В рубрику "Оборудование и технологии" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
Выбор мачтовых усилителей довольно широк. Остановимся на его основных критериях.
Коэффициент усиления. Не следу ет выбирать мачтовый усилитель с большим коэффициентом усиления. Основное назначение мачтового усилителя – это компенсация потерь в кабеле снижения с запасом в 5–8 дБ. Повышенный коэффициент усиления может вызвать перегрузку усилителя (возникнут недопустимые интермодуляционные искажения). Рекомендуемый коэффициент усиления составляет 15-20 дБ.
Диапазон рабочих частот. Не сле дует устанавливать широкополосный (48-862 МГц) мачтовый усилитель. Нужно выбирать усилитель, рассчитанный для работы только в диапазоне ДМВ (470-862 МГц). Дело в том, что на антенну ДМВ также наводятся и мощные сигналы МВ-диапазонов, которые вызывают ненужную дополнительную нагрузку усилителя по числу усиливаемых каналов.
Коэффициент шума. Этот крите рий не вызывает ни у кого разногласий. Чем меньше коэффициент шума, тем лучше. Хороший мачтовый усилитель должен обладать коэффициентом шума F не более 3 дБ. Пока же отметим, что отношение “сигнал/шум” (C/N) на выходе мачтового усилителя не зависит от его коэффициента усиления и для диапазона ДМВ при приеме DVB-T2-сигналов определяется по формуле (полоса канала П = 7,61 МГц):
Здесь UA – уровень сигнала на выходе антенны по испытуемому каналу и a – потери в кабеле снижения (между антенной и мачтовым усилителем).
Например, при уровне сигнала на выходе антенны UA = 38 дБмкВ, потерях в кабеле снижения a = 2 дБ и коэффициенте шума F = 2,5 дБ реализуемое значение C/N составит 29,8 дБ, что удовлетворяет требованиям стандарта DVB-T2 (уверенный прием при любом формате модуляции).
Сразу скажем, что дальность приема ограничена именно значением C/N, а не уровнем сигнала на выходе усилителя. Даже включив дополнительный усилитель, мы никак не увеличим дальность приема, поскольку усиливаться будет как полезный сигнал, так и поступающий шум в равной степени. Более того, дополнительный усилитель внесет также и дополнительные собственные шумы, что снизит C/N. Формула (1) нам наглядно показывает, что дальность приема зависит от уровня сигнала на выходе антенны (то есть от условий приема, коэффициента усиления антенны и высоты ее подъема), коэффициента шума мачтового усилителя (следует выбирать наиболее малошумящий усилитель) и потерь в кабеле между антенной и мачтовым усилителем (усилитель должен располагаться как можно ближе к антенне).
Максимальный уровень выходного сигнала. Для усилителей ДМВ-диапазона указывают максимальный уровень выходного сигнала Umax при двухчастотном воздействии только для интермодуляционных искажениях третьего порядка IMD3 = 60 дБ. Интермодуляционные искажения второго порядка (IMD2) для таких усилителей отсутствуют принципиально, так как ширина полосы диапазона ДМВ менее октавы (fmax/fmin = 862/470 = 1,83<2).
В настоящее время в диапазоне ДМВ, как правило, работают 10–25 каналов, как аналоговых, так и цифровых. В этот переходный период мачтовые усилители ДМВ-диапазона испытывают значительную энергетическую нагрузку, а уровни сигналов могут отличаться друг от друга на 20 дБ и больше. Реальный уровень входного одноканального эквивалентного воздействия на входе усилителя при N каналах с разными уровнями сигналов определяется как суммарная мощность и рассчитывается по формуле:
Если принять, что все уровни сигналов по всем каналам одинаковы, то эквивалентный входной сигнал составит:
Например, если в эфире восемь каналов с уровнями: 86, 84, 82, 80, 78, 76, 74 и 72 дБмкВ, то согласно (2) суммарный уровень сигнала составит 90,2 дБмкВ. Можно также отметить, что реальная мощность цифрового DVB-T2-сигнала больше аналогового сигнала на 6–9 дБ (зависит от формата модуляции), что желательно также учитывать при расчете по формуле (2). Поэтому следует выбирать мачтовый усилитель с Umax >100–105 дБмкВ.
