометрической. Например, если отрезок кабеля имеет длину половины волны, то его электрическая длина составляет только три четверти волны.

Отрезок длинной линии может резонировать на определенных частотах. Как и колебательный контур, он характеризуется входным сопротивлением, которое зависит от длины отрезка. В линии с бегущими волнами тока и напряжения, когда нагрузочное и волновое сопротивления линии равны, входное сопротивление на концах равно волновому независимо от ее длины. В замкнутой или разомкнутой линии входное сопротивление является реактивным и зависит от длины волны, принимая значения от нуля до бесконечности.

Так, например, у разомкнутой линии Rвx=0 при длине волны, равной L/4,L*3/4, L*5/4 и т. д., т. е. при нечетном числе четвертей волн. У короткозамкнутой линии Rвх = 0 при длине волны, равной L/2, L, L*3/2 и т. д., т. е. при четном числе четвертей волн.

Входное сопротивление равно бесконечности у разомкнутой линии, которая имеет длину, кратную четному числу четвертей волн, и у короткозамкнутой, имеющей длину, кратную нечетному числу четвертей волн.

Резонансные свойства отрезков длинной линии широко используются в приемных телевизионных антеннах, согласующих и симметрирующих устройствах, фильтрах сложения, в высокочастотных каскадах в качестве резонансных контуров для приема на дециметровых волнах и др. Широкое применение получили четвертьволновые отрезки линий в качестве широкополосных трансформаторов для согласования входных сопротивлений антенн с волновым сопротивлением фидера.

Для распайки кабеля к штекеру или к распределительной коробке ТАКП с него снимают защитную оболочку на длину 50 мм и шилом расплетают оплетку, которую затем свивают в один или два жгута (для первого случая — два жгута, для второго — один). С центрального провода на расстоянии 15 мм снимают изоляцию. При этом во избежание повреждения центрального провода изоляцию лучше снимать чистым разогретым паяльником, обведя бороздку по ее окружности. Центральный провод и оплетку коаксиального кабеля необходимо облудить припоем ПОС-40.

Фидер антенны желательно выполнить из целого куска кабеля, так как соединение из двух или нескольких отрезков, как правило, нарушает однородность волнового сопротивления, что при большой длине фидера приводит к появлению отраженных сигналов.

Для соединения кабелей типа РК существует несколько способов. Наиболее простой из них — сращивание с помощью проволочного бандажа (рис. 10.8). При этом часть изоляции кабеля не восстанавливается, что приводит к нарушению волнового сопротивления в месте пайки, кроме того, возрастают потери сигнала. Поэтому такой способ сращивания кабелей пригоден только на частотах метровых волн (до 200...300 МГц). Однако его приходится использовать при соединении синфазных антенн, сборке фильтров сложения и других устройств.

Наиболее распространенный способ сращивания отрезков кабеля — в стык (рис. 10.9). Он используется на частотах MB и ДМВ диапазонов и осуществляется в четыре этапа. На первом этапе (на рис. не показан) на каждом из составляемых концов внешнюю оболочку разрезают на две части длиной по 80 мм, которые отгибают в противоположную от конца кабеля сторону и временно закрепляют. Медную оплетку на концах кабеля расплетают на 15 мм. Прядки оплетки отгибают в противоположную соединению сторону. Нерасплетенную часть оплетки сдвигают в ту же сторону. С каждого конца кабеля с центрального провода снимают изоляцию на 30 мм.

Внутренние проводники концов кабеля соединяют в навив, если центральный провод многопроволочный. Если он однопроволочный и достаточно толстый (например, у кабеля марки РК-75-9-12 диаметр внутреннего проводника равен 1,37 мм), то оба конца центрального провода следует спилить до половины с помощью надфиля примерно на 10 мм, залудить, а при пайке наложить один на другой, чтобы не было выступающих частей.

Если центральные провода тонкие, их можно сложить внахлест на 10 мм (заходят друг за друга), а затем произвести пайку. Предварительно место пайки покрывают флюсом из раствора канифоли в спирте. Место пайки центральных проводов лучше всего поместить в ванночку с расплавленным припоем ПОС-60 на 10...15 с. Пайку с помощью кислоты использовать не следует.

Далее необходимо восстановить изоляцию. В трубке делают продольный разрез и на место пайки надевают полиэтиленовую трубку из отходов кабеля длиной около 30 мм. Швы трубки и места соединения с изоляцией нагревают до растекания полиэтилена.

На следующем этапе сращивают оплетки кабелей. Для этого их снова сдвигают к концам кабелей. Концы оплеток для большей прочности можно обмотать несколькими витками луженой голой монтажной проволоки, а затем после обработки флюсом места соединения произвести пайку.

На последнем этапе на оплетку накладывают отогнутые концы защитной оболочки. При необходимости их укорачивают. Во избежание проникновения влаги внутрь кабеля мес-

то соединения поверх защитной оболочки обматывают двумя слоями изоляционной ленты марки ПХВ.

При установке антенны важно выбрать способ присоединения к ней кабеля, так как неприкрытые контакты наружной антенны, подвергаясь воздействию коррозии, могут значительно ухудшить качество ее работы. Для защиты контактов от воздействия влаги место соединения кабеля с антенной заключают в соединительную коробку, которая одновременно используется и для крепления вибратора к несущей траверсе (стреле) антенны. Для замедления окисления места соединения кабелей в соединительной коробке заливают стеарином, воском или эпоксидной смолой.

При наружной проводке кабель укладывают вдоль мачты и крепят к ней скобами в интервале 0.5...1 м. По ближайшему гребню крыши кабель подводят к кронштейну (рис. 10.10). Это устраняет трение кабеля о выступающие острые края кровли. Один из концов деревянной планки имеет вырез с

большим закруглением, предотвращающим излом кабеля при изгибе. Второй конец крепится к кронштейну двумя винтами под гайку. Планку устанавливают под углом 15...20 к плоскости крыши, чтобы на кабель не попали талые воды. Кронштейн прикрепляют к карнизу крыши. При большой длине кабеля для предупреждения обрыва от ветровой нагрузки его подвешивают на стальном тросе.

При пересечении с проводами электросети кабель прокладывают под ними в полутвердых изоляционных трубках. Расстояние между кабелем и проводами электросети, газовыми и водопроводными трубами должно быть не менее 200 мм.

К деревянной стене фидер присоединяют однолапчатыми скобами под шуруп, на бетонных или кирпичных стенах — дюбелями с волокнистым наполнителем. На прямолинейных участках проводки кабель крепится каждые 500 мм, на поворотах и изгибах — через 50...60 мм в зависимости от радиуса. Лапки скобок на углах должны быть повернуты внутрь угла.

Фидер заводится в комнату через отверстие в раме, просверленное под углом, чтобы дождевые капли не стекали внутрь рамы. Перед вводом в оконную раму кабель необходимо немного ослабить.

В жилых помещениях кабель прокладывают параллельно архитектурным линиям. При этом следует избегать резких перегибов кабеля и сжатия его скобками. Радиус изгиба не должен быть меньше, чем пятикратный диаметр кабеля. В комнатах и коридорах кабель прокладывают по напольным плинтусам. Конец кабеля длиной не менее 2 м оставляют свободным для включения в телевизор.

10.4. Согласующие и симметрирующие устройства

Под согласованием понимают обеспечение равенства волнового сопротивления фидера входным сопротивлениям антенны и телевизора. Особое значение для повышения качества изображения имеет согласование фидера со входом телевизора.

У современных телевизоров вход несимметричный, 75-омный, поэтому при использовании в качестве фидера коаксиального кабеля с волновым сопротивлением 75 Ом согласование на входе телевизора обеспечивается автоматически. Что касается точности согласования фидера с антенной, то оно играет роль преимущественно при приеме слабых сигналов.

Симметрирование — это подключение симметричной антенны (имеется в виду «электрическая» симметрия) к несимметричному фидеру (коаксиальный кабель), при котором исключаются протекание токов по внешнему проводнику (оплетке) фидера и его антенный эффект. Антенный эффект может возникнуть в любом фидере при неправильном подключении его к антенне, что приводит к искажению диаграммы направленности антенны и приему помех.

Если фидерная линия возбуждается под действием электромагнитного поля, при приеме сигналов от близко расположенного передатчика на вход телевизора будут поступать два сигнала — от антенны и фидера. Более слабый сигнал, принятый фидерной линией, достигнет входа первым. В результате на экране могут появиться менее контрастные изображения, сдвинутые влево от основного. Если сдвиг между основным и повторным изображениями невелик, основное изображение получается нечетким, а его контуры — утолщенными. В условиях дальнего приема антенный эффект приводит к уменьшению соотношения сигнал/шум на входе телевизионного приемника.

Симметрирующее устройство должно выполнять роль перехода, который позволяет соединить симметричные относительно земли антенны с несимметричным фидером. Согласующее устройство должно преобразовать входное сопротивление антенны до уровня волнового сопротивления фидера, благодаря чему обеспечивается максимальный сигнал на входе телевизора.

Симметрирующий мостик (рис. 10.11) представляет собой две металлические трубки (1), которые прикрепляются к концам активного вибратора (2) антенны путем сварки, болтовыми соединениями и другими способами в точках А и Б, и закороченные на расстоянии четверти длины волны в свободном пространстве металлической перемычкой (3) произвольной ширины. Важно обеспечить надежный контакт с трубками мостика, особенно если предусмотрена возможность небольшого передвижения перемычки. Путем незначительного изменения длины М мостика с помощью короткозамыкающей перемычки можно добиться

наибольшей контрастности изображения на экране телевизора, особенно при слабом принимаемом сигнале.

Расстояние между трубками мостика не критично, в основном оно определяется разрывом между концами вибратора антенны. На метровых волнах оно может быть 50...100 мм, на дециметровых — 10...30 мм. Диаметр трубок мостика любой, но он должен быть одинаковым для обеих трубок. Обычно его выбирают таким же, как и диаметр трубок вибратора антенны. Практически на метровых волнах диаметр равняется 10...20 мм, а на дециметровых — 5...10 мм.

Фидер (4) (кабель марки РК с волновым сопротивлением 75 Ом) протягивают внутри одной из трубок — левой или правой. Если кабель протягивают через правую трубку, то и оплетку кабеля припаивают к точке Б, а центральный проводник — к точке А и наоборот. Если кабель невозможно протянуть в трубке, то его прикрепляют к ней в нескольких местах. Если кабель прокладывают к точкам А и Б, нельзя снимать защитную оболочку, так как не будет обеспечено симметрирование антенны.

Симметрируюший короткозамкнутый шлейф (рис. 10.12) представляет собой четвертьволновый мостик на отрезках коаксиального кабеля. Роль трубок мостика играют оплетки кабелей. Оплетку фидера и центральный проводник припаивают к вибратору антенны аналогично мостику. Нижний конец шлейфа (2) соединяют с оплеткой фидера (4) с помощью жесткой металлической перемычки (3), которая одновременно фиксирует расстояние между кабелями. Для перемычки можно использовать оплетку шлейфа. Оплетки кабелей (1) и (2) припаивают друг к другу легкоплавким припоем во избежание оплавления изоляции. Отрезок шлейфа выполняют из кабеля, который идет для изготовления фидера.

