книги из ГПНТБ / Санкин Н.М. Принципы технического планирования передающих сетей телевизионного и УКВ ЧМ вещания информационный сборник

12 Глава II

жённость поля начинает монотонно убывать, что характеризует уже зону дифракционного поля.

Помимо указанной причины неравномерности поля вблизи пе­ редатчика, существует другая причина, которая связана с лепе­ стковой структурой, диафрагмы излучения передающих антенн, выраженной тем резче, чем больше их коэффициент усиления. Но так как в диапазоне до 230 Мгц для телевидения и УКВ ЧМ

вещания обычно приме­ няют антенны, имею­ щие небольшой коэф­ фициент усиления, то неравномерность поля в ближней зоне при ис­ пользовании таких ан­ тенн вызывается в ос­ новном интерференци­ ей прямых и отражён­ ных от земли волн. На рис. 3 приведена типич­ ная диаграмма измене­ ния поля в ближней зо­ не [2].

В ближней зоне так­ же наблюдается явле­ ние многоконтурного приёма телевидения, которое так же, как и

неравномерность поля, зависит от высоты антенны, её коэффи­ циента усиления и рабочей частоты.

В случае применения остронаправленных антенн, неравно­ мерность поля может быть несколько сглажена использованием специальных схем питания и фазирования различных частей пе­ редающей антенны, а также добавлением дополнительных излу­

чающих диполей.

В качестве примера на рис. 2 приведён график напряжённо­ сти поля, создаваемого антенной типа TF12BH фирмы RCA в

ближней зоне [3].

На рис. 2 представлены теоретические графики МККР напря­ жённости дифракционного поля в зависимости от расстояния

для частоты 200 Мгц при проводимости почвы о=10 и диэлек­ трической постоянной, равной £ = 10. Графики соответствуют 1 кет мощности, излучаемой полуволновым вибратором, подня­

Начало каждой кривой МККР примерно соответствует кон­ цу ближней зоны. Из рис. 2 видно, что эта зона простирается приблизительно на 5, 10 и 15 км соответственно высотам 300, 500 и 1000 м.

Из сравнения графика для антенны RCA с соответствующим графиком для полуволнового диполя следует, что при использо­ вании специальной-антенны, напряжённость поля в зоне дифрак­ ционного поля уменьшается, но в ближней зоне поле становится более равномерным. Таким образом, принятие специальных мер для получения более равномерной напряжённости поля в ближ­ ней зоне приводит к понижению коэффициента усиления пере­ дающей антенны. Однако в непосредственной близости от антен­ ны некоторая неравномерность поля всё же сохраняется.

Следовательно, для обеспечения городского населения наш более качественным телевизионным вещанием целесообразно размещать телевизионные передающие центры за городом с та­ ким расчётом, чтобы ближняя зона с неравномерным распреде­ лением поля приходилась на малонаселённые территории, а наи­ более населённые территории приходились на зону максималь­ но устойчивого, поля [Емакс-^(Емакс—1056)], которая для частоты 200 Мгц простирается йримерно от 5 до 20 км при высоте пере­ дающей антенны 200 м, от 6 до 15 км — при 300 м, от 12 до

25 км — при 500 м и от 22 до 50 км — при 1000 м.

Зона дифракционного поля

Как указывалось выше, на расстоянии от передатчика, при­

мерно равном d > - 4hl h2 - за ближней зоной начинается зона

X

дифракционного поля.

Пунктирная кривая (рис. 2) представляет собой изменение напряжённости поля при распространении радиоволн в свобод­ ном пространстве от полуволнового диполя. Закон распростра­ нения волн в свободном пространстве описывается формулой

Графики МККР рассчитаны по формулам, выведенным из за­ конов дифракции и рефракции радиоволн, в основу которых за­ ложены идеальные условия среды распространения, а именно: земная поверхность принимается как гладкая, сферическая, элек­ трические свойства земли однородны, тропосфера рассматри­ вается слоистой, а градиент коэффициента рефракции вблизи земли принят соответствующим эффективному радиусу земли, равному 4/3 от действительного.

Напряжённость поля в зоне дифракционного поля монотонно убывает по мере удаления от передатчика. Зона дифракционного поля простирается до радиогоризонта, примерно соответствую­ щего расстоянию прямой видимости точки приёма из точки рас­

ний, мосты, трамвайные и троллейбусные провода и др.). Нали­ чке таких препятствий создаёт также за счёт интерференции от­ ражённых от них волн большую неоднородность напряжённости поля в различных точках расположения приёмной антенны, осо­ бенно внутри домов. Это поглощение и образование неоднород­ ности поля увеличивается с повышением частоты излучения. В

выше препятствий и приводящих к многоконтурности изображе­ ния, было найдено, что коэффициент стоячей волны напряжённо­ сти поля порядка 3 н-4, т. е. уровень отражённых сигналов сос­ тавляет 50—60% при непостоянной фазе, а следовательно, мо­ жет привести к значительным искажениям передаваемых теле­ визионных изображений. Отношение напряжённости поля пере­ датчика звукового сопровождения к напряжённости поля пере­ датчика сигналов изображения также резко меняется в различ­ ных точках приёма, что ведёт к искажениям звукового сопро­ вождения.

