Наиболее качественное радиовещание осуществляется в ОВЧ-диапазоне (в соответствии с ГОСТ Р 51269 99 "Антенны телевизионного и звукового вещания в диапазонах ОВЧ и УВЧ. Общие технические требования."). Эти диапазоны традиционно называют УКВ-диапазоном, а также, особенно в последнее время, - расширенным FМ-диапазоном.
- Введение
- Диапазоны частот для радиовещания, поляризация радиоволн
- Классификация радиоприемных антенн
- Основные электрические параметры антенн
- Возможны следующие ситуации
- Особенности приема сигналов от нескольких радиостанций
- Комнатные и наружные антенны
- Что дает применение наружных направленных антенн
- Прием сигналов одной поляризации на антенну с другой поляризацией
- Антенны радиоприемные для коллективного пользования и систем кабельного телевидения
- Возможность использования ТV антенн для приема сигналов в ОВЧ-диапазоне
- Установка радиоприемных антенн
- Номенклатура и особенности радиоприемных антенн серий "Бином"
Наиболее качественное радиовещание осуществляется в ОВЧ-диапазоне (в соответствии с ГОСТ Р 51269 99 "Антенны телевизионного и звукового вещания в диапазонах ОВЧ и УВЧ. Общие технические требования."). Эти диапазоны традиционно называют УКВ-диапазоном, а также, особенно в последнее время, - расширенным FМ-диапазоном.
Возможность использовать в этом диапазоне частотную модуляцию сигнала (ЧМ - по-русски, FМ - по-английски) позволяет по сравнению с диапазонами ДВ, СВ, КВ снизить влияние помех и обеспечить высокое качество передачи звука.
Количество вещательных радиостанций в этом диапазоне в последнее время резко растет. В Москве в настоящее время, например, работает около 30 радиостанций.
В ОВЧ-диапазоне осуществляется радиовещание с высоким качеством и для полной реализации возможностей современных радиоприемников требуется применение профессиональных антенн, позволяющих в полной мере реализовать достоинства современных радиоприемников.
Диапазоны частот для радиовещания, поляризация радиоволн
Согласно регламенту радиовещательные станции осуществляют работу в трех диапазонах частот: 66-74 МГц, 87-100 МГц и 100-108 МГц.
Для радиовещания в этих диапазонах в СССР первоначально был выделен нижний диапазон частот 66-74 МГц, где передачи велись с горизонтальной поляризацией. Этот диапазон традиционно называется ЧМ-диапазоном.
Два других диапазона начали использовать для радиовещания с начала 90-х годов. Передача в этих диапазонах осуществлялась с вертикальной поляризацией. Смена поляризации была сделана отчасти для обеспечения удобства приема радиовещания из автомобиля на вертикальную штыревую антенну и уменьшения помех телевидению. За этими диапазонами закрепилось название FМ-диапазона (не вполне корректное на наш взгляд).
В настоящее время радиовещание в обоих диапазонах частот ведется как с вертикальной, так и с горизонтальной поляризациями. Для Московского региона в диапазоне частот 66-74 МГц большая часть станций (80%) работают с горизонтальной поляризацией, а в диапазоне частот 87-108 МГц большая часть станций (60%) вещают с вертикальной поляризацией, что создает определенные объективные трудности при приеме сигналов от нескольких радиостанций в обоих диапазонах частот на одну антенну.
Классификация радиоприемных антенн
Приемные антенны в соответствии с ГОСТ Р 51269-99 классифицируются по следующим характеристикам:
- рабочей полосе частот;
- поляризации принимаемых сигналов;
- степени сложности условий приема;
- назначению.
В зависимости от числа принимаемых диапазонов частот антенны делятся на узкополосные, работающие в полосе частот одного из диапазонов 65,9-73,94 МГц, 87,5-100 МГц и 100-107,9 МГц, либо широкополосные, работающие в полосе частот двух или трех диапазонов.
Антенны всех типов подразделяются в зависимости от поляризации принимаемых сигналов на антенны с горизонтальной поляризацией, вертикальной поляризацией, с горизонтальной и вертикальной поляризацией одновременно (комбинированные антенны или антенны с круговой поляризацией).
В зависимости от сложности условий приема антенны делятся на категории:
- для нормальных условий приема;
- для сложных условий приема.
Под нормальными условиями понимается прием сигналов на большей части зоны обслуживания радиовещательной станции.
Сложные условия приема характеризуются наличием мешающих радиопомех и низкой напряженностью поля от радиопередатчика.