Оба конца центрального провода кабеля можно срезать заподлицо и оставить разомкнутыми или спаять с оплетками, так как он не участвует в работе шлейфа. Для обеспечения параллельности кабелей необходимо установить между ними

изоляционные распорки (5). Вместо них можно закрепить кабели параллельно друг другу на изоляционной пластине.

Размеры описанных выше устройств для метровых волн приведены в табл. 10.5, а для дециметровых — в табл. 10.6. В верхних каналах диапазона ДМВ длины волн относительно короткие, поэтому трудно установить шлейф длиной 10...15 см. В таких случаях длину шлейфа (мостика) можно увеличить в нечетное количество раз. Принцип работы этих устройств такой же.

Мостик и шлейф имеют одинаковые параметры и диапазонные свойства. Механически более прочен и надежен четвертьволновый мостик, но изготовить его несколько сложнее, чем шлейф.

Оба симметрирующих устройства используют в антеннах, входное сопротивление которых близко к 75 Ом (например, линейный полуволновый вибратор, рамочные антенны, многоэлементные антенны типа «Волновой канал», широкополосные и др.). Мостик и шлейф широко применяются при подключении коаксиального кабеля с волновым сопротивлением 75 Ом к синфазным антеннам, когда сумма входных сопротивлений отдельных антенн близка к 75 Ом.

В этих случаях симметрирующие устройства типа мостика и шлейфа обеспечивают согласование входного сопротивления антенны с волновым сопротивлением 75-омного фидера, так как они являются устройствами трансформаторного типа с коэффициентом трансформации, равным единице.

Согласующие четвертьволновые трансформаторы часто применяются в сложных многоэтажных антеннах, а также если нужно трансформировать активное сопротивление нагрузки.

При отсутствии гибких коаксиальных кабелей с необходимым волновым сопротивлением необходимое волновое сопротивление можно получить, включив параллельно несколько одинаковых по длине отрезков кабелей. Например, три параллельно включенных отрезка кабелей с волновым сопротивлением 75 Ом (или два с 50 Ом) образуют линию с волновым сопротивлением 25 Ом.

Полуволновая согласуюше-симметрирующая петля используется для подключения несимметричного фидера к антенне, входное сопротивление которой больше волнового сопротивления фидера (например, к петлевому вибратору антенн типа «Волновой канал»).

Симметрирование петлевого вибратора с помощью отрезка кабеля, длина которого составляет половину длины волны в кабеле, достигается сдвигом фазы сигнала на 180°. Поэтому напряжения на входных зажимах А и Б петлевого вибратора относительно точки нулевого потенциала 0 имеют противоположные фазы, что обеспечивает симметрию токов в левой и правой частях вибратора (рис. 10.13). На внешнюю поверхность оплетки кабеля токи не затекают, так как оплетка изолирована от вибратора.

Согласование с помощью полуволновой петли. При равных диаметрах трубок петлевого вибратора, настроенного

в резонанс с принимаемым сигналом, его входное сопротивление составляет 292 Ом. Следовательно, сопротивление каждой половины петлевого вибратора между любым из входных зажимов (А или Б) и точкой нулевого потенциала 0 составляет 146 Ом (292: 2). Известно, что входное сопротивление кабеля, длина которого равна половине длины волны (в кабеле), равно сопротивлению, на которое он нагружен. Следовательно,полуволновая петля передает без изменений сопротивление из точки А в точку

Б, которое в каждой из них составляет 146 Ом. В точке Б происходит сложение двух активных параллельно включенных сопротивлений. Общее сопротивление на конце кабеля составляет 73 Ом, что обеспечивает хорошее согласование фидера с петлевым вибратором. Оплетки кабелей фидера и петли необходимо спаять друг с другом.

В табл. 10.5, 10.6 приведена геометрическая длина полуволновой согласующе-симметрируюшей петли частотных каналов MB и ДМВ диапазонов с учетом укорочения длины волны в кабеле.

10.5. Антенны типа «Волновой канал» диапазона метровых волн

Антенны типа «Волновой канал» широко используются в системах коллективного приема и при индивидуальном приеме. Это связано с тем, что они обеспечивают получение большого коэффициента усиления при сравнительно небольших габаритах. В зарубежной литературе антенну «Волновой канал» называют антенной Уда-Яги (имена впервые описавших ее японских изобретателей).

Антенны типа «Волновой канал» состоят из активного вибратора (обычно это петлевой вибратор), рефлектора и ряда директоров, расположенных на обшей несушей стреле параллельно друг другу (рис. 10.14; табл. 10.7).

Рис. 10.15. 5-элементная антенна типа «Волновой канал»:

1—активный петлевой вибратор; 2—рефлектор;

3 — пассивные директоры

Принцип действия антенны пятиэлементной (рис. 10.15;

табл. 10.8). Если активный полуволновый вибратор (1), имеющий симметричную диаграмму направленности в виде восьмерки, подключить к источнику высокочастотных колебаний, то он будет излучать электромагнитную энергию как в направлении рефлектора (2), так и в сторону директоров (3). Под воздействием электромагнитной энергии в рефлекторе наведутся токи, которые будут источником вторичного излучения. Длина рефлектора и расстояние от него до активного вибратора подобраны таким образом, что излучение рефлектора ослабляет излучение активного вибратора в его сторону и усиливает в направлении директоров. Таким образом, рефлектор служит экраном, который усиливает излучение в одном направлении за счет его ослабления в другом. Для получения эффекта экранирования необходимо, чтобы ток, который течет по рефлектору, опережал по фазе ток, текущий по активному вибратору. Необходимая длина рефлектора на 5...10% превышает половину длины волны.

Таблица 10.8

Таблица 10.9

Амплитуда тока в рефлекторе несколько меньше, чем в активном вибраторе. Поэтому излучение в направлении рефлектора компенсируется не полностью. Часть энергии, которую излучает активный вибратор, «просачивается» через рефлектор, что является причиной появления задних и боковых лепестков диаграммы направленности. Кроме того, эти лепестки появляются в связи с неточной фазировкой токов в рефлекторе и активном вибраторе.

Для уменьшения задних и боковых лепестков диаграммы направленности, т. е. увеличения коэффициента защитного действия (КЗД) всей антенны, рефлектор выполняют из двух-трех и более элементов (рис. 10.16; табл. 10.9). Расстояние между элементами рефлектора по вертикали для каналов 1...5 равняется 800 мм, для каналов 6...12 — 550 мм.

Усилению излучения антенны в главном направлении способствуют директоры, которые возбуждаются, как и рефлектор, под воздействием электромагнитного поля, которое наводит активный вибратор. Для сложения полей директоров необходимо, чтобы в каждом последующем вибраторе ток отставал по фазе на такой же угол, на какой отстает волна, распространяющаяся в пространстве (это достигается подбором расстояний между директорами и их

размеров). Максимальная концентрация излучения в главном направлении получается обычно при постепенном уменьшении длин директоров в направлении от активного вибратора.

Такое расположение директоров и их конструкция способствуют тому, что электромагнитная волна, возбуждаемая активным вибратором, распространяется главным образом вдоль оси антенны, благодаря чему она и получила название «Волновой канал».

Увеличение числа директоров приводит к уменьшению полосы пропускания антенны. Если считать допустимым снижение коэффициента усиления на краях полосы на 1,5...2,0 дБ по сравнению с коэффициентом усиления на средней частоте, то рабочая полоса антенны, имеющей 5...7 директоров, составляет 10...15% от средней частоты. При числе директоров, равном 9...11, рабочая полоса частот уменьшится до ±5...6% от средней частоты. Сужение полосы пропускания приводит к потере четкости, цветности сигнала изображения и ослаблению звукового сопровождения. Поэтому в частотных каналах 1...5 нельзя применять антенны типа «Волновой канал» с числом директоров более 5...7, а в каналах 6...12 — более 9...12. Например, в частотных каналах 1...5 не рекомендуется использовать 7-элементную антенну типа «Волновой канал» (рис. 10.16; табл. 10.9). В каналах 1...5 не используются 11-элементные антенны типа «Волновой канал» (рис. 10.17; табл. 10.10, 10.11).

Таблица 10.10

Таблица 10.11

Вибратор антенны представляет собой проводник, открытый на концах, поэтому его можно рассматривать как открытый колебательный контур, резонансная частота которого зависит от индуктивности L и емкости С, определяемых геометрическими размерами. Добротность (качество контура в основном определяется отношением L/C. При большом отношении (большая самоиндукция при малой емкости получается узкополосный контур с острым резонансом (рис. 10.18, а), при малом (небольшая самоиндукция при большой емкости) —широкополосный контур с менее выраженным резонансом (рис. 10.18, б).

Таким образом, ширина полосы пропускания вибратора (F) определяется отношением L/C, которое зависит от отношения l/d (длина волны канала к диаметру вибратора). Так, при одинаковой длине вибратор большего диаметра имеет большую емкость

и полосу пропускания, так как его поверхность больше, и, следовательно, меньшее отношение L/C, чем у вибратора с меньшим диаметром проводника.

Для изготовления антенн типа «Волновой канал» диапазона MB рекомендуется использовать трубки следующих диаметров: а — несущая стрела (30...35 мм — в каналах 1...5, 18...22 мм — в каналах 6...12); 6 — вибраторы (18...22 мм — в каналах 1...5, 10...16 мм — в каналах 6...12).

Радиус изгиба трубок петлевого вибратора произвольный, поэтому для его изготовления можно использовать прямые трубки, соединенные болтовыми креплениями или с помощью сварки.

Чем лучше металл проводит электрический ток, тем меньше сопротивление и потери будут в нем при высокочастотных колебаниях тока. Поэтому для вибраторов антенн предпочтительнее использовать металлы с высокой электропроводностью (медь, латунь, алюминий, дюралюминий). Однако из-за высокой стоимости цветных металлов промышленностью выпускаются антенны из стали со специальным антикоррозийным покрытием.

На параметры антенны не влияет профиль используемого материала, так как токи высокой частоты протекают только по поверхностям вибраторов. Сплошные стержни не рекомендуется применять из-за увеличения массы антенны.

Антенну можно изготовить также из металлических уголков, квадратных брусков, полосок и других профилей. Если используются полоски, их ширина должна быть равна удвоенному диаметру трубок, который необходим для данного диапазона УKB. В практике широко применяются вибраторы из деревянных брусков, обернутых медной фольгой, из отрезков коаксиального кабеля (используется медная оплетка),

из деревянных реек круглого сечения диаметром 15 мм или квадратного (15 х 15 мм) с оплеткой из тонкого медного провода диаметром 0,5...2 мм, который располагается равномерно и симметрично.

Коэффициент усиления антенн, вибраторы которых выполнены из подручных материалов, будет несколько ниже, чем у антенн из трубок необходимого диаметра. Поэтому суррогатные вибраторы для антенн следует использовать только в зоне уверенного приема.

Коэффициент усиления — величина, показывающая, во сколько раз напряжение или мощность, развиваемые в антенне принимаемыми сигналами, при прочих равных условиях больше напряжения или мощности, развиваемых полуволновым вибратором (эталонная антенна).

