Planowanie Antenowej Instalacji Indywidualnej - cz.2
2. Warunki miejscowe
Miejscowe warunki odbioru są bardzo różnorodne i prawie w każdym miejscu posadowienia anteny inne. Dokładne określenie może nastąpić tylko za pomocą pomiarów występującego pola. Istnieje jednak kilka prawidłowości, które zostaną poniżej opisane.
2.1 Wpływ położenia topograficznego na odbierane pole
Optymalnym przypadkiem propagacji fal jest taki, gdy między anteną nadawczą i anteną odbiorczą fala może rozprzestrzeniać się prostoliniowo i bez zakłóceń (fala bezpośrednia). Jednak nawet w takim przypadku na równym terenie w sposób nieunikniony tworzy się również fala odbita od ziemi, która nakłada się w miejscu odbioru na falę bezpośrednią (rys.1).
Rys.1. Powstawanie maksimum przyziemnego na skutek nakładania się fali bezpośredniej i odbitej
Jest to wyjaśnienie dla często obserwowanego fenomenu wysokiego natężenia pola odbieranego w pobliżu ziemi. Pole zmienia się zarówno wraz z odległością od nadajnika przy stałej wysokości anteny (tzw. funkcja drogi), jak i przy zmianie wysokości anteny przy stałej odległości (tzw. funkcja wysokości).
Jeżeli między anteną nadawczą i anteną odbiorczą znajduje się przeszkoda, wówczas na krawędzi (krawędź ugięcia) powstaje tzw. ugięcie fali. Taka krawędź ugięcia może w praktyce być utworzona np. przez domy (wieżowce) lub przez góry. Za taką krawędzią fala ugina się do dołu, a natężenie pola przy antenie odbiorczej jest zależne od odległości anteny odbiorczej za krawędzią i od różnicy wysokości oraz długości fali. Przy "widoku z zaledwie dotknięciem" już powstaje tłumienie ugięcia wynoszące 6dB.
Obok odbić od ziemi i ugięć bardzo istotną rolę przy polu odbiorczym w płaszczyźnie poziomej grają odbicia od budynków, budowli przemysłowych i stalowych. Łącznie z odbiciem od ziemi i falami ugiętymi rozkład pola w każdym miejscu odbioru może być zupełnie inny.
2.2. Warunki odbioru przy niejednorodnym rozkładzie pola
Jeżeli w niejednorodnym polu zostanie zamontowana stosunkowo duża antena (lub zestaw anten), wówczas jej funkcjonowanie zgodne z jej parametrami stoi pod znakiem zapytania. Niejednorodne pole odbiorcze prowadzi do tego, że różne typy i wielkości anten w różnych miejscach odbioru nie zawsze zachowują się odpowiednio do swoich parametrów technicznych. Dowolna wymiana anten w takich miejscach prowadzi do nieprzewidywalnych wyników.
Podawane przez producentów dane techniczne anten obowiązują wyłącznie dla pola jednorodnego. Nie można ich stosować w zespolonych niejednorodnych polach odbiorczych jako bezwzględnych wartości obliczeniowych. Przy pomiarze poziomu antenowego nie zawsze jest celowa antena porównawcza. Już o wiele bardziej powinna być wykorzystywana antena przewidywana do końcowego zastosowania. Rozkład przestrzenny pola zmienia się również w zależności od długości fali (od częstotliwości roboczej). Dlatego też wyznaczony rozkład pola jest ważny tylko dla częstotliwości pomiarowej. Przy innych częstotliwościach rozkład może być zupełnie inny. Pomiary przy niejednorodnych rozkładach pola dla szerokopasmowych zadań odbiorczych należy przeprowadzać przy wszystkich wchodzących w grę kanałach. Nawet wewnątrz jednego kanału telewizyjnego mogą istnieć różne warunki (częstotliwości luminancji, chrominancji i nośnej dźwięku).