Вертикальная составляющая поля меняется в пределах от 2 до 200% при среднем уровне 30% от уровня горизонтальной сос­ тавляющей. Очень сильные колебания напряжённости поля наб­ людаются внутри зданий. Результаты измерений напряжённости поля приводятся в табл. 3.'

При измерениях выяснилось, что в помещении самых верх­ них этажей, имеет место дополнительное ослабление сигнала при­ мерно на 3 дб за счёт экранирующего влияния крыши.

Отношение вертикальной и горизонтальной составляющих по­ ля внутри здания в среднемравно 3 дб и практически не зависит от высоты этажа здания и степени его освещённости.

Следовательно, для обеспечения высококачественного приёма сигналов изображения в больших городах с многоэтажными зда­ ниями необходимо использовать в основном наружные приёмные антенны коллективного пользования, обладающие значительны­ ми коэффициентами усиления с тщательно выбранными местами расположения.

Зона тропосферного поля

В нижних слоях тропосферы, находящихся на высоте 3—15 км от Земли, регулярно существуют турбулентные неоднородности, за счёт которых и происходит распространение укв в зоне тро­ посферного поля. При этом происходит так называемое диффуз­ ное отражение радиоволн, когда в точку приёма попадает лишь незначительная часть излучаемой энергии, чем и объясняются относительно малые значения напряжённости поля в этой зоне.

Абсолютные значения напряжённости поля от дальнего тро­ посферного распространения претерпевают большие изменения во времени; отношение максимального уровня сигнала к минималь­ ному доходит до 40 дб. Медленные изменения уровня сигнала

зависят от метеорологических условий, климатических особенно­ стей района и имеют ярко выраженный суточный и сезонный ход. Так, минимум напряжённости поля сигнала наблюдается в феврале, максимум — в июне, июле. Суточные изменения, наб­ людаемые над сушей:- минимум — в дневные часы и особенно в полуденные, максимум — в вечерние и ночные часы. Быстрые за­ мирания сигнала обусловлены интерференцией отражённых от тропосферы волн [7, 8].

В настоящее время при существующих параметрах приёмной радиовещательной аппаратуры отражённые от тропосферы вол­ ны не могут быть использованы для обслуживания населения вещанием из-за слишком малых значений напряжённости'поля. Однако в дальнейшем по мере накопления научных и экспери­ ментальных данных вопрос об использовании этого поля для организации радиовещания будет вероятно поставлен на повест­ ку дня.

На рис. 2 даны графики МККР {9] напряжённости тропосфер­ ного поля в зависимости от расстояния до передатчика, приве­ дённые к 1 кет мощности излучения.

Графики построены для 1 и 10% времени и учитывают как медленные, так и мгновенные колебания поля. Проценты пока­ зывают, в течение какого времени напряжённость тропосферного поля может достигнуть величин, ограниченных указанными кри­ выми, или превысить их. Остальное время напряжённость поля имеет более низкие значения. Из кривых следует, что напря­ жённость поля тропосферного рассеивания хотя и немного, но всё же зависит от частоты, уменьшаясь с увеличением послед­ ней. Поэтому с точки зрения уменьшения взаимных помех, ра­ бота на более высоких частотах, например, в полосе частот 174—230 Мгц, является более выгодной. Эти графики справед­ ливы для средней континентальной мало пересечённой полосы.

В районах с резким перепадами по высоте температуры и влажности напряжённость поля значительно возрастает. Физиче­ ски это объясняется благоприятными условиями рефракции, при которых эффективный радиус Земли может увеличиться в не­ сколько раз против принятого при расчёте дифракционного поля, что приводит к появлению на значительных расстояниях, кроме тропосферного, также дифракционного поля. В качестве примера можно привести районы: Средняя Азия — Каспийское море, Се­ верная Африка — Средиземное море. Таким же образом следует объяснить регулярный приём Бакинского телевизионного центра в районе Красноводска.

Если на трассе имеется достаточно высокое клиновидное пре­ пятствие (порядка 800—1000 м и выше, при расстоянии между приёмником и передатчиком около 250 км), то отдельные эле­ менты этого препятствия могут сыграть роль пассивных рефлек-

О ТfioA ГОС.ПУБЛИЧНАЯ

18 Глава II

торов. Напряжённость поля за препятствием может оказаться во много раз больше, чем при его отсутствии; при этом наблю­ дается высокая стабильность уровня принимаемого сигнала [11]. Примером может служить довольно систематический приём Таш­ кентского телевизионного центра в районе Ферганы.

