Телевизионная антенна , также называемая телевизионной антенной (в британском английском ), представляет собой антенну, специально разработанную для использования с телевизионным приемником (ТВ) для приема наземных эфирных (OTA) телевизионных сигналов вещания с телевизионной станции . Наземное телевидение вещает на частотах примерно от 47 до 250 МГц в диапазоне очень высоких частот (ОВЧ) и от 470 до 960 МГц в диапазоне сверхвысоких частот (УВЧ) в разных странах .
Телевизионные антенны производятся двух различных типов: внутренние и наружные . Внутренние антенны предназначены для размещения сверху или рядом с телевизором , но в идеале их следует размещать около окна в комнате и как можно выше для наилучшего приема. [1] Наиболее распространенными типами внутренних антенн являются дипольные [ 2] («кроличьи уши»), которые лучше всего подходят для каналов VHF, и рамочные антенны , которые лучше всего подходят для UHF. [3] Наружные антенны, с другой стороны, предназначены для установки на мачте на крыше дома владельца [4] или на чердаке или мансарде , где сухие условия и увеличенная высота благоприятны для приема и долговечности антенны. Наружные антенны более дороги и сложны в установке, но они необходимы для адекватного приема в отдаленных районах вдали от телевизионных станций ; наиболее распространенными типами из них являются Yagi , [2] логопериодические [2] и (для UHF) многосекционные отражательные антенные решетки .
Назначение антенны — перехватывать радиоволны от желаемых телевизионных станций и преобразовывать их в крошечные радиочастотные переменные токи , которые подаются на тюнер телевизора , который извлекает телевизионный сигнал. [5] Антенна подключается к телевизору с помощью специального кабеля, предназначенного для передачи радиотока, называемого линией передачи . Раньше антенны использовали плоский кабель, называемый двухпроводным 300 Ом . Сегодня стандартом является коаксиальный кабель 75 Ом , который менее восприимчив к помехам и подключается к разъему F или разъему Belling-Lee (в зависимости от региона) на задней панели телевизора. [6] Для преобразования сигнала от антенн, использующих двухпроводную линию, во вход современного коаксиального кабеля, в линии используется небольшой трансформатор, называемый симметрирующим устройством .
В большинстве стран телевизионное вещание разрешено в диапазоне очень высоких частот (VHF) от 47 до 68 МГц, называемом VHF low band или band I в Европе; от 174 до 216 МГц, называемом VHF high band или band III в Европе, и в диапазоне сверхвысоких частот (UHF) от 470 до 698 МГц, называемых band IV и V в Европе. [7] Границы каждого диапазона несколько различаются в разных странах. Радиоволны в этих диапазонах распространяются по прямой видимости ; они блокируются холмами и визуальным горизонтом , ограничивая зону приема телевизионной станции до 65–95 км (40–60 миль), в зависимости от рельефа местности.
В предыдущем стандартном аналоговом телевидении , использовавшемся до 2006 года, диапазоны VHF и UHF требовали отдельных тюнеров в телевизионном приемнике, которые имели отдельные входы для антенн. Длина волны радиоволны равна скорости света (c), деленной на частоту. Вышеуказанные диапазоны частот охватывают соотношение длин волн 15:1 , или почти 4 октавы . Трудно спроектировать одну антенну для приема такого широкого диапазона длин волн, и между частотами VHF и UHF существует октавный зазор от 216 до 470 МГц. Поэтому традиционно для приема каналов VHF и UHF использовались отдельные антенны (наружные антенны с отдельными наборами элементов на одной опорной стреле). [6]
Начиная с 2006 года многие страны мира перешли от вещания с использованием старого стандарта аналогового телевидения к новому цифровому телевидению [8] (DTV). Однако, как правило, используются те же частоты вещания, поэтому антенны, используемые для старого аналогового телевидения, также будут принимать новые передачи DTV. Продавцы часто заявляют, что поставляют специальную антенну цифрового или телевидения высокой четкости (HDTV), рекомендуемую в качестве замены существующей антенне аналогового телевидения ; в лучшем случае это дезинформация для стимулирования продаж ненужного оборудования, [9] [10] В худшем случае это может оставить зрителя с антенной только UHF на местном рынке (особенно в Северной Америке), где некоторые цифровые станции остаются на своих исходных высоких частотах VHF или низких частотах VHF.
Места, недоступные для телевизионных передатчиков, известны в Австралии как черные точки . [11] В Восточной Германии районы, которые не могли принимать западные телевизионные сигналы, назывались Tal der Ahnungslosen , или Долина бестолковых .