Различают коэффициенты усиления по напряжению (полю) и мощности. Коэффициент усиления по мощности численно равен квадрату коэффициента усиления по напряжению. Обычно коэффициент усиления антенны выражается в децибелах (дБ) и зависит от конструкции антенны. Например, у антенны типа «Волновой канал» коэффициент усиления (Кu) почти линейно зависит от количества директоров nд, приблизительно его можно определить по формуле

Кu = (2,5 • nд)^0.5 (раз).

В табл. 10.12 приведены значения Кu антенн типа «Волновой канал» в зависимости от числа вибраторов.

Для защиты наружных антенн типа «Волновой канал» от коррозии их необходимо тщательно красить. Чтобы покрытия были прочными, металл зачищают и грунтуют (каждому типу красок соответствует определенная грунтовка). Перед окраской элементы антенны из стали (железа) на длительное время погружают в керосин или протирают рыбьим жиром (слой жира оставляют на 1.5...2 ч). Рыбий жир, пропитывая ржавчину, образует под ней пленку, препятствующую дальнейшей коррозии детали. Детали промывают (несколько минут) в насыщенном растворе хлорного олова, споласкивают в теплой воде и просушивают. На сухую поверхность вначале наносят грунтовку, а затем — краску.

Используются такие краски, которые являются хорошим диэлектриком и выдерживают климатические условия (например, синтетическая автоэмаль, нитроэмаль, глифталевые или масляные краски).

Антенны из меди или латуни также необходимо окрашивать, так как под воздействием кислорода воздуха и сернистых газов в атмосфере на поверхности этих металлов образуется слой сернистой меди, который обладает значительным сопротивлением и ухудшает работу антенны. На

качество работы антенны влияет также покрытие ее бронзовой или алюминиевой краской. Потери в антенне при низком уровне сигнала возрастают настолько, что прием может прекратиться.

Детали антенн из алюминия или его сплавов окрашивать не следует, так как оксидный слой на поверхности этих металлов обладает высоким сопротивлением и приближается по своим свойствам к диэлектрику. Оксидный слой защищает поверхность металла от дальнейшего окисления, а под тончайшей оксидной пленкой сохраняется металлическая поверхность с хорошей проводимостью для электрического тока.

Высокочастотные токи протекают только по поверхности металла, которая не должна представлять для токов сигнала, принятого антенной, большого сопротивления. Это предъявляет определенные требования к ее состоянию. Чтобы токи сигнала, принятого антенной, не встречали большого сопротивления, поверхности элементов антенны должны быть ровными и гладкими без поперечных прорезей или глубоких царапин, а у антенн дециметровых волн даже полированными.

10.6. Рамочные антенны диапазона метровых волн

Простейшая рамочная антенна представляет собой провод (трубку и другие профили), согнутый в виде квадрата, сторона которого приблизительно равна четверти длины волны. Такой рамочный вибратор можно рассматривать как систему, состоящую из двух простых синфазных вибраторов, согнутых по краям. Радиус закругления произвольный, но он не должен превышать 1/10 стороны квадрата.

В практике применяются двух- и трехэлементные рамочные антенны («Двойной квадрат» и «Тройной квадрат») (рис. 10.19, 10.20; табл. 10.13 и 10.14). В таблицах размер Н обозначает разнос между антеннами в синфазной решетке по горизонтали и вертикали, равный средней длине волны канала. При необходимости с целью уменьшения габаритов антенны для каналов 1...5 разнос антенн Н можно уменьшить вдвое.

Таблица 10.13

Таблица 10.14

Рамки выполняют из металлических трубок диаметром 10...20 мм для антенн каналов 1...5 и 8...15 мм для антенн каналов 6...12. Верхняя стрела соединяет середины обеих рамок и может быть металлической, нижняя изготовлена из изоляционного материала. Концы активной вибраторной рамки крепятся к пластине размером 30 х 60 мм, изготовленной из гетинакса, текстолита или оргстекла толщиной 6...8 мм

и расплющиваются.

Мачта должна быть деревянной, по крайней мере ее верхняя часть. Металлическая часть мачты должна заканчиваться на 1,5 м ниже антенны. Антенна крепится к мачте в центре тяжести. Рамки антенны должны быть расположены одна относительно другой так, чтобы их воображаемые центры (точки пересечения диагоналей квадратов) находились на горизонтальной прямой, направленной на

передатчик.

Активная рамка подключается к фидеру с помощью четвертьволнового короткозамкнутого шлейфа (мостика). Схемы подключения к фидеру показаны на рис. 10.11 и 10.12.

Коэффициент усиления рамочных антенн примерно такой же, как и у 5-элементной антенны типа «Волновой канал». Это объясняется тем, что активной приемной частью каждой рамки являются ее верхняя и нижняя горизонтальные части (при приеме радиоволн с Н поляризацией).

10.7. Двухэлементная Швейцарская антенна

Швейцарская антенна (рис. 10.21) состоит из двух вибраторов различной длины: рефлектора (большая длина) и директора (меньшая длина), расположенных в горизонтальной плоскости. Длина вибраторов подобрана таким образом, что индуктивная составляющая тока рефлектора и емкостная составляющая тока директора в точках питания взаимно компенсируются.

Оба вибратора имеют Т-образную схему согласования и соединены между собой перекрещивающейся линией, которая изготавливается из медных проводов диаметром 1...3 мм. Расстояние между проводами линии не критично и колеблется в пределах 10...20 мм. В точке пересечения проводов линии необходима вставка из изоляционного материала.

Для укрепления вибраторов между собой в их центре устанавливают несущую стрелу, которая может быть изготовлена как из металлической трубки, так и из изоляционного материала. Элементы Т-образного согласования виб-

раторов располагаются в той же плоскости, что и сами вибраторы. Однако допускается перпендикулярное расположение к плоскости антенны, т. е. нужно повернуть ее на 90°. (Элементы Т-образного согласования находятся с верху или с низу антенны.) В таком случае удлиняются провода, которые соединяют вибраторы между собой.

Филер из коаксиального кабеля с волновым сопротивлением 75 Ом подключают к точкам питания Х — Х через согласующе-симметрируюшую петлю (см. рис. 10.13, табл. 10.5).

Таблица 10.15

Коэффициент усиления Швейцарской антенны 5,0...5,5 дБ. Основные параметры ее примерно такие же, как и у 3-элементной антенны типа «Волновой канал». Однако эта антенна компактнее и для ее изготовления требуется меньше материала, чем для 3-элементной. В табл. 10.15 приведены геометрические размеры элементов Швейцарской антенны для диапазона MB.

10.8. Двойная треугольная антенна

Двойную треугольную антенну легко сделать из проволоки диаметром 1...3 мм или антенного канатика (рис. 10.22).

Полотно антенны крепится на деревянных брусках без изоляторов и состоит из параллельно соединенных и рас-

положенных в одной плоскости треугольных рамок. В углах треугольников полотна антенны проводники должны быть спаяны. Расстояние между пластинами питания во всех 12 каналах составляет 20 мм.

Фидер из коаксиального кабеля с волновым сопротивлением 75 Ом прокладывают по одному из внутренних проводов полотна антенны до платы питания. Оплетку кабеля припаивают к пластине, соединенной с проводом, по которому проложен фидер. Центральный проводник кабеля припаивают к противоположной пластине. Дополнительные согласующе-симметрируюшие устройства при подключении фидера к двойной треугольной антенне не нужны. К середине нижней стороны треугольника может быть подсоединен провод заземления к точке нулевого потенциала 0. В табл. 10.16 приведены размеры элементов и расстояния между ними для двойной треугольной антенны метрового диапазона.

Таблица 10.16

10.9. Широкополосные антенны метровых волн

Малогабаритная 5-элементная антенна типа «Волновой канал» (рис. 10.23) предназначена для установки в зоне уверенного приема (см. рис. 10.1). Антенна может принимать телевизионные сигналы в группах каналов, указанных в табл. 10.17. Длина несушей стрелы для всех групп каналов составляет 660 мм. Расстояние D между центрами трубок активного петлевого вибратора равно 52...56 мм, расстояние S между его торцами — 26...30 мм. Диаметр трубок для изготовления вибраторов равняется 6...10 мм. Элементы антенны крепятся к несушей стреле в виде металлической трубки диаметром 20...28 мм или к деревянному бруску сечением 20 х 20 мм.

Таблица 10.17

Активный петлевой вибратор подключают к фидеру с помощью согласующе-симметрируюшей петли (см. рис. 10.13). Длину ее вычисляют как среднеарифметическую для данной группы каналов.

Коэффициент усиления малогабаритной 5-элементной антенны — 6,5 дБ. КЗД широкополосной антенны как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскостях более 20 дБ.

11-элементная широкополосная антенна типа «Волновой канал» с укороченной несушей стрелой показана на рис. 10.24, в табл. 10.18 приведены ее геометрические размеры для групп каналов.

Таблица 10.18

Расстояние между определенными элементами антенны одинаковое, поэтому несущая стрела для всех групп каналов равна 2680 мм. Высокое входное сопротивление антенны обеспечивается близким расположением первого директора к петлевому вибратору. Поэтому антенну подключают к фидеру с помощью полуволновой согласующе-симметрирующей петли (см. рис. 10.13), длина которой равна средней величине для этого сочетания каналов (см. табл. 10.1).

Коэффициент усиления антенны для каждой группы каналов равен 10,5 дБ. Угол раствора главного лепестка диаграммы направленности в горизонтальной плоскости должен быть не менее 20°, а в вертикальной — не менее 12°. На рис. 10.25 показана конструкция широкополосной антенны типа «Волновой канал» для работы в полосе частот каналов 6...12. Коэффициент усиления такой антенны 9 дБ. Углы раствора диаграммы направленности такие же, как и у антенны, представленной на рис. 10.24.

Широкополосный веерный вибратор. Для расширения рабочей полосы частот линейный полуволновой вибратор изготавливают из трубы большого диаметра. Недостатком «толстых» вибраторов являются значительная масса, сложность крепления и установки. Этого можно избежать, если вместо такой трубы использовать несколько тонких трубок, расположенных в одной плоскости параллельно друг другу. Такие вибраторы изготавливают из двух конусов, обращенных вершинами друг к другу. Они называются биконическими.

Простейшая разновидность биконического вибратора — веерный вибратор (рис. 10.26), каждая половина которого состоит из нескольких трубок, расположенных в одной плоскости и расходящихся под некоторым углом друг к другу. Веерный вибратор работает в полосе частот 48,5...100 и 174...230 МГц, т. е. во всех 12 каналах метрового диапазона УКВ. Алина вибратора составляет примерно l/2 на средней частоте каналов 1...5 и 3*l/2 на средней частоте каналов 6...12.

Из рис. 10.26,б видно, что угол между плоскостями, в.которых расположены трубки вибратора, составляет 120° (наклон в сторону телевизионного передатчика), и это не случайно. Диаграмма направленности линейного вибратора в горизонтальной плоскости при длине вибратора, равной l/2, имеет форму цифры восемь. В каналах 6...12 при длине вибратора 3*l/2 диаграмма направленности искажается: основной лепесток раздваивается и в направлении на телевизионный передатчик появляется провал. Для исправления диаграммы направленности, т. е. устранения провала, делают наклон плоскостей, в которых расположены трубки

вибратора. При этом не только устраняется провал в переднем лепестке «восьмерки», но и снижается уровень ее заднего лепестка, в результате вибратор в каналах 6...12 становится более направленным, чем в каналах 1...5.