Если вы приобретаете мачтовый усилитель на рынке и на него отсутствует параметр максимального уровня выходного сигнала, то старайтесь выбрать усилитель с максимальным током потребления (порядка 40-70 мА). Большему току потребления соответствует больший уровень неискаженной выходной мощности (то есть меньший уровень нелинейных искажений).
Добавим, что при индивидуальном приеме антенна может работать сразу на несколько приемников (телевизоров), в силу чего используются разветвители сигналов с неизбежными потерями. Иногда в комбинации с мачтовым усилителем (особенно при одновременном приеме аналоговых и цифровых каналов) применяют и абонентские усилители на несколько выходов (активные разветвители). В табл. 4 приведены сравнительные параметры некоторых популярных мачтовых усилителей.
Хочется обратить внимание на мачтовый усилитель AVU-087-5F от компании “Микротех” (г. Санкт-Петербург). Данный усилитель работает от напряжения +5 В и питается по кабелю снижения непосредственно от DVB-T2-ресивера, что очень удобно. Особенно он удобен при работе с малогабаритной комнатной антенной или антенной, устанавливаемой на балконе. Во всех практических случаях мы не наблюдали ни разу каких-либо перегрузок даже при приеме аналоговых сигналов.
В общем случае кабель включается между антенной и мачтовым усилителем и между усилителем и самим приемником (DVB-T2-ресивером). Важна длина кабеля между антенной и мачтовым усилителем, так как эквивалентный коэффициент шума FЭ равняется сумме потерь в этом кабеле a и коэффициента шума самого усилителя F:
Иными словами, введение потерь между антенной и мачтовым усилителем (или самим DVB-T2-ресивером) снижает наиважнейший критерий уверенного приема - C/N (см. (1)) на величину вводимых потерь. Именно в силу этого активные антенны и имеют преимущество перед пассивными антеннами с внешне подключаемыми мачтовыми усилителями. А вот длина собственно кабеля снижения (между усилителем и приемником) при коэффициенте усиления 15-20 дБ уже не имеет принципиального значения и может достигать 30–50 м при работе на 3-4 телевизора.
Минимальный уровень сигнала на выходе антенны. Он зависит от реализуемого отношения “сигнал/шум” C/N, определяемого по формуле (1), и от чувствительности DVB-T2-ресивера. Под чувствительностью приемника понимается его минимально допустимый уровень входного сигнала. В настоящее время продаются DVB-T2 ресиверы с чувствительностями 44 дБмкВ (по полной аналогии с DVB-S/S2-ресиверами), 36 дБмкВ (наибольшее распространение) и 28 дБмкВ (наивысочайшая чувствительность).
Требуемое отношение C/N, согласно Женевской конференции [1], должно быть не менее 29,3 дБ для любых условий приема. Подставив численное значение в (1), определим минимальный уровень сигнала на выходе приемной антенны (без учета мачтового усилителя):
Так, при a = 0 дБ (короткий кабель или активная антенна) и F<3 дБ, уровень сигнала на выходе антенны должен быть не менее 36 дБмкВ, что хорошо согласуется со стандартной чувствительностью DVB-T2-ресивера в 36 дБмкВ. Это лишний раз подтверждает, что мачтовый усилитель предназначен только для компенсации потерь в кабеле снижения и разветвителе на несколько телевизоров, и его коэффициента усиления величиной 15-25 дБ вполне достаточно на практике.
Дальность приема. Этот вопрос самый сложный. Ответить на него однозначно нельзя. Большей частью следует полагаться на уже имеющийся прием в данной местности или на опыт монтажника, осуществляющего установку приемного комплекса.
Возможность или невозможность приема того или иного сигнала определяется единственным параметром: напряженностью электрического поля в точке приема - Е. Напряженность поля зависит от целого ряда не зависящих от нас параметров: мощности ТВ-передатчика Р, высоты установки передающей антенны Н, ее коэффициента усиления, ландшафта, времени суток и года, от погодных условий, от параметров самого DVB-T2-сигнала и т.п.
Тем не менее есть факторы, на которые следует обратить внимание при формировании приемной системы:
Первый фактор является определяющим. С увеличением подвеса приемной антенны напряженность поля очень быстро растет. На эту особенность следует обратить самое серьезное внимание. Вторые два фактора определяют добротность приемной системы G:
Чем больше добротность приемной системы, тем выше ее чувствительность (возможность приема при слабой напряженности электрического поля).