Основные электрические параметры антенн
Электрические свойства антенны принято характеризовать величиной коэффициента усиления, шириной диаграммы направленности, уровнем обратного излучения (или коэффициентом защитного действия) и уровнем согласования.
При определении коэффициента усиления (Ку) антенны за единицу принимают усиление антенны, которая излучает (принимает) во все стороны волны одинаковой интенсивности. Направленная антенная излучает (принимает) энергию преимущественно в заданном направлении и, поэтому, обеспечивает излучение (прием) энергии электромагнитного поля с большей интенсивностью. Величина Ку обычно выражается в децибелах, и чем эта величина больше, тем направленность антенны лучше.
Направленные свойства антенны также характеризует ширина диаграммы направленности. Чем она меньше, тем направленные свойства антенны выше и, соответственно, больше ее коэффициент усиления.
Коэффициент защитного действия позволяет оценивать помехозащищенность приемной антенны и характеризует качество подавления антенной мешающих сигналов, приходящих с направлений, противоположных основному приему. Эта величина также измеряется в децибелах.
Уровень согласования антенны с фидерным трактом (кабелем снижения) - входное КСВ - характеризует качество выполнения антенны с точки зрения возможности появления отраженных сигналов в фидере и степень потерь при передаче энергии от антенны в кабель снижения.
В соответствии с ГОСТ Р 51269-99 для качественного приема сигналов радиовещательных станций в сложных условиях антенна должна иметь коэффициент усиления +6...+8 дБ, коэффициент защитного действия -12...-20 дБ, а уровень согласования антенны (КСВ) должен быть не более 1.7. В особо сложных условиях могут потребоваться антенны и с более высокими характеристиками. Такие антенны нужны для приема радиовещания на больших расстояниях. Особенно важно применение направленных антенн для радиоретрансляционных приемных центров, так как только направленные антенны обеспечивают качественный прием программ для их последующей трансляции по проводной сети радиовещания.
Особенности приема сигналов, связанные с радиовещанием в двух диапазонах частот и различными поляризациями сигналов.
Радиовещание осуществляется в одном диапазоне частот и с одной поляризацией.
В этом случае достаточно использовать одну антенну соответствующего диапазона и поляризации.
Радиовещание осуществляется в одном диапазоне, но радиостанции вещают (на различных частотах) и с горизонтальной и с вертикальной поляризациями.
В этом случае необходимо использовать антенну (для соответствующего диапазона) с горизонтальной и вертикальной поляризациями одновременно - комбинированную антенну (антенну с круговой поляризацией).
Радиовещание осуществляется в двух диапазонах частот.
В этом случае в зависимости от используемых поляризаций в этих диапазонах необходимо использовать
- либо две антенны для различных диапазонов с соответствующими поляризациями;
- либо одну антенну (с горизонтальной или вертикальной поляризацией) и одну комбинированную антенну;
- либо, в случае, если радиовещание ведется в обоих диапазонах и с горизонтальной и с вертикальной поляризациями - две комбинированные антенны. Последняя ситуация имеет место, например, в Московском регионе.
Сигналы от антенн для передачи на приемник складываются в устройстве сложения.
Таким образом, профессиональный качественный прием сигналов радиовещания требует, в общем случае, достаточно сложного антенного оборудования.
Особенности приема сигналов от нескольких радиостанций
Возможны две ситуации.
Сигналы приходят в место приема с различных направлений. Данная ситуация имеет место в крупных городах, где вещание осуществляется несколькими радиостанциями, расположенными в разных местах. Величина уровня сигналов достаточно велика, т.к. расстояние до радиостанций мало. В этой ситуации наиболее эффективно применение наружной ненаправленной или слабонаправленной дипольной антенны (или антенн).
Сигналы приходят в место приема с близких направлений. Данная ситуация имеет место при приеме сигналов в загородной местности на больших расстояниях от передающих радиостанций. Для качественного приема слабых сигналов в этом случае требуется сложная направленная антенна (или антенны), позволяющая принимать сигналы от удаленных радиостанций.
В соответствии со сложившимся стереотипом считается, что для приема сигналов радиовещания достаточно простой ненаправленной проволочной антенны (суррогатной), зачастую располагаемой в комнате вблизи радиоприемника. Такой подход в некоторой степени оправдан при небольшом удалении от передающего центра, при условии, что напряженность поля сигналов радиостанций велика по сравнению с напряженностью поля помех.
