Обыватели считают, что хватит купить дорогую ТВ антенну, чтобы наслаждаться любимыми программами. Со спутниковым ТВ утверждение верное, но на Земле обстоят дела иначе. Включаются в работу препятствия, погодные условия, особенности рельефа местности. Важно понимать, как вести прием. Иначе даже лучшая ТВ антенна, собственноручно сделанная по чертежам, ничего ловить не станет. Обсудим нюансы связи, разберемся, почему хотят цифровое радио (даже телевидение) перенести на частоты КВ и СВ, в чем плюсы и минусы. Без понимания очевидных вещей самостоятельно сделать антенну для ТВ сложно: нельзя правильно поставить для себя техническое задание.
Особенности приема сигнала на ТВ антенну
Принцип действия ТВ антенны основан на преобразовании эфирных волн в электрический ток проводниками конструкции. Форма и размеры чётко выверены. Для приема одинакового канала имеется множество конструкций ТВ антенн. Первые дешевы, вторые наделены большим коэффициентом усиления, но узкой диаграммой направленности.
При проведении Олимпийских игр 1980-го года выяснилось, что телевизоры не ловят сигнал… у подножия Останкинской башни. Прием в окружности 2-3 км неуверенный. Диаграмма направленности по вертикали при телевизионном вещании зависит от диапазона, ширина лепестка не превышает 10 градусов. Это значит, поверхности земли сигнал не достигнет, следовательно, от любой ТВ антенны, сконструированной самостоятельно, толк не выйдет. В округе башни телевизоры видят лишь боковые лепестки, не отличающиеся большой мощностью, малой шириной.
Выходит, зона уверенного приема напоминает концентрическое кольцо.
Крайне плохо ловит телевизор у подножия, по мере удаления от эпицентра уровень сигнала растет, достигает пика, падает, пропадает, потом начинается, собственно, так называемая зона прямой видимости. Это площадь, где прием уверенный, если источник вещания не загорожен препятствиями.
Известно немало формул определения указанного радиуса, приведем одну с небольшими оговорками:
- Существует в природе дифракция, способность электромагнитных волн огибать препятствия. Причем с ростом частоты качество ослабевает. Солнечные лучи проходят по прямой вне зависимости от преград, волны СВ и КВ диапазона заходят за горизонт на достаточное удаление. Область вещания увеличивается на сотни квадратных километров. Формула, приведённая ниже, дана для нормальных условий, справедлива для диапазона вещания телевидения. Это дециметровый и метровый диапазоны. Длинные волны отражаются от ионосферы. Эта способность теряется на частоте 30 МГц. По указанным двум причинам использование КВ и СВ для вещания является выгодным с точки зрения обеспечения аудитории качественным сигналом без лишних затрат. Недостаток – нельзя заложить в вещание много информации. Дело в теореме Котельникова, не вдаваясь в подробности, упомянем, что несущая предусматривается минимум в 6 раз выше максимальной гармоники спектра передачи. В переводе на русский это означает наличие границы по объему информации, выше которой нельзя прыгнуть. Разумеется, сложность решаема интеллектуально, закодировав вещание, однако разговор к сегодняшней теме не относится. На данный момент желание Правительства вещать в цифре на КВ претворяется в жизнь.
- Рефракция обуславливает факт: в зависимости от состояния атмосферы волны начинают преломляться причудливым образом. Морякам известно явление зеленого луча, возникающее после захода Солнца. Спектр светила расщепляется согласно частотам на составляющие, цвет листвы проходит в сторону наблюдателя. Явление увеличивает дальность приема ТВ антенны, но прирост сильно зависит от погоды. Имеется область полутени, где вещание то ловится, то пропадает. Это нужно четко понимать жителям удаленных местностей. Если устройство ТВ антенны велось в ясную погоду, не факт, что удастся посмотреть любимые передачи в дождь. Наоборот, в пасмурную погоду ловится сигнал лучше. Уже говорили, что у подножия Останкинской телебашни наблюдали неуверенный прием на ТВ антенну, дело здесь и в лепестках диаграммы направленности станции вещания. Упомянули о дифракции и рефракции, про запас осталась интерференция. Смысл термина: две волны приходят в общую точку, если частота одинаковая (как в нашем случае), происходит суммирование. Результат на ТВ антенне зависит от разности фаз слагаемых. Если два сильных сигнала придут с разностью 180 градусов, получится вычитание. Значит, на ТВ антенне возникнет просто нуль, не дающий изображения. Чем дальше от башни, тем явление слабее, отраженных лучей становится меньше. А зона вещания, наоборот, представляет собой испещренное поле света и тени (если бы люди могли видеть излучения).