Расчет дальности приема довольно сложен [2]. Тем не менее приведем простой упрощенный графический способ определения дальности приема. На рис. 1 представлены зависимости номинальной дальности приема Rо от высоты подъема передающей антенны Н при разных коэффициентах усиления приемной антенны Ку. В расчетах принята эквивалентно излучаемая мощность телецентра Р = 1 кВт и высота подвеса приемной антенны h = 10 м.
Представленные кривые (рис. 1) позволяют определить дальность приема при разных типах антенн:
Во всех случаях принято, что использованы или активная антенна со встроенным мачтовым усилителем, или внешний малошумящий мачтовый усилитель (F = 2 дБ). Разумеется, что использование более дорогостоящих дальнобойных антенн обеспечит лучший (более надежный) прием при любых погодных условиях и после многих лет эксплуатации. Чем выше цена антенны, тем привлекательнее ее внешний вид и долговечность в использовании.
Длина кабеля снижения при наличии мачтового усилителя (любого типа) не имеет никакого влияния ни на качество приема, ни на его “дальнобойность”. При отсутствии мачтового усилителя длина кабеля снижения (особенно при работе на два и более телевизора) имеет уже большое значение.
При использовании комнатных антенн (Ку = 6 дБ) необходимо помнить, что стены (а радиоволны наверняка будут проходить через оконный проем или стены) экранируют (ослабляют) радиоволны. В расчетах принят коэффициент радиоэкранирования, равный 6 дБ (нижняя кривая). На практике он может достигать 14…18 дБ и больше (в зависимости от типа строения и расположения антенны относительно телецентра). Иными словами, это означает, что реальная дальность действия может быть снижена в 2–3 раза, в зависимости от места установки комнатной антенны и коэффициента радиоэкранной защиты стен.
На практике часто окна выходят на противоположную сторону по отношению к телецентру. В этом случае антенну следует ориентировать на ближайшие строения, от которых возможен прием отраженного сигнала. Как правило, это приносит успех при использовании балконных антенн (а иногда и комнатных).
Отметим, что кривая с Ку = 0 дБ также соответствует распространенным активным комнатным зарубежным антеннам (как правило, они питаются от сетевого напряжения 220 В/50 Гц) при установке их непосредственно рядом с окном при прямой видимости на телецентр (отсутствует эффект радиоэкранирования). Такие антенны обладают нулевым коэффициентом усиления (без встроенного усилителя), но у них довольно эстетичный внешний вид.
Для пояснения пользования графиками на рис. 1 приведем численный пример расчета для отвлеченного региона.
Пример. Требуется рассчитать дальность действия приемной системы, состоящей из антенны Diana (см. табл. 1) с коэффициентом усиления Кпр = 16,5 дБ, мачтового усилителя с коэффициентом шума F = 2,5 дБ и потерями в соединительном кабеле (между антенной и усилителем) a = 0,5 дБ (длина соединительного кабеля примерно 2-5 м). Известно, что мощность передатчика Р = 2 кВт при круговой диаграмме направленности. Высота телебашни составляет 200 м. Приемная антенна крепится на кронштейне под крышей на высоте h = 8 м.
Решение.
1. Не зная точного значения высоты подъема передающей антенны, находим наиболее вероятную точку ее установки:
Hp = 0,8H = 160v
2. Использована дальнобойная антенна, в силу чего пользуемся кривой 1 рис. 1. При условной высоте подъема антенны h = 10 м (для этой высоты приведены графики) находим нормированную максимальную дальность приема:
R0 = 62,5 км.
3. Вычисляем величину поправочного коэффициента с учетом реального коэффициента усиления антенны Ку по отношению к справочной кривой (Кс), потерь в соединительном кабеле и реального коэффициента шума мачтового усилителя по формуле:
4. Рассчитываем действующую (реализуемую) дальность приема с учетом реальной высоты установки передающей антенны и действующей мощности передатчика по формуле:
Коллективный прием. Под коллективным приемом понимается трансляция принятых DVB-T2 цифровых пакетов в сеть кабельного телевидения (СКТ). В этом случае в обязательном порядке используют канальные фильтры с целью подавления всех эфирных диапазонных шумов, включая все существующие аналоговые каналы. Наиболее удобно для этой цели использовать МС-фильтры от компании Polytron (Германия).