Необходимо отметить, что при распространении в здании электромагнитные волны испытывают ослабление и претерпевают многократные отражения. В результате в помещении поле имеет сложный интерференционный характер, т.е. при перемещении антенны по комнате мы можем попадать в максимумы или в минимумы интенсивности сигнала, причем для разных частот положение максимумов и минимумов может не совпадать. Кроме того, комнатные антенны в большей степени, чем наружные антенны, принимают помехи от электросети, работающих бытовых приборов и электронной техники (в том числе ПК). Эти недостатки комнатных антенн (ослабление сигнала в помещении, интерференция радиоволн и высокая чувствительность к местным помехам) особенно заметно проявляются при удалении от радиоцентра или в неблагоприятных условиях приема.
Кроме того, размеры антенн для качественного приема сигналов в ЧМ и FМ диапазонах в соответствии с требованиями теории должны быть достаточно большими (вибратор для антенны ЧМ диапазона - 2000х100 мм, вибратор для антенны FМ диапазона - 1400х100 мм).
Вывод: высококачественный прием на комнатную антенну невозможен в принципе, а хороший прием на нее возможен, но только на малых расстояниях от передающей радиостанции.
Что дает применение наружных направленных антенн
Качество приема радиосигналов существенно зависит от свойств приемной антенны, улавливающей энергию электромагнитных волн и передающих ее на вход радиоприемника. Если точка приема расположена близко к передающему центру, то при отсутствии помех достаточно использовать простейшую антенну, которая улавливает энергию радиоволн, входящих со всех направлений с одинаковой эффективностью. При удалении точки приема приходится использовать направленную приемную антенну, позволяющую увеличить принимаемую энергию при одной и той же интенсивности внешнего поля (правда, при приеме сигналов только с определенного направления). Применение направленных антенн ослабляет прием помех и отраженных волн за счет пространственной избирательности антенны. Высокая пространственная избирательность антенны позволяет получить лучшее отношение уровня сигнала к уровню помех и тем самым обеспечить более высокое качество приема.
Направленные антенны позволяют осуществлять прием сигналов на больших расстояниях от передающего центра. Так, применение направленной антенны с усилением +8 дБ позволяет увеличить уровень сигнала на входе приемника в 2 раза. Учитывая квадратичный закон уменьшения интенсивности электромагнитного поля с увеличением расстояния от передающего радиоцентра, можно утверждать, что такая антенна обеспечит прием на расстояниях в v2 раз больше, чем ненаправленная дипольная антенна (с усилением +2 дБ). Таким образом, общая площадь зоны приема сигналов от данного радиоцентра возрастет в два раза. Справедливости ради скажем, что для достижения такого же результата при ненаправленных приемных антеннах потребуется увеличение мощности передатчика в 4 раза.
Прием сигналов одной поляризации на антенну с другой поляризацией
Как правило, прием сигналов радиовещания с обеими поляризациями осуществляется на одну антенну с горизонтальной или вертикальной поляризацией.
Возникает вопрос: насколько ухудшается в этом случае прием сигналов с поляризацией, не соответствующей используемой антенне?
Ухудшение приема сигналов (величину потерь) в этом случае приблизительно можно оценить величиной -6 дБ - -16 дБ в зависимости от условий распространения радиоволн.
Прием сигналов с вертикальной и горизонтальной поляризациями (в одном диапазоне) на комбинированную антенну.
При приеме сигналов с горизонтальной и вертикальной поляризациями частот (в одном диапазоне) необходимо, вообще говоря, использовать антенну с горизонтальной и вертикальной поляризацией одновременно - комбинированную антенну (антенну с круговой поляризацией). Необходимо заметить, что при приеме сигналов с линейной поляризацией (вертикальной или горизонтальной) на антенну с круговой поляризацией потери составят - 3 дБ.
Антенны радиоприемные для коллективного пользования и систем кабельного телевидения
В последнее время обычной становится практика включения сигналов радиовещательных станций ЧМ и FМ диапазонов в сети коллективного приема телевидения или в кабельные сети. Это объясняется, с одной стороны, резким увеличением количества радиостанций, разнообразием тематики радиовещания, появлением высококачественных музыкальных центров, и, с другой стороны, принципиальной возможностью использовать при этом существующую телевизионную сеть. Потребитель получает высококачественный радиосигнал, который он, как правило, не может получить от индивидуальной радиоприемной антенны. Следует заметить, что затраты на доработку телевизионной сети при этом минимальны, а качество сигналов радиовещания обеспечивается использованием профессиональных радиоприемных антенн.