Внутренние антенны могут быть установлены на самом телевизоре или стоять на столе рядом с ним, подключенные к телевизору короткой линией питания . Из-за ограничений по пространству внутренние антенны не могут быть такими же большими и сложными, как наружные антенны, они не устанавливаются на такой большой высоте, а стены здания блокируют часть радиоволн; по этим причинам внутренние антенны, как правило, не обеспечивают такой же хороший прием, как наружные антенны. [6] Они часто идеально подходят для городских и пригородных районов, которые обычно находятся в пределах сильного излучения местных телевизионных станций. Тем не менее, в сельских районах приема только наружная антенна может обеспечить адекватный прием. Несколько самых простых внутренних антенн описаны ниже, но существует большое разнообразие конструкций и типов. Многие имеют циферблат на антенне с рядом различных настроек для изменения диаграммы направленности антенны. Его следует вращать при включенном телевизоре, глядя на экран, пока не будет получено наилучшее изображение.
Самая старая и наиболее широко используемая (по крайней мере в Соединенных Штатах) комнатная антенна — это кроличьи уши или заячьи уши , которые часто поставляются с новыми телевизорами. [6] Это простая полуволновая дипольная антенна, используемая для приема телевизионных диапазонов VHF, состоящих в США из 54–88 МГц ( диапазон I ) и 174–216 МГц ( диапазон III ), с длинами волн от 5,5 до 1,4 м (от 18 до 5 футов). Она состоит из двух телескопических стержней, прикрепленных к основанию, которые выдвигаются примерно на 1 м (3,3 фута) в длину (примерно четверть длины волны на частоте 54 МГц) и могут быть сложены, когда не используются. Для наилучшего приема стержни следует отрегулировать так, чтобы они были немного меньше 1/4 длина волны на частоте принимаемого телевизионного канала. Однако диполь имеет широкую полосу пропускания , поэтому часто адекватный прием достигается без регулировки длины.
Измеренное усиление кроличьих ушей низкое, около ―2 дБи или ―4 дБ по отношению к полуволновому диполю. [6] Это означает, что он не такой направленный и чувствительный к удаленным станциям, как большая антенна на крыше. Тем не менее, его широкоугольная диаграмма приема может позволить ему принимать несколько станций, расположенных в разных направлениях, без необходимости перенастройки при смене канала. Дипольные антенны являются двунаправленными; то есть они имеют два главных лепестка в противоположных направлениях, на 180° друг от друга. Вместо того, чтобы быть зафиксированными в положении, как другие антенны, элементы установлены на шаровых шарнирах. Их можно регулировать под различными углами в форме буквы V, что позволяет отодвигать их с дороги в переполненных помещениях. Другая причина для формы буквы V заключается в том, что при приеме каналов в верхней части диапазона с полностью выдвинутыми стержнями элементы антенны обычно резонируют на своей 3-й гармонике . В этом режиме направление максимального усиления ( главный лепесток ) больше не перпендикулярно стержням. Тем не менее, диаграмма направленности будет иметь лепестки, расположенные под углом к стержням, что дает преимущество в возможности их регулировки под разными углами.
Некоторые портативные телевизоры используют штыревую антенну . [6] Она состоит из одного телескопического стержня длиной около метра (3,3 фута), прикрепленного к телевизору, который можно убрать, когда он не используется. Она функционирует как четвертьволновая монопольная антенна . Другая сторона фидерной линии подключена к заземляющей плоскости на печатной плате телевизора, которая действует как заземление . Штыревая антенна обычно имеет всенаправленную диаграмму направленности с максимальной чувствительностью в направлениях, перпендикулярных оси антенны, и усилением, аналогичным кроличьим ушам.