Коэффициент усиления широкополосного веерного вибратора по полю (напряжению) равен 1 (0 дБ) в каналах 1...5 и 1,15 (1,3 дБ) в каналах 6...12. Длина симметрирующего короткозамкнутого мостика равна l/4 на средней частоте каналов 1...5 и 3*l/4 в каналах 6...12.

Антенна бегушей волны (АБВ) — это направленная антенна, вдоль геометрической оси которой распространяется бегущая волна принимаемого сигнала. Обычно АБВ (рис. 10.27) состоит из собирательной линии (1) и вибраторов (2). Наведенные электромагнитным полем ЭДС в вибраторах складываются в собирательной линии в фазе и поступают в фидер. В отличие от антенн типа «Волновой канал» у АБВ

все вибраторы активные, широкополосные и не нуждаются в настройке.

Собирательную линию АБВ образуют две трубки диаметром 22...30 мм, расходящиеся под небольшим углом. Она представляет собой двухпроводную линию переменного волнового сопротивления. К каждой трубке собирательной линии под углом 60° на одинаковом расстоянии друг от друга присоединены шесть трубок (вибраторов) такого же диаметра, согнутых под углом 120°. Такие вибраторы обеспечивают значительное уменьшение заднего лепестка диаграммы направленности антенны, благодаря чему в большей части рабочего диапазона КЗД антенны оказывается не менее 14 дБ. Трубки собирательной линии скреплены между собой расположенными сверху и снизу пластинами из изоляционного материала. Средняя пластина используется для укрепления антенны на мачте в центре тяжести.

Фидер подключается к антенне с помощью короткозамкнутого мостика, который образован двумя металлическими трубками (5) с металлической перемычкой в нижней части. Фидер с

волновым сопротивлением 750м входит внутрь трубки мостика, которая находится справа. К его концу подключен трансформатор из кабеля с волновым сопротивлением 50 Ом (длина трансформатора 700... 750 мм). Другой конец отрезка кабеля выходит через верхний конец правой трубки. Здесь оплетка кабеля припаивается к правой трубке мостика, а центральный проводник — к левой. Алина мостика (1100мм) и трансформатора (700...750 мм) выбрана так, что в диапазоне каналов 1...5 она соответствует примерно 1/4 средней длины волны, а для каналов 6...12 — 3/4 средней длины волны. Это обеспечивает приемлемое согласование антенны с фидером. На

практике иногда обходятся без согласующего устройства (при ближнем приеме). В этих случаях используют симметрирующий шлейф из отрезков коаксиального кабеля (см. рис. 10.12). Точки А и В мостика могут быть защищены крышкой (4). Коэффициент усиления антенны бегущей волны в каналах 1 и 2 составляет 3,5 дБ, в 3...5 — 4,6, в каналах 6...12 — 8 дБ.

Таблица 10.19

Зигзагообразная антенна диапазона метровых волн. Конструкция антенны сравнительно проста и отклонения в ту или иную сторону от номинальных размеров, неизбежные при ее изготовлении, практически не влияют на параметры. В качестве телевизионной зигзагообразная антенна (рис. 10.28;

табл. 10.19) может быть выполнена для работы в каналах 1...5 (50...100 МГц) или 6...12 (174...230 МГц).

Устройство зигзагообразной антенны. К деревянному бруску (1) сечением примерно 60 х 60 мм под углом 90° прикреплены две горизонтальные рейки (2) сечением 40 х 40 мм. К концам бруска крепятся две металлические пластины

(3), к концам реек — такие же металлические пластины

(4), но через диэлектрические прокладки (5). Плата питания (7) состоит из двух металлических пластин, собранных на изоляционной прокладке. Толщину материала пластин и их размеры выбирают произвольно, но расстояние между пластинами должно равняться 10...15 мм для каналов 1...5 и 7...10 мм — для каналов 6...12. На подготовленную конструкцию натягивают полотно антенны из трех параллельных проводов (6) диаметром 2...3 мм или из антенного канатика. В местах перегиба провода припаивают к пластинам (3), (4), (7).

Фидер (8) из коаксиального кабеля с волновым сопротивлением 75 Ом прокладывают по одному из внутренних проводов полотна антенны до платы питания. Оплетку кабеля припаивают к пластине (7). Центральный проводник кабеля припаивают к противоположной пластине (3). Дополнительные согласуюше-симметрирующие устройства при подключении фидера к зигзагообразной антенне не нужны. Нижнюю пластину (3) при необходимости можно заземлить, так как она является точкой нулевого потенциала.

Зигзагообразная антенна имеет два одинаковых лепестка диаграммы направленности в горизонтальной плоскости, максимумы которых ориентированы перпендикулярно плоскости полотна антенны. Таким образом, эти антенны принимают сигналы спереди и сзади, подобно линейному или петлевому полуволновому вибраторам, что создает опасность

приема помех с обратного направления. Значительно улучшить работ/зигзагообразной антенны можно за счет ее усложнения, используя рефлектор (рис. 10.29). Рефлектор образован горизонтальными проводниками, которые закреплены на деревянной или металлической раме. Полотно антенны отодвинуто от плоскости рефлектора на некоторое расстояние Е (табл. 10.19).

Диаграмма направленности этой антенны имеет один главный лепесток, а задний практически отсутствует. Наличие рефлектора повышает коэффициент усиления в 1,5...2 раза. В каналах 1...5 коэффициент усиления зигзагообразной антенны плавно возрастает от 7,8 дБ в первом канале до 14 дБ в пятом, а в каналах 6...12 — от 7,8 до 10 дБ.

10.10. Антенны дециметровых волн

В диапазоне АМВ из-за уменьшения действующей длины приемной антенны при повышении частоты на входе антенны развивается меньшее напряжение, чем при тех же условиях в метровом диапазоне. Поэтому возникает необходимость устанавливать антенны с большим коэффициентом усиления. В антеннах типа «Волновой канал» это достигается при увеличении числа директоров, создании синфазных решеток из многоэлементных антенн (рис. 10.30). Так как размеры элементов антенн соседних каналов отличаются незначительно, обычно их приводят для группы каналов (табл. 10.20).

Т а б л и и а 10.20

13-элементная антенна типа «Волновой канал» состоит из трех рефлекторов, активного петлевого вибратора и 9 директоров. Расстояния между торцами петлевого вибратора А равняется 10...20 мм. Диаметр вибраторов антенны — 4...8 мм. Коэффициент усиления антенны равен 11,5 дБ, угол раствора основного лепестка диаграммы направленности в горизонтальной и вертикальной плоскостях 40°.

19-элементная антенна типа Волновой канал для диапазона ДМВ (рис. 10.31) состоит из трех рефлекторов, активного петлевого вибратора и 15 директоров. Вибраторы изготовлены из проволоки и трубок диаметром 4 мм. Они крепятся любым способом к несущей стреле диаметром 20 мм. Длина стрелы для любой группы каналов составляет 2145 мм (табл. 10.21). Коэффициент усиления антенны составляет 14...15 дБ, угол раствора основного лепестка диаграммы направленности в горизонтальной и вертикальной плоскостях равен 30...32.

Широкополосная антенна типа «Волновой канал» для приема в каналах 21...41 (рис. 10.32).

В зависимости от расстояния до телевизионного передатчика и зоны уверенного приема его сигналов количество элементов (директоров) антенны можно уменьшать до 8,11 или 15.

В случае когда предпочтение отдано приему в одном телевизионном канале (например, прием программы НТВ из пос. Колодищи), размеры элементов антенны и расстояния между ними можно пересчитать на этот канал.

Таблица 10.21

Наибольший коэффициент усиления (13 дБ) широкополосная антенна ДМВ имеет в 28-м канале, средняя частота которого составляет 500 МГц. Коэффициент пересчета (Кп) в этом случае определяется по формуле

Кп=530/fcp

где fcp — средняя частота канала ДМВ, МГц. Для 37-го канала, средняя частота которого 562 МГц, Кп равен:

Кп=530/562=0,943.

Умножив размеры элементов и расстояния между ними на 0,943, получим размеры антенны для 37-го канала (рис. 10.33). Так же можно пересчитать широкополосную антенну на любой канал (или группу каналов) ДМВ. Средняя частота канала (группы каналов) приведена в табл. 10.2, длина полуволновой петли — в табл. 10.1. При использовании металлической несущей стрелы (траверсы) полученные при пересчете размеры элементов увеличивают на половину ее диаметра.

Коэффициент усиления канальной антенны возрастает до 14...15 дБ. Антенну из восьми элементов используют на расстоянии до 20...30 км от пос. Колодищи, из 11 — до 30...40, из 15 элементов — до 50...60 км. За зоной уверенного приема на расстоянии до 70...90 км используют антенну из 24 элементов. Для обеспечения хорошего качества принимаемого изображения непосредственно на мачте устанавливают антенный усилитель.

Антенна мало подвержена влиянию близко расположенных предметов и имеет хорошую повторяемость. Допустимы отклонения до 2 мм от расчетных размеров практически без ухудшения параметров антенны.

Антенна типа «Волновой канал» со сложным пассивным рефлектором (рис. 10.34; табл. 10.22...10.24) состоит из решетчатого рефлектора (рис. 10.35, а), два полотна которого установлены под углом 90° на конце несушей стрелы, активного петлевого вибратора (рис. 10.35, б) и 18 директоров.

При этом два первых директора (А1 и Д2) являются двухэтажными и разнесены по вертикали на толщину несущей стрелы (табл. 10.23).

Таблица 10.22

Главным достоинством такой антенны является надежная экранировка задней полусферы благодаря увеличению КЗД при установке сложного рефлектора. Последний концентрирует энергию полезного сигнала в направлении активного вибратора, что способствует повышению коэффициента усиления антенны.

Таблица 10.23

Таблица 10.24

На рис. 10.36 показан вид сбоку описанной выше антенны. 6-элементная антенна предназначена для ближнего приема на расстоянии до 10...15 км от телевизионного передатчика:

10-элементная — 15...25; 15-элементная — 25...40; 20-элементная — на расстоянии 40...60 км и более.

В диапазоне ДМВ широко используются рамочные антенные Тройной квадрат, рамки которых выполнены из цельного куска медного, латунного провода диаметром 2...3 мм. При размерах дециметрового диапазона (табл. 10.25) антенна обладает достаточной жесткостью. Провод необходимо изогнуть определенным образом (рис. 10.37). В точках А, Б и В провода необходимо зачистить и спаять. В этой конструкции вместо шлейфа (см. рис. 10.12), изготовленного из куска коаксиального кабеля, используется четвертьволновой корот-

козамкнутый мостик (см. рис. 10.11) той же длины, что и шлейф (см. табл. 10.5). Расстояние между проводами мостика остается прежним (30 мм). Конструкция такой антенны достаточно жесткая, и нижняя стрела здесь не нужна.

