Требования к антенне и фидеру
Как уже отмечалось, напряжение сигнала на выходе антенны пропорционально напряженности поля в точке ее установки, длине волны сигнала и коэффициенту усиления антенны. Отсюда, чем меньше длина волны (чем больше номер принимаемого частотного канала), тем меньше напряжение сигнала на выходе антенны при прочих равных условиях. Если прием ведется на предельном расстоянии и данная конструкция антенны обеспечивает нормальный прием по первому каналу, то для уверенного приема телевизионных передач по двенадцатому каналу от передатчика той же мощности и расположенного на том же расстоянии понадобится антенна более сложной конструкции, имеющая больший коэффициент усиления. Еще больший коэффициент усиления потребуется для уверенного приема передач в тех же условиях в дециметровом диапазоне волн. Таким образом, требование к коэффициенту усиления антенны должно увязываться не только с удаленностью от передатчика, но и с длиной волны, т. е. с номером канала.
Для того чтобы максимум мощности сигнала, принятого антенной был направлен в фидер и поступил далее на вход телевизионного приемника, антенна должна быть согласована с фидером, а фидер с телевизором. Для такого согласования входное сопротивление антенны должно быть равно волновому сопротивлению кабеля, из которого выполнен фидер, а волновое сопротивление фидера должно быть равно входному сопротивлению антенного входа телевизора. При рассогласовании антенны и фидера часть энергии принятого антенной сигнала не поступит в фидер, а отразится от него и будет антенной излучена обратно в пространство. Это равносильно соответствующему уменьшению коэффициента усиления антенны. Положение, однако, значительно усугубляется, если фидер, кроме того, оказывается рассогласован с телевизором. При этом часть сигнала отразится от антенного входа телевизора и направится по фидеру в виде обратной волны к антенне. Из-за рассогласования фидера и антенны здесь вновь произойдет отражение, и часть сигнала, распространяясь в прямом
направлении, поступит к антенному входу телевизора с задержкой относительно первоначального. Такая задержка создает на экране телевизора повторное изображение, сдвинутое вправо относительно основного. Из-за многократных отражений повторы также оказываются многократными. Таким образом, рассогласование фидера только с одной стороны приводит к уменьшению уровня сигнала на антенном входе телевизора. Рассогласование же фидера с обеих сторон помимо уменьшения уровня сигнала сопровождается появлением повторов на экране. Благодаря тому, что все телевизионные приемники имеют входное сопротивление 75 Ом, при использовании в качестве фидера коаксиального кабеля с волновым сопротивлением 75 Ом обеспечивается полное согласование фидера с телевизором без применения каких-либо дополнительных согласующих устройств. При этом рассогласование фидера с антенной не может привести к появлению повторов. Однако, если в качестве фидера используется не стандартный коаксиальный кабель, а какой-нибудь суррогат или кабель с другим волновым сопротивлением, появляются повторы. Отсюда возникает основное требование к фидеру: он должен быть выполнен только из коаксиального кабеля с волновым сопротивлением 75 Ом.
В условиях сильного сигнала потеря части его энергии за счет отражения от фидера не опасна. Поэтому часто согласованию антенны с фидером не уделяют большого внимания. Однако при слабом сигнале в условиях дальнего приема пренебрегать потерей части сигнала не следует и вопросам согласования антенны с фидером необходимо уделить большое внимание, так как значительно проще и дешевле достичь согласования, чем увеличения коэффициента усиления антенны.
Повторы на экране возникают не только из-за отражений сигнала от концов фидера, но и в тех случаях, когда антенна помимо основного сигнала принимает сигнал, излученный тем же передатчиком, но поступивший к антенне после переотражения каким-нибудь местным предметом: башенным краном, водонапорной башней, железобетонным зданием и т. д. Если такой местный предмет находится в стороне от прямой, соединяющей передающую и приемную антенны, переотраженный сигнал проходит в пространстве больший путь, чем основной, и поступает к антенне с задержкой относительно основного сигнала, что и приводит к повтору. Переотраженный сигнал поступает к антенне с другого направления относительно основного. Поэтому он может быть ослаблен за счет пространственной избирательности антенны, когда ее способности приема с разных направлений не одинаковы, что характеризуется диаграммой направленности.
Необходимость значительного ослабления переотраженных сигналов приводит к тому, что даже при близком расположении от передатчика часто приходится устанавливать остронаправленные антенны (обладающие большим коэффициентом усиления), хотя большой уровень напряженности поля не требует применения высокоэффективных антенн. В таких условиях при ориентировании антенны иногда оказывается возможно значительно ослабить повтор при очень незначительном ухудшении основного изображения, когда антенна ориентируется не на максимум сигнала, а на минимум отраженной помехи.