Каналы UHF часто принимаются одновитковой рамочной антенной . [6] Поскольку антенна «кроличьи уши» охватывает только диапазоны VHF, ее часто комбинируют с рамкой UHF, установленной на том же основании, чтобы покрыть все телевизионные каналы. Это, конечно, также зависит от страны и региона: например, в Великобритании и Ирландии наземное телевещание ведется только в диапазоне UHF, что означает, что необходима рамочная антенна, а антенна «кроличьи уши» будет полезна только для приема FM-радио . [12] [13]
Более недавнее явление для внутренних антенн — плоские антенны, которые легкие, тонкие и обычно квадратной формы, с заявлением о том, что они имеют более всенаправленный прием. Они также рекламируются как более соответствующие современному минималистичному дизайну дома. [14] Плоские антенны могут иметь подставку или могут быть подвешены на стену или окно. [15] Внутри тонкий плоский квадрат представляет собой рамочную антенну с круглой металлической проводкой, встроенной в проводящий пластик. [ необходима ссылка ]
Когда для достижения адекватного приема в пригородных или периферийных зонах приема требуется антенна с более высоким коэффициентом усиления , обычно используется наружная направленная антенна . Хотя большинство простых антенн имеют нулевые направления, где у них нулевой отклик, направления полезного усиления очень широкие. Напротив, направленные антенны могут иметь почти однонаправленную диаграмму направленности , поэтому правильный конец антенны должен быть направлен на телевизионную станцию. Поскольку конструкция антенны обеспечивает более высокий коэффициент усиления (по сравнению с диполем), главный лепесток диаграммы направленности становится уже. Наружные антенны обеспечивают усиление сигнала до 15 дБ и на 15-20 дБ большее подавление ложных сигналов в аналоговом телевидении. [6] В сочетании с увеличением сигнала на 14 дБ из-за высоты и на 11 дБ из-за отсутствия ослабляющих стен здания наружная антенна может привести к увеличению силы сигнала до 40 дБ на телевизионном приемнике. [6]
Конструкции наружных антенн часто основаны на антенне Яги-Уда [16] или логопериодической дипольной решетке (LPDA). [17] Они состоят из нескольких полуволновых дипольных элементов, состоящих из металлических стержней длиной примерно в половину длины волны телевизионного сигнала, установленных в линию на опорной стреле. Они действуют как резонаторы ; электрическое поле входящей радиоволны толкает электроны в стержнях назад и вперед, создавая стоячие волны осциллирующего напряжения в стержнях. Антенна может иметь меньшее или большее количество стержневых элементов; в общем, чем больше элементов, тем выше усиление и более направленная. Другая конструкция, используемая в основном для приема УВЧ, — это отражательная антенная решетка , состоящая из вертикального металлического экрана с несколькими дипольными элементами, установленными перед ним.
Диапазоны телевизионного вещания слишком широки по частоте, чтобы их могла покрыть одна антенна, поэтому есть два варианта: отдельные антенны для диапазонов VHF и UHF или комбинированная (комбинированная) антенна VHF/UHF. [6] Антенна VHF/UHF объединяет две антенны, питающие одну и ту же линию питания, установленные на одной и той же опорной стреле. Более протяженные элементы, которые принимают частоты VHF , расположены в задней части стрелы и часто функционируют как логопериодическая антенна . Более короткие элементы, которые принимают станции UHF , расположены в передней части стрелы и часто функционируют как антенна Yagi .
Поскольку направленные антенны должны быть направлены на передающую антенну, это становится проблемой, когда телевизионные станции, которые необходимо принимать, расположены в разных направлениях. В этом случае две или более направленных антенн на крыше, каждая из которых направлена на другой передатчик, часто устанавливаются на одной мачте и подключаются к одному приемнику для лучшей производительности; фильтры или согласующие схемы используются для того, чтобы каждая антенна не ухудшала производительность других, подключенных к той же линии передачи. Альтернативой является использование одной антенны, установленной на поворотном устройстве , удаленной сервосистеме , которая поворачивает антенну в новом направлении при повороте циферблата рядом с телевизором.
Иногда телевизионные передатчики намеренно располагаются таким образом, что приемникам в определенном регионе необходимо принимать передачи только в относительно узкой полосе полного телевизионного спектра УВЧ и с одного и того же направления, что позволяет использовать групповую антенну с более высоким коэффициентом усиления. [18]
Антенны обычно размещаются на крышах и иногда на чердаках. Размещение антенны в помещении значительно ослабляет уровень доступного сигнала. [19] [20] Направленные антенны должны быть направлены на передатчик , который они принимают; в большинстве случаев большая точность не требуется. В определенном регионе иногда устроено так, что все телевизионные передатчики расположены примерно в одном направлении и используют частоты, разнесенные достаточно близко, чтобы одной антенны было достаточно для всех. Одно местоположение передатчика может передавать сигналы для нескольких каналов. [21] CABD (коллективная антенна вещательного распределения) — это система, установленная внутри здания для приема бесплатных телевизионных/FM-сигналов, передаваемых по радиочастотам, и их распространения среди аудитории. [22]
Аналоговые телевизионные сигналы подвержены появлению ореолов на изображении, несколько близко расположенных изображений создают впечатление размытых и повторяющихся изображений краев на изображении. Это происходит из-за того, что сигнал отражается от близлежащих объектов (зданий, деревьев, гор); принимается несколько копий сигнала разной силы и с разной задержкой. Это отличается для других передач. Тщательное позиционирование антенны может обеспечить компромиссное положение, которое минимизирует ореолы на разных каналах. Оролотость также возможна, если несколько антенн, подключенных к одному и тому же приемнику, принимают одну и ту же станцию, особенно если длины кабелей, соединяющих их с разделителем/слиятелем, имеют разную длину или антенны расположены слишком близко друг к другу. [23] Аналоговое телевидение заменяется цифровым, которое не подвержено появлению ореолов; тот же отраженный сигнал, который вызывает ореолы в аналоговом сигнале, вообще не даст видимого контента в цифровом формате. Однако в этом случае помехи вызывают значительно более значительное ухудшение качества изображения.