Фидер подвязывают к правому проводу мостика с наружной стороны. При подходе фидера к вибраторной рамке оплетку кабеля припаивают к точке X' центральный проводник — к точке X. Левый провод мостика закрепляют на диэлектрической стойке или в случае наружной антенны — на мачте. Важно, чтобы в пространстве между проводами мостика не находились фидер и стойка мачты.

При наличии медных, латунных или алюминиевых полосок

можно сделать ромбовидную антенну (рис. 10.38). Полоски (1) скрепляют внахлест винтами и гайками. В точке соприкосновения пластин должен быть надежный электрический контакт. Толщина полосок произвольная.

Ромбовидная антенна может работать в полосе частот каналов 21...60, коэффициент усиления ее равен 6...8 дБ. Для его повышения антенну можно снабдить рефлектором (рис. 10.39).

Простейший рефлектор представляет собой плоский экран, изготовленный из трубок или отрезков толстого провода. Диаметр элементов рефлектора некритичен (3...10 мм). Полотно рефлектора (2) крепится с помощью стоек-опор (3)

Таблица 10.25

к металлической или деревянной мачте (4). Точки 0 имеют нулевой потенциал, относительно земли, поэтому стойки (2) могут быть металлическими.

Фидер (5) — кабель типа РК с волновым сопротивлением 75 Ом прокладывают к точкам питания А и Б. Оплетку кабеля припаивают к точке Б, а центральный проводник — к точке А. При дальнем приеме ромбовидная антенна может быть оснащена широкополосным усилителем (6).

2-элементная Швейцарская антенна (см. рис. 10.21) также может использоваться в диапазоне ДМВ (табл. 10.26).

Таблица 10.26

10. 11. Универсальная всеволновая антенна для диапазонов

MB и ДМВ

В тех случаях, когда местная передающая станция осуществляет многопрограммное телевизионное вещание (например, в Минске передачи идут в каналах 1, 3, 6, 8, 27 и 37), целесообразно использовать одну антенну, обеспечивающую в зоне уверенного приема и с одного направления прием всех программ. Особенно удобна такая антенна, когда телевизор имеет один антенный вход. Данным требованиям отвечает универсальная всеволновая телевизионная антенна (УВТА), конструкция которой предложена автором книги (рис. 10. 40). Коэффициент усиления в каналах 1... 5 равен 0 дБ, в каналах 6... 12—1, 3, в каналах 21... 41—10... 12 дБ.

УВТА перекрывает весь диапазон частот метровых волн (каналы 1... 5 и 6... 12) и дециметровых в полосе частот каналов 21... 41. Антенна не имеет каких-либо согласующе-симметрирующих устройств, фильтров сложения сигналов разных диапазонов УKB и подключается к телевизору одним кабелем снижения. В диапазоне метровых волн УВТА может принимать сигналы с горизонтальной и вертикальной поляризациями радиоволн.

УВТА состоит из двух антенн: метровой и дециметровой, параллельно соединенных в точках В и Г и подключенных к общему фидеру. При этом одна антенна не влияет на другую. Сигналы, принятые антенной метровых волн, поступают в фидер и не ответвляются в цепь дециметровой антенны, а

сигналы, принятые дециметровой антенной, поступают в фидер и не ответвляются в цепь метровой антенны.

Сигналы, принятые петлевым вибратором части ДМВ, поступают по двухпроводной линии к точкам В—Г и далее в фидер. Два следующих отрезка двухпроводной соединительной линии (первый между точками В—Г и А—Б, второй — между А—В и Ж—3) препятствуют ответвлению дециметровых сигналов в цепь веерного вибратора. Длина каждого отрезка равна 1/4 средней длины волны дециметрового диапазона. Второй отрезок относительно точек А—Б представляет собой разомкнутую на конце четвертьволновую линию, входное сопротивление которой близко к нулю. Поэтому первый отрезок в точках А—Б замкнут накоротко и не пропускает сигналы ДМВ.

Метровая часть антенны в развернутом виде показана на рис. 10.41. Роль короткозамыкаюшей перемычки выполняет петлевой вибратор антенны ДМВ. Длина двухпроводной линии соответствует 1/4 длины волны на средней частоте диапазона каналов 1...5 и 3/4 длины волны на средней частоте каналов 6...12. Благодаря этому мостик для сигналов метрового диапазона имеет очень большое сопротивление.

Фидер (коаксиальный кабель типа РК с волновым сопротивлением 75 Ом) вводят в отверстие петлевого вибратора в точке нулевого потенциала 0, пропускают внутри трубки правой части петлевого вибратора и правой трубки двухпроводной линии до отверстия в точке В. Для распайки в

точках В—Г кабель разделывают после протяжки в трубках. Защитную оболочку с кабеля не снимают. Оплетку кабеля припаивают в точке В, а центральный проводник — в точке Г на другой трубке линии. Если кабель невозможно протянуть в трубке, его прокладывают так же поверх трубок и закрепляют в нескольких местах.

Дециметровая часть антенны показана на рис. 10.42. Элементы антенны крепятся на несушей стреле, изготовленной из металлической трубки диаметром 20 мм (можно использовать и деревянный брусок сечением 40 х 40 мм). Петлевой вибратор дециметровой антенны и двухпроводную линию выполняют из целого куска трубки точно по размерам (см. рис. 10.41). Форма изгиба двухпроводной линии произвольная, однако между центрами ее трубок необходимо выдерживать расстояние 50 мм. Для жесткости делают распорки из материала с низкими потерями на высоких частотах и небольшой диэлектрической проницаемостью (полистирол, фторопласт, оргстекло).

Рефлектор и директоры дециметровой антенны изготавливают из трубок диаметром 8...12 мм. Расстояние между осями трубок сдвоенного рефлектора по вертикали составляет 240 мм. Веерный вибратор в точках А—В приваривают или припаивают твердым припоем к двухпроводной линии и крепят к изоляционной пластине с помощью болтовых соединений. Форма, размеры и толщина пластины значения не

имеют. Необходимо, чтобы она выдержала необходимые нагрузки. К ней же крепится и конец стрелы.

Стойка сдвоенного рефлектора может быть металлической или деревянной. Стойка и вибраторы крепятся к несушей стреле любым доступным способом, важно лишь обеспечить параллельность всех вибраторов относительно поверхности земли. Стрелу антенны устанавливают на металлической мачте в центре тяжести, но при приеме сигналов с вертикальной поляризацией верхняя часть мачты длиной 1, 3... 1, 5 м должна быть неметаллической.

В зависимости от уровня полезного сигнала в месте приема количество директоров в дециметровой части антенны может варьироваться от 7 до 20. В этих случаях следует использовать размеры широкополосной антенны типа «Волновой канал» (см. рис. 10. 32).

10. 12. Синфазные антенны

Синфазными называются комбинированные антенны, составленные из нескольких антенн типа «Волновой канал» с небольшим количеством элементов, что позволяет антенной решетке сохранить необходимую полосу пропускания частот.

11-элементные антенны имеют узкую полосу пропускаемых частот, поэтому их нельзя составлять в синфазную решетку.

В синфазной решетке одинаковые по размерам антенны разносятся по вертикали (рис. 10. 43) или горизонтали и подключаются к общему фидеру. При разносе антенн по вертикали диаграмма направленности сужается в вер

тикальной плоскости, а при разносе по горизонтали — в горизонтальной. Антенны часто разносятся и по горизонтали, и по вертикали (рис. 10. 44), тогда диаграмма направленности сужается в обеих плоскостях.

В вертикальной плоскости антенны располагаются одна над другой (рис. 10. 45) на расстоянии от половины длины волны до полной ее длины в плоскости, перпендикулярной приходящей электромагнитной волне. При этом приходящая волна достигает всех вибраторов одновременно и возбуждает в них токи одной и той же фазы. Соблюдение определенного расстояния между этажами антенны делает ее нечувствительной к волнам, приходящим с вертикальных направлений. Если волна приходит, например, снизу, то она достигает вначале нижнего вибратора, а затем, пройдя расстояние в полволны,— верхнего. Таким образом, оба вибратора оказываются возбужденными противофазно, и токи отдельных вибраторов на входе фидера взаимно уничтожаются. Это способствует значительному снижению помех

приходящих снизу. Число этажей антенны должно быть четным, в противном случае появится прием снизу.

Использование двухэтажной синфазной антенны позволяет при неизменной напряженности поля в месте приема повысить напряжение на входе телевизионного приемника не в 2 раза, а только в 2^0.5 раз (3 дБ). При использовании четырех антенн коэффициент усиления синфазной решетки возрастает на 6 дБ, при восьми — на 9 дБ и т. д. по отношению к коэффициенту усиления одиночной антенны.

Максимальное усиление синфазная антенна имеет тогда, когда расстояние между отдельными антеннами равно длине волны. Если расстояние между отдельными антеннами равно половине длины волны, коэффициент усиления снижается примерно на 20%. Выбирать расстояние между этажами больше длины волны не следует, так как это может привести не к повышению, а к снижению коэффициента усиления из-за увеличения боковых лепестков диаграммы направленности.

Для получения максимального уровня сигнала от синфазной антенны необходимо соединить вибраторы так, чтобы токи их на входе фидера складывались синфазно. При сборке таких антенн важно, чтобы активные вибраторы (рамка, петлевой вибратор) были соединены синфазно, что достигается подключением отрезков кабелей к тем же точкам активных вибраторов, которые находятся с одной стороны (с правой или левой в обоих этажах). Например, если в рамочной антенне оплетка шлейфа и центральный проводник кабеля подключены к левому концу вибратора, то такое же подключение необходимо сделать и к нижней рамке. Нижнюю антенну при этом переворачивать не нужно.

Если в антеннах типа «Волновой канал» центральные про

водники петли и фидера подключены к правому концу вибратора, то такое же подключение делают и к нижнему вибратору антенны, которую следует перевернуть на 180° по отношению к верхней.

При монтаже кабельных соединений в антенне нужно следить за тем, чтобы центральный провод кабеля не был надрезан и проволочки медной оплетки кабеля не могли случайно его коснуться.

Используя для соединения этажей антенн типа «Волновой канал» двухпроводные симметричные линии, выполненные из коаксиального кабеля с волновым сопротивлением 75 Ом, можно обойтись без согласуюше-симметрируюших устройств у активных вибраторов.

На рис. 10. 46 приведена схема соединения двухэтажной трехэлементной антенны с использованием симметричных линий. Если входное сопротивление каждого этажа антенны составляет примерно 150 Ом, то соединительные линии с волновым сопротивлением 150 Ом хорошо согласуются с ними. В точках А—А два таких сопротивления соединены параллельно. При этом полное входное сопротивление антенны в этих точках будет равно 75 Ом.

В случае, когда входное сопротивление каждого этажа больше 150 Ом, четвертьволновые отрезки соединительных линий Т трансформируют его в точках А—А до значения, которое меньше 150 Ом. Входное сопротивление всей антенны в точках А—А при этом будет немного меньше 75 Ом.

Если входное сопротивление каждого этажа меньше 150 Ом, четвертьволновые отрезки соединительных линий трансформируют его в точках А—А до значения, превышающего 150 Ом. Входное сопротивление всей антенны в точках А—А будет больше 75 Ом. Однако во всех случаях антенна удовлетворительно согласуется с фидером из кабеля с волновым сопротивлением 75 Ом. Такой способ соединения этажей можно рекомендовать для многоэлементных антенн типа «Волновой канал». Фидер присоединяется к точкам А—А через короткозамкнутый шлейф Ш (размеры отрезков Т и Ш приведены в табл. 10. 5, 10. 6).