2.3. Napięcie antenowe i odbiór odbiciowy
Z niejednorodnego rozkładu pola wynika, że napięcie oddawane z anteny jest zespolone - odpowiednio do poszczególnych składowych natężenia pola. W zależności od charakterystyki anteny powstają zarówno zmiany amplitudy, jak i fazy. Przy telewizji czarno-białej powstają pozytywowe lub negatywowe obrazy poboczne i zniekształcenia fonii. Przy odbiorze telewizji kolorowej prowadzi to dodatkowo do tworzenia kolorowych obramowań i zafałszowań kolorów (w zależności od systemu). Stąd też wynika, że czysty pomiar napięć na antenie w celu oceny jakości odbioru nie jest w większości przypadków wystarczający.
Do takiej oceny jest zawsze niezbędna kontrola ekranowa - najlepiej za pomocą telewizora kolorowego. Przy występujących odbiciach antena odbiorcza musi charakteryzować się dużą kierunkowością. W praktyce występuje tutaj pewien fenomen, który często jest uważany za niewyjaśniony. Chodzi tu mianowicie o fakt, że w niejednorodnym polu - przy zastosowaniu anteny odbiorczej z dużą kierunkowością i odpowiadającym temu dużym zyskiem - nie występuje odpowiednie zwiększenie poziomu odbioru, w stosunku do anteny porównawczej z mniejszym zyskiem. Chociaż należałoby tego oczekiwać porównując zyski anten. W polu niejednorodnym antena z większym zyskiem i większą kierunkowością może dawać mniejsze napięcie antenowe.
Rys.2. Oddziaływanie odbić na napięcie antenowe przy różnej kierunkowości anteny
Na rys.2. wyjaśniono to zjawisko za pomocą charakterystyki dwóch anten z różną kierunkowością i odpowiednio różnym zyskiem. Przy istnieniu sygnału bezpośredniego E1 i odbicia E2 zwiększone ogniskowanie (krzywa a) powoduje mniejsze sumacyjne napięcie antenowe w stosunku do anteny z mniejszym ogniskowaniem (krzywa b).
Obraz telewizyjny umożliwia jednak jednoznaczne rozpoznanie jakościowego polepszenia, które powstaje w wyniku zwiększonego działania kierunkowego anteny. W tym sensie więc antena z wysokim zyskiem i dużą kierunkowością daje jakościowo lepszy wynik odbioru przy silnie wyrażonej funkcji wysokości i/lub drogi rozkładu natężenia pola na skutek odbić, chociaż dostępne napięcie antenowe jest niższe, niż można byłoby oczekiwać przy danym zysku. To ogólnie oznacza, że antena o dużej kierunkowości jest lepsza we wszystkich wyobrażalnych przypadkach. Ponieważ zysk jest w sposób nieunikniony połączony z kierunkowością, to do zapewnienia jakościowo dobrego odbioru zalecane są zasadniczo anteny z dużymi wartościami zysku (anteny dużej mocy). Nie ma przy tym żadnej sprzeczności, jeżeli stosuje się tę zasadę również w pobliżu nadajnika, ponieważ w takich przypadkach ma się często do czynienia z odbiciami i niejednorodnym polem. Połączony z tym duży zysk anteny prowadzi do niepożądanego zwiększenia napięcia, które powinno być obniżone do wymaganej wartości za pomocą tłumików.
Główna właściwość - jaką jest kierunkowość anteny odbiorczej - ma więc znaczenie zarówno w obszarze zasilania dalekiego, jak i bliskiego. Przy testowaniu natężenia pola za pomocą anteny wielkiej mocy (duża kierunkowość i duży zysk) przez zmianę miejsca będzie można wyciągnąć wniosek, że w tym przypadku występuje całkiem dobra "jednorodność". Wynika to z tego, że odpowiednio do dużej kierunkowości jest odbierana prawie wyłącznie fala bezpośrednia, a napięcie antenowe przy zmianie miejsca anteny jest względnie stałe odpowiednio do fali bezpośredniej.