Возможность использования ТV антенн для приема сигналов в ОВЧ-диапазоне
В технической литературе по антеннам встречаются рекомендации по использованию для приема сигналов радиовещательных станций обычных ТV антенн, рассчитанных на прием второго и третьего каналов. Действительно, применение такой антенны решит задачу приема радиовещания в диапазоне 66-74 МГц при условии, что ТV сигналы и сигналы от радиовещательной станции приходят с одного направления и имеют одинаковую поляризацию. При этом трудно говорить о выполнении требований к приемной антенне в соответствии с ГОСТ. Качественный же прием сигналов в диапазоне 87-108 МГц на такую антенну невозможен в принципе, во-первых, из-за несовпадения ее частотного диапазона с полосой рабочих частот радиовещательных станций и, во-вторых, из-за несовпадения поляризации сигналов радиовещания с поляризацией ТV антенн, поскольку вещание радиостанций в диапазоне 87-108 МГц осуществляется преимущественно с вертикальной поляризацией, а телевидения - в основном с горизонтальной поляризацией.
Установка радиоприемных антенн
Установка антенн с вертикальной поляризацией имеет свои особенности.
В отличие от антенн с горизонтальной поляризацией, которые обычно крепятся к мачте в месте центра тяжести, антенны с вертикальной поляризацией крепятся к мачте либо консольно, причем расстояние от мачты до ближайшего к к ней элемента антенны регламентировано, либо крепление осуществляется с использованием дополнительной траверсы, которая "отводит" антенну в сторону от мачты. Консольное крепление используется для сравнительно небольших легких антенн.
Следует заметить, что не помогает и замена стальной мачты на диэлектрическую (например, деревянную), т.к. кабель снижения, идущий от антенны вниз по мачте, воспринимается антенной как дополнительный элемент, искажающий ее диаграмму направленности.
Номенклатура и особенности радиоприемных антенн серий "Бином"
Использование вертикальной и горизонтальной поляризаций в обоих диапазонах частот и существенная разница в мощностях передатчиков (для Московского региона от 0,1 кВт до 5 кВт), с одной стороны, и разнообразие требований к антеннам (слабонаправленные и направленные, антенны для индивидуального и коллективного приема и систем кабельного телевидения), с другой стороны, приводят к необходимости производства целого спектра разнообразных по конструкции и характеристикам антенн.
В настоящем каталоге представлена широкая гамма наружных радиоприемных антенн: от простейших дипольных до многоэлементных антенн со сложным рефлектором с горизонтальной и вертикальной поляризациями. Впервые предлагается комбинированная антенна, осуществляющая прием сигналов как с вертикальной, так и с горизонтальной поляризациями в различных диапазонах частот, а также антенны с круговой поляризацией.
Все элементы антенн выполнены из сплавов алюминия, элементы крепления - стальные с гальваническим покрытием. Антенны могут использоваться в условиях ветра и гололеда во всех районах России. Крепежные устройства рассчитаны на мачты диаметром 25-50 мм. Для направленных антенн используются усиленные устройства крепления на мачту.
В качестве активного элемента во всех антеннах используется петлевой вибратор, который имеет хорошие конструктивные и электрические характеристики.
Соединение вибратора с кабелем снижения осуществляется двумя способами:
- через антенную коробку, в которой размещается симметрирующе-согласующее устройство;
- с помощью согласующего LС-фильтра, защищенного герметичным кожухом и установленного в разрыве вибратора. Кабель питания в этом случае проходит внутри трубы вибратора до его средней точки, что обеспечивает его симметрирование.
Второй способ питания петлевого вибратора применяется в профессиональных антеннах для радиосвязи. Его отличает повышенная надежность, т.к. место соединения кабеля с концами вибратора закрыто герметичным кожухом. Антенны с таким способом питания петлевого вибратора обеспечивают повышенную надежность и рекомендуются для особо сложных условий эксплуатации.
Все антенны имеют 75-омный входной F-разъем.
Выпускаемые НПО "Бином" радиоприемные антенны полностью удовлетворяют требованиям ГОСТ Р 51269-99 и обеспечивают высококачественный прием сигналов в разнообразных условиях - от обычных до особо сложных.
Выбор того или иного типа антенн зависит от конкретных местных условий приема сигналов радиовещания и для этого рекомендуется ознакомиться с таблицей по выбору модели антенны в зависимости от требований к ее характеристикам.
Источник: http://www.binom-com.com