Если разнос между этажами антенны удвоить и сделать равным 2Т (расстояние от точек а—б до точек А—А равно половине длины волны в кабеле), коэффициент усиления антенны возрастет примерно на 20%. В этом случае полуволновые отрезки соединительных линий не трансформируют в точках А—А входное сопротивление каждого из этажей. Оба сопротивления соединяются в точках А—А параллельно, при этом входное сопротивление всей антенны равно примерно 75 Ом и хорошо согласуется с фидером Расстояние между точками Л—А составляет 60... 80 мм.

Для подключения двухэтажной двухрядной 5-элементной антенны типа «Волновой канал» к 75-омному фидеру можно рекомендовать схему на рис. 10. 47, где соединения между этажами выполнены с помощью симметричных линий.

Для получения необходимого входного сопротивления и улучшения согласования антенны с фидером в этой схеме использованы трансформирующие свойства линий, соединяющих этажи. Входное сопротивление этажей в точках 1—2 равно примерно 75 Ом и в каждом вертикальном ряду трансформируется в точках 3—4 четвертьволновыми отрезками соединительных линий Т до 300 Ом. Эти два сопротивления соединены параллельно, поэтому входное сопротивление одного вертикального ряда в точках 3—4 составляет приблизительно 150 Ом.

К точкам 3—4 подключены симметричные линии с волновым сопротивлением 75 Ом, составленные из отрезков коаксиального кабеля. Входные сопротивления двух таких линий от каждого из вертикальных рядов, соединенных в точках 5—6 параллельно, определяют входное сопротивление всей антенны. Это сопротивление равно примерно 75 Ом, поэтому фидер из коаксиального кабеля с волновым сопротивлением 75 Ом следует присоединять к точкам 5—6 через симметрирующий короткозамкнутый шлейф Ш. Оплетки кабелей в точках О необходимо спаять (длины отрезков Т и Ш приведены в табл. 10. 5, 10. 6).

В ряде случаев удобно и целесообразно размещать антенны типа «Волновой канал» в четыре этажа по вертикали. Такое построение значительно сужает диаграмму направленности в вертикальной плоскости и позволяет прижать ее главный лепесток к земле. Это очень важно в условиях дальнего приема, когда сигнал приходит с линии горизонта.

На рис. 10. 48 приведена схема соединения четырех антенн, установленных на мачте по вертикали. Согласование антенн осуществляется следующим образом. Первый (нижний) этаж соединяется со вторым соединительной линией с волновым сопротивлением 75 Ом, образованной двумя отрезками 75-омного коаксиального кабеля. Алина линий, которыми соединены первый этаж со вторым и третий с четвертым, должна быть равна половине длины волны в кабеле. В связи с тем, что сигнал, проходя по линиям такой длины, задерживается на половину периода, т. е. его фаза меняется на обратную, для компенсации отрезки кабеля в линиях следует перекрещивать.

В точках А—А питания второго и третьего этажей два сопротивления по 150 Ом соединены параллельно, образуя 75 Ом. К этим точкам подключены трансформаторы, образованные отрезками 50-омного кабеля длиной Т с волновым сопротивлением 100 Ом. Поэтому в точках А—А входные сопротивления двух нижних и двух верхних этажей оказываются равными 150 Ом. Они соединены параллельно и образуют 75 Ом. К этим точкам и подключают фидер с помощью четвертьволнового симметрирующего шлейфа длиной Ш (см. рис. 10. 46). (Размеры трансформаторов Т и шлейфа Ш приведены в табл. 10. 5, 10. 6). На концах линий и трансформаторов оплетки кабелей соединяют между собой. Центральный проводник фидера, соединенный с центральным проводником и оплеткой шлейфа, подключают к левой точке А, а оплетку фидера — к правой точке А. С оплетками трансформаторов оплетку фидера не соединяют.

Схема соединения двухэтажной двухрядной рамочной синфазной антенны представлена на рис. 10. 49 (она одна для 2-элементных и 3-элементных антенн). В схеме все соединения выполнены из коаксиального кабеля с волновым сопротивлением 75 Ом. В данном случае, как и при соединении этажей двухэтажной антенны, в качестве симметрирующих устройств могут быть использованы короткозам-кнутые шлейфы или мостики. Два верхних и два нижних этажа соединяются отрезками линий одинаковой длины. При этом входное сопротивление каждой пары равно 37, 5 Ом. Отрезки кабеля длиной Т трансформируют эти сопротивления до 150 Ом и соединяются параллельно. Входное сопротивление антенны равно 75 Ом и хорошо согласуется с

фидером из коаксиального кабеля с волновым сопротивлением 75 Ом.

Повышение коэффициента защитного действия способствует ослаблению помехи, которая приходит к антенне с противоположного направления от передатчика, работающего на таких же или близких к ним частотах передатчика основного направления.

Повышенный КЗД синфазной антенны достигается следующим образом. При установке антенн на мачте верхнюю антенну необходимо сдвинуть вперед на 1/4 средней длины волны принимаемого канала. Дополнительно следует также на 1/4 длины волны в кабеле (она в 1, 52 раза меньше, чем в свободном пространстве) увеличить длину верхних отрезков «Линия» (рис. 10. 49) по сравнению с нижними отрезками, длину которых выбирают произвольно.

Сигнал, приходящий с основного направления, попадает на верхнюю антенну на четверть периода раньше, чем сигнал,

принятый нижними антеннами. Однако за счет более длинных отрезков линии сигнал от верхних антенн будет задержан также на 1/4 периода. В результате сигналы от верхних и нижних антенн попадут в точку подключения трансформатора Т одновременно в фазе и сложатся.

Сигнал помехи, которая приходит от передатчика с противоположного направления, попадет к верхним антеннам с опозданием на 1/4 периода по сравнению с помехой, которая принята нижними антеннами. Дополнительно сигнал помехи,

принятый верхними антеннами, будет задержан верхними линиями еще на 1/4 периода. Таким образом, сигнал помехи, принятый верхними антеннами, к точке подключения трансформатора Т попадает на полпериода позже, чем принятый верхними антеннами. Поэтому они окажутся в противофазе, и их сигналы будут вычитаться один из другого.

Такой способ увеличения КЗД синфазной решетки можно использовать не только для рамочных антенн, но и для антенн типа «Волновой канал». Он позволяет увеличить КЗД антенны примерно на 20 дБ, если направления на источник сигнала и помехи противоположны. Это означает, что угол между этими направлениями составляет 180°. Однако и при меньших углах (почти до 150°) целесообразно использовать такой способ увеличения КЗД антенны.

10. 13. Антенны вертикальной поляризации

Практически любая антенна для приема радиоволн с горизонтальной поляризацией может осуществлять прием радиоволн с вертикальной поляризацией. Для этого ее следует повернуть по отношению к поверхности земли из обычного положения на 90°. Например, вибраторы антенн типа «Волновой канал» необходимо установить перпендикулярно поверхности земли. Однако существует ряд особенностей установки антенн на мачте в случае приема радиоволн с вертикальной поляризацией.

В связи с тем что фидер приемной антенны, провод заземления и металлическая мачта, на которой она установлена, расположены обычно перпендикулярно поверхности земли, в них наводятся токи от приходящей вертикально поляризованной волны. Эти токи создают вторичное электромагнитное излучение (поле), которое изменяет электромагнитное поле, наведенное в точке приема вертикально поляризованной антенной телевизионного передатчика. Это может привести к искажению диаграммы направленности приемной антенны, изменению ее входного сопротивления и другим нежелательным явлениям. Установка приемной антенны на мачте, прокладка фидера и провода заземления требуют принятия мер, устраняющих или снижающих влияние металлических частей на поле антенны, которая принимает вертикально поляризованные волны.

Если мачта антенны деревянная, несущую стрелу можно крепить к ней в центре тяжести антенны. Однако фидер и провод заземления нельзя прокладывать по мачте, подводя их непосредственно к активному вибратору. Для прокладки

фидера и провода заземления необходим так называемый «хвостовик», который отдалит вертикальные части фидера и заземления от антенны (рис. 10. 50). Длина «хвостовика» должна выступать за рефлектор антенны на расстояние не менее 1/10 средней длины волны принимаемого канала.

Если мачта металлическая, стрелу антенны необходимо отдалить от мачты с помощью деревянной вставки на расстояние не менее 1/3 средней длины волны канала (рис. 10. 51). Прикрепить металлическую стрелу антенны к металлической мачте можно в центре тяжести, отстранив антенну от нее на расстояние не менее 1/3 средней длины волны канала (рис. 10. 52). Такой способ крепления используется для многоэлементных антенн типа «Волновой канал».

10. 14. Настройка антенн типа «Волновой канал»

При дальнем приеме телевидения очень важно получить от антенны максимальный коэффициент усиления. Для этого многоэлементные антенны типа «Волновой канал» необходимо настраивать, изменяя в небольших пределах длину вибраторов и расстояние между ними. Изменение линейных размеров элементов и расстояния между ними всего на 10% от оптимальных приводит к изменению коэффициента усиления у 2-элементной антенны на 8... 12%, у 3-элементной — на 20... 30, у 5-элементной — на 40... 60%. Если антенна изготовлена по расчетным данным и не настроена, коэффициент ее усиления тем значительнее отличается от максимально возможного, чем больше элементов в антенне.

Если при настройке многоэлементной антенны стараются получить максимально возможный коэффициент усиления, антенна будет иметь узкую полосу пропускания. Вследствие этого, настраивая многоэлементные антенны, необходимо искать компромиссное решение, чтобы получить высокий коэффициент усиления и широкую полосу пропускания. Эту задачу можно решить экспериментально подбором длин пассивных вибраторов и расстояний между вибраторами антенны. Различные способы изменения длины вибраторов показаны на рис. 10. 53.

Настройку и ориентировку телевизионных антенн можно осуществлять с помощью простого портативного переносного прибора, состоящего из измерительного блока и детекторной головки (рис. 10. 54 и 10. 55).

Для переноски прибора используют пластмассовую коробку. В коробке находится усилитель постоянного тока на одном транзисторе типа КТ209 и установлен стрелочный прибор (микроамперметр на 500 мкА). С помощью переменного резистора R2 4, 7 кОм прибор устанавливают на отметку 0. Потенциометр R1 1, 5 МОм предназначен для плавной регулировки чувствительности прибора. Резистор R4 предохраняет прибор от перегрузки (ограничивает ток). Для питания прибора используется один элемент «Сириус» 3 ФМЦ-0, 25 напряжением 1, 5 В. Включается батарейка выключателем резистора R1 типа ТК1500 А-0, 5.

Для связи между лицами, проводящими настройку и ориентировку антенны, установлен тумблер, переключающий

линию на измерение, или телефон. Детекторная головка смонтирована в пластмассовом ящике размером 90 х 45 х 25 мм. В качестве детектора используется точечный диод Д2Е. Для осуществления связи или измерений служат кнопочный переключатель и клеммы, к которым подключается телефонная трубка.