3. Wybór anteny
Ogólnie anteny stosuje się według wymaganej klasy zysku i połączonej z tym kierunkowości. Ostatnia właściwość przy antenach z niską klasą zysku może być różna dla płaszczyzn poziomej i pionowej. Przy antenach o dużej skuteczności ogólnie występuje duża kierunkowość w obu płaszczyznach. Z bardzo wielu typów anten rozprzestrzeniły się w różnych modyfikacjach anteny typu "Yagi" charakteryzujące się najkorzystniejszymi właściwościami elektrycznymi i stosunkiem cena/skuteczność. Często przy klasyfikacji anten jest podawana liczba elementów półfalowych. Przy modyfikacjach - zwłaszcza w zakresie UHF - najlepszą możliwością klasyfikacji anten jest podawanie klasy zysku. Poza tym ze względu na szerokość pasma dokonuje się podziału na anteny kanałowe, wielokanałowe, pasmowe i wielopasmowe. Obok tego występują anteny kombinowane.
 Antena typu X |
 Antena szerokopasmowa |
 Antena typu YAGI |
Zysk maksymalny tzw. anteny jednokanałowej i anteny szerokopasmowej nie różni się praktycznie przy jednakowej wielkości budowy (długości) względnie różni się w sposób pomijalnie mały. Mniejszy obszar zastosowań anten wąskopasmowych wyraża się w dopasowaniu. Przy antenach wąskopasmowych we wszystkich przypadkach otrzymuje się jednak lepszy przeciętny stosunek promieniowania przód/tył, niż przy szerokopasmowych. Zatem w pewnych określonych sytuacjach jest to właściwe kryterium eliminacji zakłóceń. Anteny o małym zysku i małej kierunkowości mogą być stosowane na obszarach odbiorczych dobrze zasilanych bez wpływu zakłóceń (w polach prawie jednorodnych). Anteny (zestawy anten) z dużym zyskiem i dużą kierunkowością są stosowane zasadniczo przy silnych wpływach zakłóceń.
4. Lokalizacja anteny
Miejsce posadowienia ma decydujący wpływ na efektywny sposób działania każdej anteny. Możliwości lokalizacyjne sięgają od anteny w pokoju, przez anteny okienne, anteny na poddaszu, anteny nad dachem, aż do miejsc posadowienia odsuniętych od budynków mieszkalnych i odpowiednio eksponowanych. W szeregu tego wyliczania jest każdorazowo możliwe odpowiednie polepszenie odbioru. Odbiór w pokoju jest zawsze rozwiązaniem pomocniczym, które daje najczęściej najgorszą jakość odbioru. Odbiór taki podlegao silnym wpływom ekranowania i zmianom pola powodowanym nawet przez poruszające się osoby. Za pomocą anten okiennych jest możliwy odbiór zadowalający do dobrego, jeżeli w kierunku do nadajnika nie występują istotne przeszkody na drodze propagacji fali. Anteny poddaszowe są stosowane często wtedy, gdy niezbędne jest pozwolenie od właścicieli domu na zamontowanie anteny zewnętrznej. Pogarszające działanie dachu jest jednak zależne od pogody i coraz bardziej zauważalne wraz ze wzrostem częstotliwości. Montaż anten na dachu jest najczęstszym rodzajem możliwych lokalizacji.
5. Wybór kabla
Wybór kabla do antenowej instalacji odbiorczej zależy od tłumień w różnych zakresach częstotliwości. Te wartości tłumień określają budowę kabla i ostatecznie jego średnicę. Dla AII do stałego układania stosowane są przewody o średnicach zewnętrznych około 7mm. Takie przewody mają wartości tłumienia między 1dB/100m przy 1MHz i około 40dB/100m przy 1750MHz. Do instalacji zewnętrznej są przeważnie zalecane czarne powłoki zewnętrzne uodpornione na promieniowanie ultrafioletowe. Do dołączenia urządzenia odbiorczego są stosowane elastyczniejsze kable ze średnicą zewnętrzną ok. 5mm. Mają one nieco większe wartości tłumienia, które przy krótkich wymaganych długościach praktycznie mogą być pominięte. Przewód wewnętrzny nie musi być koniecznie wykonywany w postaci linki wielodrutowej z powodu stosunkowo małych wymagań dotyczących zgięć kabla przyłączeniowego.
