Прием вблизи телевизионной станции

Многие телезрители, в том числе радиолюбители и даже специалисты, ошибочно думают, что вблизи радиопередающей телевизионной станции при наличии прямой видимости ее антенн прием телепередач должен проходить без всяких проблем. Однако в действительности оказывается, что это верно только для маломощных передающих станций и ретрансляторов. В отличие от них при приеме телепередач от мощных станций в некоторых местностях (следует подчеркнуть, что именно в некоторых) возникают замирания уровня сигнала и, как следствие этого, ухудшение качества принимаемого изображения. Иногда качество изображения бывает плохим даже при стабильном и высоком уровне сигнала. Поэтому выяснение причин ухудшения приема вблизи таких станций и способов его улучшения представляется необходимым, так как эти станции часто находятся непосредственно в городах или рядом с густонаселенными районами.

Основной причиной замираний сигнала в близлежащей к станции местности можно назвать отклонения ее передающей антенны в зависимости от метеоусловий. Известно, что на мощных станциях передающие антенны обычно установлены на очень высоких опорах: мачтах или башнях. Поэтому под действием солнечного нагрева и ветрового давления опора и, следовательно, антенна отклоняются от своего положения, в котором они находятся в отсутствие этих воздействий. Глубина замираний зависит и от высоты опоры, и от ширины диаграммы излучения антенны.

Замирания обычно отсутствуют, если в вертикальной плоскости передающая антенна имеет широкую диаграмму направленности. Например, расположенный горизонтально полуволновый вибратор по всем направлениям в вертикальной плоскости, перпендикулярной его оси, излучает одинаковую мощность, как показано на рис. 1, а. В этом случае при небольших колебаниях антенны напряженность поля в местах приема будет неизменна.

На мощных телевизионных станциях, как правило, применяют направленные антенны, которые имеют узкую диаграмму направленности в вертикальной плоскости, а в горизонтальной плоскости — в основном круговую. В вертикальной плоскости и радиальном направлении от станции диаграмма направленности обычно имеет главный и боковые лепестки, как изображено на рис. 1, б. Основная доля мощности передатчика излучается в главном лепестке, благодаря чему в зоне его приема (в кольце шириной ВС на рис. 1,6) напряженность поля оказывается выше в несколько раз, чем от полуволнового вибратора. Ось главного лепестка наклонена к земле на небольшой угол для лучшего приема волн в этой местности. В боковых лепестках излучается малая часть мощности передатчика. Зона приема от них находится рядом с передающей антенной в круге радиусом АВ (рис. 1, б). Поскольку направленная антенна облучает всю зону приема неравномерно, то даже небольшое ее смещение вызывает изменение уровня сигнала во всех пунктах, но особенно в зоне приема от боковых лепестков.

Для иллюстрации на рис. 2 представлены зависимости напряженности поля (в децибелах относительно уровня 1 мкВ/м) от расстояния (в логарифмическом масштабе). Кривая 1 показывает, как изменяется напряженность поля от полуволнового вибратора, установленного на опоре высотой 300 м , при подводимой к нему мощности 1 кВт (влияние земли, местных предметов и высоты приемной антенны не учитывают).

Кривая 2 представляет собой такую же зависимость для направленной антенны, работающей в каналах дециметровых волн при той же высоте опоры и подводимой мощности. Примерно до 8 км от нее прием ведется от боковых лепестков. Напряженность поля здесь заметно изменяется и оказывается меньше, чем от полуволнового вибратора, т. е. в этой зоне направленная антенна не усиливает, а даже ослабляет сигнал. Усиление антенны реализуется только на расстояниях больше 9 км , где прием ведется уже от главного лепестка. При этом напряженность поля выше, чем от полуволнового вибратора в три раза (10 дБ). Это число называют коэффициентом усиления антенны.

Кривая 3 на рис. 2 приведена для случая, когда ось диаграммы направленности той же направленной антенны поднята вверх всего на 0,5°. Сопоставляя кривые 2 и 3, можно видеть, что напряженность поля на каждом расстоянии изменяется на несколько децибел, а на расстоянии около 2 км уровень сигнала падает на 20 дБ, т. е. в 10 раз по напряжению на входе телевизора (!). В главном лепестке сигнал также упадет, но только на 3 дБ, что почти не сказывается на изображении.

Следует отметить, что на практике неудовлетворительный прием может быть на любом расстоянии в зоне приема от боковых лепестков. Это зависит от формы диаграммы направленности, высоты антенн, рельефа местности и др.