Для подключения детекторной головки к телевизору предназначены два вывода с однополосными вилками и зажимами типа «крокодил». Белый провод подключается к катоду кинескопа, а синий — к шасси телевизора. Детекторная головка соединяется с измерительной коробкой двухпроводным изолированным кабелем длиной 40... 50 м (например, ТРВК 2 х 0, 5). На концах провода вмонтированы штепсельные вилки, концы которых окрашены в белый и синий цвета для соблюдения полярности при включении в гнезда измерительной коробки и детекторной головки, окрашенных так же. Эта соединительная линия используется одновременно для измерения уровня телевизионного сигнала, принимаемого антенной, и телефонной связи между лицами, которые осуществляют настройку и ориентировку антенны.

Для телефонной связи используют миниатюрные телефонные трубки с одним капсулем, который служит телефоном и микрофоном. (Трубки не требуют специальной батареи питания.) Для этого можно использовать трубки от детских телефонных аппаратов.

При настройке и регулировке антенных головок настройщик, находящийся на крыше, включает, соблюдая полярность, соединительный шнур, предварительно переключив тумблер измерительной коробки на телефон. Второй конец шнура он пропускает через окно к телевизору. Другой настройшик, находящийся у телевизора, подключает конец кабеля к гнездам детекторной головки, также соблюдая полярность. Выводы детекторной головки, которые оканчиваются вилками, подключают так: белый провод — к катоду кинескопа, синий — к шасси (корпусу) телевизора. Кнопка детекторной головки также переключается для работы на телефон.

После опробования телефонной связи соединительная линия переключается на измерение. Затем приступают к ориентировке или настройке антенных головок. Для этого настройщик, находящийся у телевизора, подключает кабель от антенны к телевизору и настраивает телевизор на прием нужного канала. Настройщик, находящийся на крыше, поворотом вправо ручки резистора R1 измерительной коробки включает питание прибора и, вращая ручку переменного резистора R2, устанавливает стрелку прибора на 0 (при отключенной соединительной линии).

Если после включения соединительной линии стрелка прибора будет резко отклоняться вправо до упора, нужно снизить чувствительность прибора поворотом влево ручки переменного резистора R1. При недостаточном угле отклонения стрелки прибора следует повысить его чувствительность поворотом ручки R1 вправо.

Ориентировку и настройку антенн следует осуществлять при передаче тест-таблицы, так как при этом напряженность поля сигнала изображения не изменяется. При передаче движушихся изображений и смене кадров будут изменяться показания прибора, поэтому произвести точную ориентировку или настройку телевизионных антенн сложно.

Находящийся на крыше настройщик поворачивает антенную головку и, следя за показаниями прибора, добивается максимального отклонения стрелки. При этом, периодически переключаясь на телефон, он справляется у находящегося возле телевизора о качестве изображения. Ориентация антенны на максимальный сигнал считается законченной при наибольшем отклонении стрелки прибора и улучшении качества изображения на экране телевизора.

Нельзя считать правильной ориентировку антенны только по показаниям прибора, так как он реагирует на частоты не только принимаемого канала, но и помех от различных установок, которые иногда превышают принимаемый сигнал по силе напряженности поля. Это может ввести настройщика в заблуждение, и антенна будет ориентирована не на максимальный прием телевизионного сигнала, а на прием помехи.

Для настройки и согласования телевизионных антенн нужно изменять расстояние между директорами, их длину, а также расстояние и длину рефлектора антенн типа «Волновой канал». При этом следует добиваться максимального отклонения стрелки прибора и улучшения качества изображения. Для согласования волнового сопротивления антенны и кабеля с входом телевизора необходимо изменять размеры согласующей петли и фильтра сложения, добиваясь улучшения качества изображения на экране телевизора.

Прибор позволяет довольно точно сориентировать и настроить телевизионную антенну, так как его стрелочный индикатор реагирует на малейшие изменения уровня телевизионного сигнала, которые нельзя заметить на экране телевизора. Прибор можно использовать и для связи между ориентировщиком спутниковой антенны и наблюдателем у телевизионного приемника.

Подстройка антенны производится путем укорочения или удлинения пассивных вибраторов до получения максимального отклонения стрелки прибора и повышения контрастности изображения. Для этого на концы трубок рефлектора и директоров надевают отрезки трубок большего диаметра (рис. 10. 53, а), передвигая которые можно изменять длину пассивных вибраторов.

Для уменьшения длины настраиваемых вибраторов их размеры предварительно делают короче по сравнению с указанными на чертежах. Надставку вибраторов можно осуществить так, как показано на рис. 10. 53, бив.

В каждом случае необходимо обеспечить надежный контакт надставленной части с основным вибратором. После

подстройки следует закрепить надставки наглухо или заменить вибратор с надставками новым, нужной длины.

Последовательность настройки. Настраивают рефлектор, изменяя его длину. Таким образом добиваются максимального отклонения стрелки прибора и увеличения контрастности изображения. Затем подбирают длину директора, ближайшего к активному вибратору,— также до наибольшего отклонения стрелки прибора и увеличения контрастности изображения. После этого регулируют длину других директоров.

Следует иметь в виду, что вследствие наличия сильной связи между элементами антенны при настройке одного из них изменяется настройка другого. Поэтому необходима повторная подстройка настроенных элементов.

Если настраивают синфазную антенну, то при подстройке изменение длины элементов должно быть одинаковым для всех этажей.

Расстройка антенны происходит в основном за счет отклонений диаметров используемых труб от размеров, указанных на чертежах. При использовании труб большего диаметра вибраторы при настройке антенны нужно несколько укоротить, а меньшего — удлинить.

При подстройке активного вибратора изменить его длину можно передвижением перемычек (рис. 10. 53, г).

10. 15. Грозозащита приемных телевизионных антенн

Комнатные телевизионные антенны в грозозащите не нуждаются. Что касается наружных антенн, то необходимость в защите определяется местом их установки. Если наружная антенна находится вблизи высоких зданий и сооружений, оборудованных молниеотводом (например, возле фабричной трубы, высокого дома, мачты передающей радиостанции и т. п.), устройство грозозащиты устанавливать не обязательно. Если антенна установлена на крыше отдельно стоящего (даже одноэтажного) дома или на здании, которое выше окружающих домов, Грозозащита необходима.

Лучшая грозозащита — металлический заостренный штырь, установленный на вершине мачты (острие штыря должно хотя бы на 1, 5 м быть выше антенны).

Грозозащита петлевого вибратора осуществляется сравнительно просто (рис. 10. 56). Среднюю точку 0 (нулевой потенциал) и оплетки кабелей спаивают с металлической мачтой антенны и соединяют с железной крышей (при условии, что крыша дома имеет заземление). При использовании

деревянной мачты заземле ние осуществляется с по мощью проволоки диамет ром 4... 6 мм или металли ческой полоски шириной 10... 15 мм, которую уклады вают вдоль мачты.

Если кровля дома неме таллическая или не имеет грозозащиты, к антенне не обходимо сделать специаль ный заземлитель. Для этой цели подойдет металличес кая труба длиной не менее 1, 5 м или лист оцинкованно го железа, который зарыва ют в землю на глубину не менее 1, 5... 2 м (рис. 10. 57). Предварительно поверх ность заземлителя тщатель но очищают от краски, ржавчины и других изолирующих веществ. К верхнему концу трубы заземлителя или посередине листа приваривают стальной или медный провод диаметром 4... 6 мм или металлическую полосу толщиной не менее 2 мм и шириной 10 мм. Если запайка или сварка невозможны, плотный электрический контакт осуществляется с помощью болтового или иного соединения. Место пайки или сварки заливают смолой или покрывают асфальтовым лаком. После этого в траншею засыпают несколько килограммов поваренной соли и наливают ведро воды. При песчаном грунте для улучшения качества заземления в яму насыпают 2... 3 ведра древесного угля.

Аналогично производится грозозащита антенны типа «Волновой канал». Если антенна монтируется на металлической стреле и устанавливается на металлической мачте, необходимо хоро-

шо заземлить нижний конец мачты, соединив его с забитыми в землю двумя-тремя соединенными между собой заземлителями, которые располагаются один за другим по прямой линии на расстоянии 1, 5... 2 м друг от друга.

Если антенна устанавливается на деревянной мачте или стреле, под вибраторами следует проложить металлическую ленту. Последнюю соединяют с серединами активного и пассивных вибраторов путем пайки или с помощью болтовых соединений, а также с заземлителем антенны.

На рис. 10. 58 показана грозозащита приемных антенн, у которых симметрирование осуществляется с помощью короткозамкнутого мостика. Провод токоотвода подключается к короткозамыкаюшей перемычке и соединяется с заземлителем. Дополнительно можно надрезать защитную оболочку кабеля и соединить его оплетку с короткозамыкаюшей перемычкой. Таким способом можно осуществить грозозащиту любых антенн, которые используют симметрирующий мостик (шлейф).

Провод грозозащиты прокладывают по мачте (или по стене и крыше здания) и закрепляют на ней с помощью скобок. Если мачта составная (из металла и дерева), то заземляющий провод прокладывается по деревянной части, а в месте соединения дерева с металлом надежно прикрепляют к металлической части мачты.

Сопротивление заземления не должно превышать 30... 60 Ом. В зависимости от грунта выбирают количество труб, необходимых для устройства контура заземления (табл. 10. 27). В процессе эксплуатации необходимо периодически проверять целостность заземления и величину его сопротивления.

Во время грозы телевизор лучше выключить, особенно при эксплуатации индивидуальной и незаземленной антенны, а фидер отключить от антенного гнезда телевизора (фидер выносить наружу необязательно).

Таблица 10. 27

10. 16. Делители телевизионных сигналов

Многие телезрители имеют несколько телевизоров, установленных в разных комнатах. От ТАКП или СКТ в квартиру от распределительной телевизионной коробки, которая находится на лестничной площадке каждого этажа, обычно подводится один абонентский кабель к антенному входу одного телевизора. Для обеспечения телевизионного приема такого же качества у другого телевизора целесообразно проложить к нему второй фидер.

В случаях когда в распределительной коробке все отводы

заняты или нет возможности проложить дополнительный фидер, можно использовать делитель сигналов на два или три отвода (рис. 10. 59).

Некоторые владельцы двух телевизоров находят, на первый взгляд, довольно простое решение: в удобном месте абонентский фидер разрезается и к нему параллельно припаивается дополнительный кабель, по которому сигнал подается на второй телевизор в другую комнату. Однако такое подключение двух телевизоров к одному фидеру приводит к потерям принимаемого сигнала, нарушению согласования фидера со входами телевизора и другим нежелательным явлениям.

При делении сигналов по предложенным схемам уровень сигнала на входе каждого телевизора ослабляется во столько раз, на сколько телевизоров приходится делать разводку. По этому способу рекомендуется подключать телевизоры с минимальным излучением высокочастотного напряжения гетеродина (местный высокочастотный генератор, который находится в блоке селектора каналов каждого телевизора) на вход приемника.

Два телевизора к одному фидеру можно подключить с помощью разветвителя (рис. 10. 60). Это устройство обеспечивает согласование фидера с нагрузкой независимо от того, подключены ли к обоим выходам телевизоры, и незначитель-

но ослабляет сигнал на выходах 1 и 2 относительно сигнала на входе устройства.