6. Zastosowanie zwrotnic antenowych
Zwrotnice antenowe są stosowane w instalacji odbiorczej, jeżeli do wspólnego (długiego) przewodu odprowadzającego należy podłączyć dwie lub więcej anten, które mogą współpracować ze wzmacniaczami wstępnymi (przedwzmacniaczami). Jest to realizowane przy długich odprowadzeniach najczęściej z powodu oszczędności na kosztach kabla. Ponadto zwrotnice stosuje się, gdy wzmacniacz antenowy ma tylko jedno wejście lub gdy do wielu wejść należy podłączyć każdorazowo po kilka anten odbiorczych.
Zwrotnica antenowa 4-wejściowa
Zwrotnice mają za zadanie selektywnie łączyć różne zakresy częstotliwości lub kanały. Dzięki selektywnemu sposobowi działania nie powstaje wzajemne oddziaływanie zwrotne. W zakresie przepuszczania występuje tylko stosunkowo małe tłumienie (w przeciwieństwie do sumowania szerokopasmowego). Przy zwrotnicach antenowych i filtrach rozróżnia się wykonania zestrojone fabrycznie i ustawiane przez użytkownika oraz przeznaczone do montażu zewnętrznego i wewnętrznego. W ofertach są do dyspozycji zwrotnice z dwoma wejściami, aż do prawie nieograniczonej ilości wejść dla wszystkich wyobrażalnych przypadków zastosowań. Przy zakresach częstotliwości wejściowych rozróżnia się między zwrotnicami pasmowymi obejmującymi część pasma i zwrotnicami kanałowymi.
Filtry zaporowe służą do obniżania zbyt wysokich poziomów względnie blokowania częstotliwości niepożądanych. Filtry przepustowe umożliwiają przejście tylko pożądanego zakresu częstotliwości i blokują wszystkie inne częstotliwości. Również przy filtrach istnieją wykonania ustawione na stałe i ustawialne przez użytkownika.
7. Zastosowanie wzmacniaczy antenowych
Głównym zadaniem wzmacniaczy antenowych jest kompensowanie tłumienia występującego między anteną i złączem odbiornika. Wzmacniacz może również służyć do podniesienia poziom antenowego przy małym natężeniu sygnału do poziomu między zalecaną wartością minimalną i maksymalną. Ponadto przy zbyt dużym poziomie antenowym może być on obniżany do niezbędnego poziomu za pomocą (w danym przypadku selektywnego) regulowanego tłumika.
Przy wyborze wzmacniaczy do instalacji odbiorczej należy rozróżniać między wzmacniaczami wstępnymi (przedwzmacniaczami) w bezpośredniej bliskości anteny i wzmacniaczami głównymi. Wzmacniacze wstępne mają bardzo mały współczynnik szumów i są stosowane przy bardzo niskich poziomach antenowych. Wzmacniacze główne służą odpowiednio do wzmocnienia sygnałów, do wyrównywania wszystkich powstających strat (tłumień) aż do urządzenia odbiorczego.
Rys.3. Schemat ideowy przykładowej instalacji antenowej ze wzmacniaczem
Wzmacniacze kanałowe są stosowane przy podwyższonych wymaganiach selektywnościowych (wzmacnianie słabego nadajnika telewizyjnego przy równoczesnym istnieniu silnego nadajnika bliskiego). Spotyka się wzmacniacze kanałowe w wersji na 1 kanał, jak też i wielokanałowe. W przypadku tych ostatnich coraz częściej stosuje się elektroniczne dostrajanie do poszczególnych kanałów. Najczęściej w praktyce są stosowane wzmacniacze szerokopasmowe i wielozakresowe.
 Wzmacniacz szerokopasmowy |
 Wzmacniacz wielokanałowy |
Autor: Aleksy Kordiukiewicz