Телевизионная антенна обычно имеет симметричную конструкцию, а коаксиальный кабель, из которого выполнен фидер, асимметричен. Непосредственное подключение такого фидера к симметричной антенне недопустимо, так как нарушение симметрии приведет к искажению формы диаграммы направленности: максимум ее главного лепестка отклонится от геометрической оси антенны, форма диаграммы станет асимметричной, прием будет осуществляться не только антенной, но и оплеткой коаксиального кабеля, что еще более исказит диаграмму направленности. Можно, конечно, для подключения к симметричной антенне использовать фидер симметричной конструкции. Выпускаются двухпроводные симметричные высокочастотные кабели разных марок (например, ленточные кабели КАТВ с полихлорвиниловой изоляцией или КАТП с полиэтиленовой изоляцией при волновом сопротивлении 300 Ом), а также симметричные высокочастотные экранированные кабели марок РД с разными волновыми сопротивлениями. Однако использование симметричных фидеров признано нецелесообразным. Поэтому антенный вход телевизионных приемников выполняют в виде гнезда, рассчитанного на подключение коаксиального кабеля с помощью стандартного штекера асимметричной конструкции. Но соединение коаксиального кабеля с симметричной антенной требует использования специального симметрирующего устройства. Обычно кроме симметрирующего устройства приходится одновременно использовать согласующее устройство из-за того, что входное сопротивление антенны отличается от волнового сопротивления кабеля. Поэтому обычно симметрирующее и согласующее устройства объединяются в одно симметрирующе-согласующее устройство (ССУ). Конкретные схемы ССУ для антенн разных типов рассматриваются в разделах, посвященных этим антеннам.
Даже при идеальном согласовании фидера с обеих сторон напряжение сигнала на антенном входе телевизора оказывается меньше, чем на выходе
самой антенны. Это связано с тем, что при прохождении сигнала по кабелю уменьшается его уровень, происходит его затухание. Затухание тем больше, чем больше длина кабеля и чем больше частота сигнала. Для характеристики кабелей разных марок используется удельное затухание, которым принято называть такое, которое претерпевает сигнал данной частоты, проходя по кабелю длиной 1 м. Удельное затухание в децибелах на метр (дБ/м) и приводится в справочниках в виде графиков или в виде таблиц. На рис. 2. 1 приведены зависимости удельного затухания коаксиальных кабелей разных марок от частоты. Пользуясь ими, можно подсчитать затухание сигнала в кабеле при определенной его длине на любом частотном канале метрового или дециметрового диапазона волн.
Обозначение коаксиального кабеля состоит из букв и трех чисел: буквы РК означают радиочастотный коаксиальный кабель, первое число показывает волновое сопротивление кабеля в омах, второе - округленно внутренний диаметр оплетки в миллиметрах, третье - номер разработки. Из зависимостей рис. 2. 1 видно, что удельное затухание зависит от толщины кабеля: чем он толще, тем удельное затухание меньше.
В связи с тем, что обычно при покупке коаксиального кабеля не известна его марка, также оказываются не известны ни волновое сопротивление этого кабеля, ни зависимость его удельного затухания от частоты сигнала. Однако обе эти характеристики можно легко определить с помощью простых
измерений. Для этого нужно снять с конца кабеля наружную защитную оболочку, завернуть оплетку и штангенциркулем или микрометром измерить диаметр внутренней полиэтиленовой изоляции. Затем нужно снять полиэтиленовую изоляцию и измерить диаметр центральной жилы. Далее определяется отношение диаметра полиэтиленовой изоляции к диаметру центральной жилы. Точное значение волнового сопротивления коаксиального кабеля со сплошной полиэтиленовой изоляцией можно подсчитать по формуле:
W=91lg (D/d)
где W - волновое сопротивление кабеля в омах, D - диаметр внутренней полиэтиленовой изоляции в мм, d - диаметр центральной жилы кабеля в мм.
Волновое сопротивление коаксиального кабеля со сплошной полиэтиленовой изоляцией можно также определить по графику, приведенному на рис. 2. 2.
Наконец, волновое сопротивление кабеля можно определить с достаточной степенью точности, вычислив после измерения отношение диаметра полиэтиленовой изоляции к диаметру центральной жилы. Если это отношение находится в пределах от 3, 3 до 3, 7, кабель имеет волновое сопротивление 50 Ом, если же - в пределах от 6, 5 до 6, 9, волновое сопротивление составляет 75 Ом. В связи с тем, что внутренний диаметр оплетки кабеля равен диаметру полиэтиленовой изоляции, определив тем или иным из указанных способов волновое сопротивление кабеля, по кривым рис. 2. 1 можно определить удельное затухание данной марки кабеля для соответствующей частоты сигнала.