Такие фильтры обладают одним входом (при одном направлении приема) или несколькими входами (при использовании разных приемных антенн или разных направлений приема) и одним общим выходом. Главная отличительная особенность таких МС-фильтров - высокая избирательность (свыше 45 дБ) при очень малых потерях (не более 2 дБ) и плоской частотно-амплитудной характеристике (АЧХ). На фотографиях показан МС-фильтр на четыре канала с одним входом и одним выходом.
Структурная схема таких МС-фильтров показана на рис. 2. В состав МС-фильтров входят также переменные аттенюаторы (0– 20 дБ) по каждому из каналов, что позволяет не только устранить диапазонные шумы, но и выровнять уровни сигналов по всем каналам. Такие МС-фильтры иногда называют блоками фильтров телевизионных каналов (БФТК). Подробнее с такими МС-фильтрами можно ознакомиться в [1].
Более того, такие БФТК используют и при индивидуальном приеме DVB-T2-сигналов в городских условиях при наличии уже имеющейся городской СКТ. Схема подключения БФТК к уже существующей СКТ понятна из рис. 3.
Если в СКТ данные каналы уже заняты, то по линии СКТ устанавливают режекторные фильтры. Практика установки показывает, что вполне достаточно глубины режекции (подавления) в 20 дБ.
Вместо выводов приведем полезные советы, вытекающие из выше рассмотренного материала.
Совет 1. В настоящее время не имеет практического смысла устанавливать громоздкие антенны МВ-диапазонов. С учетом появившегося цифрового DVB-T2-вещания выгоднее потратиться на одну-единственную качественную антенну ДМВ в комплекте со встроенным или внешне подсоединяемым мачтовым усилителем.
Совет 2. Для увеличения дальности приема выбирайте приемную антенну с максимально возможным коэффициентом усиления и устанавливайте ее по возможности максимально высоко относительно поверхности земли. Данный критерий для диапазона ДМВ при приеме цифровых DVB-T2-сигналов является основным. При прочих равных условиях выбирайте антенну с минимальной ветровой нагрузкой и массой.
Совет 3. Выбирайте мачтовый усилитель с коэффициентом усиления 12–20 дБ и минимальным коэффициентом шума (не более 3 дБ). При покупке усилителя на рынке старайтесь выбирать модель с максимальным током потребления (порядка 40–70 мА). Большему току потребления соответствует больший динамический диапазон (минимизация искажений).
Совет 4. Постарайтесь позаботиться, чтобы мачта, на которую крепится антенна, была заземлена. Очень желательно между антенной и мачтовым усилителем установить устройство грозозащиты. При городских условиях приема устройство грозозащиты не требуется.
Совет 5. Старайтесь минимизировать длину кабеля снижения (между антенной и первым усилителем), так как введение потерь эквивалентно увеличению коэффициента шума усилителя. Длина кабеля снижения 5–10 м для большинства случаев практического применения при индивидуальном приеме считается допустимой.
Совет 6. Удобно использовать мачтовый усилитель с напряжением питания 5 В вместо традиционных 12 или 24 В. Источник дистанционного питания 5 В присутствует практически в каждом DVB-T2-ресивере, что очень удобно, поскольку не требуется приобретать дополнительный источник питания.
Совет 7. Для нормальной читаемости цифровых DVB-T2-пакетов, вполне достаточно уровня сигнала на выходе антенны величиной 36 дБмкВ. Мачтовый усилитель служит только для компенсации потерь в кабеле снижения и разветвителе на несколько телевизоров.
Совет 8. Для коллективных систем приема DVB-T2-сигналов обязательно требуется использование канальных фильтров. Наиболее оптимальным решением является использование МС-фильтров (БФТК) при очень малых потерях и высокой селективности.
Совет 9. На дальность приема влияет очень много факторов. Если на уже имеющуюся у вас антенну ДМВ осуществляется хоть какой-то плохой прием аналоговых каналов, то прием DVB-T2-пакетов будет вестись очень уверенно. Если у вас еще нет приемной антенны, то пользуйтесь кривыми (рис. 1).
Совет 10. Не всегда стоимость антенны сопоставима с ее техническими (эксплуатационными) параметрами. Отечественные антенны уступают своим импортным аналогам в основном только по дизайну и долговечности использования.
Литература
Опубликовано: Журнал "Broadcasting. Телевидение и радиовещание" #7, 2014
Посещений: 33268
Автор
| |||
Автор
| |||
В рубрику "Оборудование и технологии" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