Опора, на которой находится антенна, изгибается в сторону, противоположную направлению на Солнце. В зависимости от его движения вершина антенны перемещается по траектории, часто похожей на эллипс. Так, по данным немецких исследователей, на бетонных башнях высотой 250...300 м антенны могут отклоняться на угол до 0,65° от вертикали. На рис. 3 изображены изменения угла отклонения вершины антенны на башне высотой 250 м в г. Дрезден. Кривая А показывает изменения этого угла в течение солнечного дня в августе 1973 г . с 7 до 18 ч через каждый час. Начальное положение антенны было около 0,35°. Кривая Б представляет собой отклонения той же антенны в июле 1971 г .

Приведенные здесь кривые, а также непрерывные записи уровня сигнала в пунктах с плохим качеством приема телепередач свидетельствуют о том, что вершина высоких опор имеет очень сложную траекторию перемещения. На записях уровня сигнала можно различить быстрые (с длительностью, измеряемой секундами) и медленные (с продолжительностью в часы, дни и даже месяцы) замирания. Быстрые замирания возникают из-за дрожания опоры под действием ветра. Обычно глубина их невелика, и они не оказывают заметного влияния на ухудшение приема. Этого нельзя сказать о медленных замираниях, особенно происходящих летом. Бывают случаи, когда после как будто удачного выбора положения приемной антенны уровень сигнала через некоторый, иногда очень длительный интервал времени уменьшается на 20...30 дБ. Такие медленные замирания проиллюстрированы на рис. 4. Они возникали на расстоянии 6 км от общесоюзной радиопередающей станции в Москве в некоторых числах июля 1990 г .

Радиус АВ зоны приема от боковых лепестков равен АВ = H/tg а, где Н — высота антенны, а — угол, отсчитываемый от горизонтальной линии, проходящей через вершину антенны (см. рис. 1,6), и равный сумме половины ширины главного лепестка диаграммы направленности и угла наклона его оси. Ширину главного лепестка определяют по уровню 0,2 от максимального значения напряженности поля. Для типовых антенн дециметровых волн угол а равен обычно 2°, а для антенн метровых волн — 4...6°. Следовательно, при Н=300 м для антенн дециметровых волн радиус зоны АВ равен 8,6 км, а для антенн метровых волн — З...4,3 км.

Иногда вблизи передающих станций уровень сигнала бывает стабильным и высоким, однако качество изображения может быть неудовлетворительным. На экранах телевизоров видны опережающие и запаздывающие ложные изображения, так называемые повторы. Как правило, это особенно заметно в 1 — 12-м каналах. Если рассматривать только передающую станцию, то запаздывающие повторы объясняются плохим согласованием фидера с передатчиком и антенной. Опережающие повторы обусловлены излучением (пролезанием ) части мощности передатчика через его экранировку и окна аппаратного зала. При этом паразитный сигнал приходит в пункт приема раньше полезного сигнала, излучаемого передающей антенной.

Для улучшения ближнего приема передающие антенны стремятся сделать так, чтобы между боковыми лепестками в диаграмме направленности не было глубоких провалов. Кроме того, добиваются наилучшего согласования фидера с антенной и передатчиками. Однако вблизи станций ухудшение изображения, обусловленное указанными факторами, полностью устранить не удается. Поэтому при приеме в зоне боковых лепестков следует принять все меры для повышения чувствительности приемного устройства для того, чтобы при появлении замираний оно оставалось работоспособным: приемную антенну выбирают с большим коэффициентом усиления, фидер — как можно короче и т. д. Оптимальное место установки приемной антенны находят так же, как всегда, экспериментально, но при длительных наблюдениях и измерениях.

С целью иллюстрации устранения указанных явлений очень нагляден случай из практики. В Алма-Ате при пуске новой телевизионной передающей станции по всему городу было очень плохое изображение. Станция работала в каналах метровых волн. Зона приема от боковых лепестков простиралась на весь город вследствие высокой установки передающей антенны: на башне высотой 300 м , расположенной на горе высотой 500 м . После выполнения рекомендации о расширении главного лепестка антенны зона приема от боковых лепестков резко уменьшилась и прием в городе сразу стал удовлетворительным. Такой способ улучшения приема, конечно, не всегда возможен, так как уменьшается радиус зоны уверенного приема станции, хотя и немного.

Следует отметить, что конкретные рекомендации в каждом практическом случае можно дать лишь после изучения местных условий приема.