Величина напряжённости тропосферного поля мало зависит от высоты применяемых в настоящее время антенных опор. Так при изменении высоты опоры от 100 до 1000 м напряжённость тропосферного поля на расстоянии 440 км почти не изменяется (см. рис. 11), при изменении высоты опоры от 100 до 500 м напря­ жённость поля на расстоянии 200 км увеличивается примерно на

5 дб (см. Док. 201 МККР, Лондон, 1953 г. [12, 21]).

Для целей вещания поле от дальнего тропосферного распро­ странения должно рассматриваться как вредный фактор. Поэ­ тому его наличие необходимо учитывать при определении мини­ мальных расстояний между передатчиками, работающими на близких частотах, с точки зрения устранения взаимных помех в зонах обслуживания. Если расстояние между передатчиками превышает 400 км, то применение более высоких опор для антенн не приводит к существенному увеличению помехи, что даёт воз­ можность значительно расширить полезную зону обслуживания.

Между дифракционным и тропосферным полем существует переходная зона, называемая зоной фединга. Эта зона харак­ теризуется тем, что дифракционное и тропосферное поле здесь соизмеримы. С увеличением высоты подъёма антенны свыше 300 м зона фединга начинает отодвигаться. При меньших вы­ сотах она лежит на расстоянии 70—100 км [2]. При высоте ан­ тенны 200 м и используемых в настоящее время в СССР мощ­ ностях передатчиков зона обслуживания частично расположена в зоне фединга. При опоре 500 м зона фединга лежит за преде­ лами зоны обслуживания.

Зона ионосферного поля

Распространение укв в зоне ионосферного поля происходит путём отражения волн от регулярного слоя F2, от спорадического слоя Е s или в результате рассеяния от неоднородностей в нор­ мально ионизированном слое Е.

Достаточно высокие критические частоты метрового диапа­ зона могут отражаться от слоя F2 в течение лишь очень неболь­ ших периодов максимума солнечной активности, что наблюдает­ ся обычно в днеЕные часы зимних месяцев. В этом случае мак­ симально применимые частоты равны порядка 60-^66 Мгц.

За счёт отражения укв от слоя F2 возможен приём телевизи­ онных передач радиостанций, работающих в 1 и 2-м телеви­ зионных каналах, на больших расстояниях (300—16 000 км) при

Этим частотам при наклонном падении волн соответствуют ча­ стоты свыше 36 Мгц. Графики получены на основании наблюде­ ний трёх ионосферных станций в Англии, Германии и Швейца­ рии в течение 1953 и 1954 гг.

Из графиков следует, что слой Es, способный отражать мет­ ровые волны, наблюдается над Европой в течение свыше 1 % времени с 06 до 22 часов по местному времени с мая по август. Процент времени, в течение которого происходит отражение от слоя Е s, сильно уменьшается с увеличением частоты, и прак­ тически распространение с помощью слоя Es возможно лишь на частотах 1и 2-го телевизионных каналов (48,5-^—56,5 Мгц и 58-=- -г-ббМг^). Напряжённость поля при отражении от слоя Es может достигать нескольких сот микровольт на метр и является вполне достаточной для нормального приёма и для создания взаимных помех. Проведённые в Англии работы показывают также, что максимальная напряжённость поля и наибольший процент вре­ мени, в течение которого наблюдается это поле, имеет место на расстояниях 800—2200 км. На больших расстояниях вследствие явления многоскачковости сигнал быстро затухает и число слу­ чаев приёма резко падает. В связи с тем, что ьтражение от слоя Es происходит в течение небольшого процента времени, главным образом в летние месяцы и дневные часы, при составлении пла­ на влиянием этих помех можно пренебречь.

Кроме рассмотренных способов распространения метровых волн, наблюдается также дальнее распространение укв за счёт диффузного рассеяния на неоднородностях в ионизированных слоях, главным образом' в слое Е. Используемая рабочая часто­ та гораздо выше критической частоты данного слоя, поэтому большая часть энергии передаваемого сигнала проходит через слой и только незначительная её часть рассеивается неоднород­ ностями слоя и может быть принята на большом расстоянии от передатчика. На рис. 2 даны кривые медианных значений напря­ жённости ионосферного поля [10] для 1 кет мощности излу­ чения. Из графиков следует, что напряжённость поля за счёт диффузного рассеяния достигает максимума на расстоянии 800—2000 км от передатчика и поле резко падает с частотой. На частотах 60 Мгц и выше создаётся незначительная напря­ жённость поля.

На рис. 8 [13] приведены медианные значения напряжённости поля рассеянных радиоволн (в дб по отношению к 1 мкв/м) от передатчика мощностью 23 кет, при частоте 50 Мгц на трассе протяжённостью 1250 км. Передающая и приёмная антенны бы­ ли идентичны и представляли собой ромб с длиной стороны 150 м. Ось главного лепестка диаграммы излучения составляла с го­ ризонтом 7°.