Итак, существует окружность вокруг вещающей вышки, где ТВ антенна ловит сигнал, причем с учетом явлений, описанных выше, радиус составляет:
R = 4,15 (√h1 + √h2),
где h1 и h2 — высоты передающей и принимающей антенны. Область, найденная по формуле, дает возможность любому описать станцию вещания указанными зонами:
- Зона прямой видимости в радиусе 0,8 R. Область, где прием уверенный, при условии, что направление на станцию вещания от ТВ антенны не загорожено посторонними предметами. Аудитория заметит, что при высоте Останкинской башни 400 метров корень квадратный – 20 метров. При любой высоте установки приемной ТВ антенны, максимум выйдет увеличить радиус действия на 20%. Для ловли сигнала с земли требуется прямая видимость на башню, не поможет усилитель ТВ антенны. При невозможности найти по азимуту чистое небо в направлении вещания поищите отраженный луч, приходящий с невообразимых направлений.
- Велика зона полутени, где антенна ТВ станет принимать, с оговоркой на погоду. В права вступает рефракция. Условия преломления сильно зависят от температуры и влажности. Следовательно, антенну ТВ не ругайте, если приема нет. Бесполезно вертеть, а усилитель способен помочь. Меняется амплитуда сигнала. Область полутени пролегает в пределах 0,8 R – 1,2 R согласно формуле, приведенной выше. Внимательный читатель заметит, что разница составит те 20%, обещанные специалистами за счет рефракции. В силу изменения условий порой прирост дальности уверенного приема ТВ антенны достигает 40%.
- Что простирается долее 1,2 R, относится к зоне тени, где без переотражения от ионосферы приема на ТВ антенну не получится. Уже говорили, что сигнал, излучаемый вышками вещания, на подобное не способен. Делайте выводы.
Выводы по конструированию ТВ антенн
Из сказанного понятно, что ТВ антенну следует располагать с умом. За городом господствует над близлежащими препятствиями в направлении вышки. А лес, раскинувшийся поодаль, способен не мешать. Это обусловлено описанными явлениями дифракции и рефракции, вдобавок линия видимости постепенно уходит вверх по простой причине, что излучающая ТВ антенна стоит выше приемной. Угол несложно рассчитать, если известно расстояние до точки вещания, координаты расположения излучателя. Исходя из обретённых сведений, просто рассчитать высоту установки собственной ТВ антенны.
Бытует мнение, что чем выше, тем лучше, но возвести 400-метровую вышку под силу не каждому дачнику. Следовательно, на местности берем компас, карту, определяем место установки будущем ТВ антенны и начинаем оценивать препятствия. В случае с лесом следуем измерить высоту деревьев по опушке. Это просто делается при помощи транспортира и линейки. От ствола отсчитываем метры, пока направление на верхушку не составит 45 градусов от земли. Указанное расстояние и считается искомой высотой. Для продвинутых сообщим, что отношение высоты к дальности до основания ствола равняется тангенсу угла, измеренного транспортиром в направлении взгляда на верхушку. Мерить нужно от земли, либо прибавлять к полученной конечной величине (в метрах) расстояние от земли до глаз. Посчитать тангенс можно на персональном компьютере и на любом калькуляторе.
Не стоит забывать про поляризацию. В телевидении применяется горизонтальная. Если наклонить ТВ антенну, уровень сигнала начнет падать. Логично вести установку по уровню, чтобы директоры волнового канала или восьмерка рамочной конструкции правильно ориентированы не относительно холма с домом, а в реальном поле тяготения Земли. В этом случае ТВ антенна, собранная из подручных средств, даст максимальное усиление.