Катушки индуктивности 11 и 12 идентичны. Они наматываются голым посеребренным проводом диаметром 4 мм и имеют по три витка. После намотки катушки снимают с оправки и растягивают в спираль с интервалом 1 мм между витками.

В случаях когда по одному фидеру поступают сигналы метрового и дециметрового диапазонов, а телевизионный приемник имеет два раздельных входа «MB» и «ДМВ», целесообразно использовать другое устройство (рис. 10. 61).

В таком разветвителе потери полезного сигнала незначительны, нет необходимости дополнительно осуществлять ручную коммутацию диапазонов на входе телевизора, чем обеспечивается длительная эксплуатация антенных гнезд.

Катушки 11 и 13 устройства разветвления сигналов имеют индуктивность 0, 03 мкГн, а катушка L2 — 0, 05 мкГн. Они наматываются на оправке диаметром 4 мм проводом ПЭТВ-0, 47. Намотка рядовая. Катушки L1 и L3 имеют два витка, а катушка L2 — три витка. Конденсаторы С1... СЗ типа КД или КТ.

10. 17. Антенный коммутатор

Современные телевизоры имеют один антенный вход, так как в них вмонтированы всеволновые селекторы каналов. В то же время аппарат можно дополнить отдельными антеннами метровых и дециметровых волн. Как же в таком случае подключить антенны разных диапазонов к одному входу телевизора? Если телевизионный прием ведется с одного направления, то наиболее оптимальным вариантом является установка универсальной всеволновой телевизионной антенны (см. параграф 10. 11). Однако телевизионный прием может осуществляться с разных направлений и антенн диапазонов MB и ДМВ.

Во время просмотра телевизионных передач при каждом переходе с диапазона MB на диапазон ДМВ зритель должен подойти к переключателю и вручную произвести нужную коммутацию. Избежать этого неудобства, а также «сократить» один фидер можно следующим образом. На рис. 10. 62 показана схема коммутации двух антенн на общий фидер. Реле Р находится на мачте, вблизи антенны, и дистанционно управляется напряжением от телевизора с помощью тумблера В1. Питание реле осуществляется от выпрямителя телевизора и подается по фидеру.

Резистор R1 предназначен для погашения излишнего напряжения, а конденсаторы С1 и С2 (емкость 100... 1000 пФ) препятствуют замыканию постоянного напряжения питания реле антеннами и входной цепью телевизора, пропуская без потерь высокочастотный телевизионный сигнал.

Резистор R1 имеет сопротивление 10 кОм при использовании реле типа РЭС-15 (паспорт реле РС4. 591. 001П2 или РС4. 591. 08П2). Сопротивление обмотки такого реле составляет 2200 Ом. В сумме с 10 кОм резистора R1 общее сопротивление будет 12, 2 кОм. Таким образом, если от блока питания взять+ 150 В, то ток в обмотке реле станет 150: 12, 2 = 12, 3 мА. Ток срабатывания реле не более 8, 5 мА. Реле надежно сработает при включении тумблера В1. Дополнительный расход тока в 12, 3 мА является несущественным.

При ином типе или паспорте реле сопротивление резистора R1 должно быть рассчитано иначе. Например, если используется реле типа РЭС-10 (паспорта РС4. 524. 301П2 или РС4. 524. 313П2), то сопротивление резистора R1 необходимо уменьшить до 6, 8 кОм. Например, на субмодуль радиоканала

СМРК-Т-5 телевизоров 4-го поколения («Горизонт 61ТЦ421Д» и др.), на контакт 8 соединителя Х1 (А1. 1) подается напряжение+ 12 В. От этого источника можно питать реле Р. В этом случае из устройства коммутации антенн необходимо убрать гасящий резистор R1 и оставить дроссель высокой частоты Лр1, который препятствует замыканию телевизионного сигнала на «землю» через блок питания телевизора. С другой стороны реле Р препятствует замыканию телевизионного сигнала на оплетку кабеля в верхней части фидера. Индуктивность дросселя Др1, например типа ДМ-0, 1, может быть в пределах 25... 40 мкГн.

Такое устройство коммутации позволяет подключить к одному фидеру две отдельные антенны ДМВ или по одной антенне MB и ДМВ. Если дополнительно используется фильтр сложения сигналов на MB, то при определенном сочетании каналов к общему фидеру можно подключить три антенны MB или две антенны MB и одну ДМВ. При этом пара антенн MB подключается ко входам фильтра сложения, а его выход — к устройству коммутации. В результате принятые несколькими антеннами сигналы будут по одному фидеру поступать на вход телевизора. Тумблер для переключения сигналов от антенн различных каналов целесообразно устанавливать вблизи места постоянного просмотра телевизионных передач.

10. 18. Устройства сложения телевизионных сигналов

В практике телевизионного приема часто возникает необходимость установки двух или нескольких отдельных антенн для разных направлений, каналов и диапазонов. Устройство сложения сигналов MB и ДМВ диапазонов (рис. 10. 63) обеспечивает поступление сигналов от обеих антенн к телевизору практически без их ослабления и не допускает

проникновения сигнала от одной антенны в фидер другой. Для этого в устройстве имеются фильтр нижних частот (ФНЧ) L2, L3, СЗ и фильтр верхних частот (ФВЧ) С1, L1, С2.

Катушки L1 и L3 идентичны, они наматываются на каркасах диаметром 4 мм и содержат по два витка провода ПЭТВМ диаметром 0, 475 мм. Индуктивность каждой катушки 0, 03 мкГн. Катушка L2 наматывается на такой же каркас тем же проводом, но содержит три витка, а ее индуктивность составляет 0, 056 мкГн. Намотка всех катушек рядовая, виток к витку. Оси катушек должны быть взаимно перпендикулярны, все соединительные проводники — минимальной длины. Устройство находится в металлической коробочке, к которой припаиваются оплетки кабелей.

Назначение фильтра сложения сигналов метрового диапазона состоит в том, чтобы сигнал, принятый антенной 1 нижнего канала, полностью поступил в фидер и не ответвлялся в цепь антенны 2 верхнего канала, а сигнал, принятый антенной 2, полностью поступил в фидер и не ответвлялся в цепь антенны 1 (рис. 10. 64). Эта задача решается при использовании двух фильтров.

Фильтр, образованный элементами L1, С1, L2, С2 и С5, представляет собой ФНЧ, а фильтр, образованный элементами L3, СЗ, L4, С4 и L5,— ФВЧ. Если антенна 1 рассчитана на прием сигнала с меньшим номером канала, т. е. с меньшей частотой, чем антенна 2, то сигнал от антенны 1 свободно проходит через ФНЧ и Поступает в фидер, не ответвляясь в цепь антенны 2, так как ФВЧ представляют для него большое сопротивление. Аналогично сигнал, принятый антенной 2, беспрепятственно проходит через ФВЧ и поступает в фидер, а ФНЧ, имеющий для этого сигнала большое сопротивление, не пропускает его к антенне 1. Во избежание отражения сигналов, принятых антеннами, от ФСС характеристические сопротивления обоих фильтров должны составлять приблизительно 75 Ом.

Катушки индуктивности фильтра наматываются проводом ПЭВ-2 диаметром 0, 6 мм виток к витку на каркасах из полистирола или оргстекла диаметром 5 мм. В качестве оправки можно использовать изоляцию коаксиального кабеля соответствующего диаметра. Катушки L1... L4 располагаются на одном общем каркасе, расстояние между ними должно быть 8... 10 мм. Катушку L5 наматывают на отдельный каркас и размещают так, чтобы ее ось была перпендикулярна оси других катушек. Количество витков катушек и емкости конденсаторов для разных комбинаций каналов приведены в табл. 10. 28.

Таблица 10. 28

Фильтр сложения сигналов на рис. 10. 64 построен на сосредоточенных постоянных — катушках индуктивности и конденсаторах. Однако для определенного сочетания каналов можно построить фильтр на распределенный постоянных, т. е. на отрезках коаксиального кабеля (рис. 10. 65).

Работа этого фильтра основана на трех важнейших выводах теории длинных линий:

1) входное сопротивление линии длиной 1/4 длины волны, короткозамкнутой на конце, бесконечно велико;

2) входное сопротивление линии длиной 1/2 длины волны, короткозамкнутой на конце, равно нулю;

3) входное сопротивление линии длиной, равной целому числу полуволн, короткозамкнутой на обоих концах относительно точек, находящихся внутри линии, бесконечно велико.

Фильтр рассчитан на подключение двух антенн: антенны с меньшим номером канала («а») и с большим («6»). Алина отрезка 2 равна 1/2 длины волны в кабеле для канала «б», длина отрезка 3 — 1/4 длины волны в кабеле для канала «б», длина отрезка 4 — 1/4 длины волны в кабеле для канала «а», а длина отрезка 6 — 1/2 длины волны в кабеле для канала «а». Длину отрезков 1 и 5 подбирают так, чтобы суммарная длина отрезков 1 и 2 составляла 1/2 длины волны в кабеле для канала «а», а суммарная длина отрезков 5 и 6 — несколько полуволн в кабеле для канала «б».

Поступая по фидеру к точке соединения отрезков 1 и 2, сигнал от антенны канала свободно проходит через отрезок 3 и далее в фидер к телевизору, так как отрезки 1 и 2 в сумме имеют длину, равную 1/2 волны для этого канала, и их сопротивление бесконечно велико. Сигнал не ответвляется в отрезок 4 благодаря тому, что отрезок 6 для него равен 1/2 длины волны и замыкает накоротко конец отрезка 4. Алина этого отрезка составляет 1/4 длины волны для канала «а», так что входное сопротивление отрезка 4 бесконечно велико. Аналогично проходит сигнал от антенны канала «б» с тем различием, что в сумме длина отрезков 5 и 6 равна нескольким половинам длины волны для канала «б». Размеры отрезков 2, 3, 4 и 6 для разных каналов приведены в табл. 10. 29, а размеры отрезков 1 и 5 — в табл. 10. 30. Здесь выше диагонали приводятся размеры В, а ниже диагонали — Г.

Таблица 10. 29

Таблица 10. 30

Приведем пример определения длин отрезков кабелей фильтра сложения для подключения антенн 1 и 3 каналов к общему фидеру. Индекс «а» в этом случае соответствует каналу 1, а индекс «б» — каналу 3. По табл. 10. 29 находим размеры отрезков: 2 — 1226 мм, 3 — 6613 мм, 4 — 933 мм, 6 — 1866 мм. Из табл. 10. 30 в строке для канала 1 и столбце для канала 3 находим длину отрезка 1 (В) — 638 мм, а в строке для канала 3 и столбце для канала 1 — длину отрезка 5 (Г) — 589 мм.

В диапазоне каналов 6... 12 антенны соседних каналов соединять с помощью такого фильтра сложения нельзя, но в случаях, когда номера каналов различаются на два, длина некоторых отрезков оказывается незначительной (меньше 50 мм). Такой фильтр будет работать хуже обычного, так как погрешность длины отрезка составит значительный процент от его длины. По той же причине не удается создать фильтры сложения для дециметровых каналов или для сочетания метрового и дециметрового каналов.