Антенны крепятся к крышам различными способами, обычно на столбе, чтобы поднять ее над крышей. Этого обычно достаточно в большинстве мест. Однако в некоторых местах, например, в глубокой долине или около более высоких сооружений, антенну может потребоваться разместить значительно выше, используя мачту с растяжками или мачту . Провод, соединяющий антенну внутри помещения, называетсяdownlead или drop , и чем длиннее downlead, тем больше ухудшение сигнала в проводе. Некоторые кабели могут помочь уменьшить эту тенденцию.
Чем выше расположена антенна, тем лучше она будет работать. Антенна с более высоким коэффициентом усиления сможет принимать более слабые сигналы с предпочтительного направления. Места пересечения, топографические особенности (горы) и густые леса ослабят сигнал; во многих случаях сигнал будет отражаться таким образом, что пригодный для использования сигнал все еще будет доступен. Существуют физические опасности, присущие высоким или сложным антеннам, такие как падение конструкции или ее разрушение погодными условиями. Существуют также различные местные постановления , которые ограничивают и ограничивают такие вещи, как высота конструкции без получения разрешений . Например, в Соединенных Штатах Закон о телекоммуникациях 1996 года позволяет любому домовладельцу устанавливать «антенну, предназначенную для приема сигналов местного телевизионного вещания», но «мачты выше 12 футов [3,5 м] над линией крыши могут подлежать местным разрешительным требованиям». [24]
Как обсуждалось ранее, антенны могут быть размещены в помещении, где сигналы достаточно сильны, чтобы преодолеть недостатки антенны. Антенна просто подключается к телевизионному приемнику и удобно размещается, часто на верхней части приемника («set-top»). Иногда необходимо поэкспериментировать с положением, чтобы получить наилучшее изображение. Внутренние антенны также могут выиграть от усиления радиочастот, обычно называемого усилителем ТВ. Прием от внутренних антенн может быть проблематичным в зонах слабого сигнала. [ необходима цитата ]
Иногда желательно не устанавливать антенну на крыше; в этих случаях антенны, предназначенные для наружного использования, часто монтируются на чердаке или мансарде, хотя антенны, предназначенные для использования на чердаке, также доступны. Размещение антенны в помещении значительно снижает ее производительность из-за более низкой высоты над уровнем земли и промежуточных стен; однако в зонах с сильным сигналом прием может быть удовлетворительным. [20] Один слой битумной черепицы , рубероида и фанерного настила крыши , как считается, ослабляет сигнал примерно наполовину. [25]
Иногда желательно принимать сигналы от передатчиков, которые не находятся в одном направлении. Это может быть достигнуто, для одной станции за раз, с помощью вращателя, работающего от электродвигателя, чтобы поворачивать антенну по желанию. В качестве альтернативы можно использовать две или более антенн, каждая из которых направлена на нужный передатчик и соединена соответствующей схемой. Чтобы антенны не мешали друг другу, вертикальное расстояние между штангами должно быть не менее половины длины волны самой низкой частоты, которую необходимо принять (Расстояние = λ/2 ). [23] Длина волны 54 МГц (канал 2) составляет 5,5 м (18 футов) (λ × f = c ), поэтому антенны должны находиться на расстоянии не менее 2,25 м (90 дюймов) друг от друга. Также важно, чтобы кабели, соединяющие антенны с разделителем/слиятелем сигналов, были точно такой же длины, чтобы предотвратить проблемы с фазировкой , которые вызывают ореолы при аналоговом приеме. То есть, обе антенны могут принимать одну и ту же станцию; сигнал от той, у которой кабель короче, достигнет приемника немного раньше, передавая приемнику два изображения, слегка смещенных. Проблемы с фазировкой могут возникать даже при одинаковой длине нисходящего кабеля. Полосовые фильтры или ловушки сигнала могут помочь уменьшить эту проблему.
При размещении нескольких антенн рядом друг с другом, что часто встречается в помещениях с ограниченной высотой, например на чердаке, они должны быть разделены расстоянием не менее одной полной длины волны самой низкой частоты, которая должна приниматься в ближайшей точке.
При частом использовании нескольких антенн одна из них предназначена для ряда совместно расположенных станций, а другая — для одного передатчика в другом направлении.
