Телевизионная антенна ( ТВ-антенна ) — антенна , специально предназначенная для использования с телевизионным приемником (ТВ) для приема сигналов эфирного телевизионного вещания с телевизионной станции . Телевизионный прием зависит как от антенны, так и от передатчика . Наземное телевидение транслируется на частотах примерно от 47 до 250 МГц в диапазоне очень высоких частот (УКВ) и от 470 до 960 МГц в диапазоне сверхвысоких частот (УВЧ) в разных странах . Телевизионные антенны производятся двух типов: «комнатные» антенны, размещаемые наверху телевизора или рядом с ним , и «наружные» антенны, монтируемые на мачте на крыше дома владельца. [1] Их также можно установить на чердаке или чердаке, где сухие условия и большая высота над уровнем моря благоприятны для приема и долговечности антенны. Наружные антенны более дороги и сложны в установке, но они необходимы для адекватного приема в отдаленных от телевизионных станций районах. Наиболее распространенными типами комнатных антенн являются дипольные [ 2] («кроличьи уши») и рамочные антенны , а для наружных антенн — Яги , [2] логопериодическая , [2] и для УВЧ-каналов многосекционная отражательная антенная решетка. .
Целью антенны является перехват радиоволн от нужных телевизионных станций и преобразование их в переменные токи небольшой радиочастоты , которые подаются на телевизионный тюнер , который извлекает телевизионный сигнал. [3] Антенна подключается к телевизору с помощью специального кабеля, предназначенного для передачи радиотока, называемого линией передачи . Раньше в антеннах использовался плоский кабель, называемый двухжильным кабелем сопротивлением 300 Ом . Сегодня стандартом является коаксиальный кабель сопротивлением 75 Ом , который менее подвержен помехам и подключается к разъему F или разъему Беллинга-Ли (в зависимости от региона) на задней панели телевизора. [4] Для преобразования сигнала от антенн, использующих двухпроводную линию, в вход современного коаксиального кабеля в линии используется небольшой трансформатор, называемый балуном .
В большинстве стран телевизионное вещание разрешено в диапазоне очень высоких частот (ОВЧ) от 47 до 68 МГц, называемом в Европе нижним диапазоном УКВ или диапазоном I ; От 174 до 216 МГц, который в Европе называется верхним диапазоном УКВ или диапазоном III , а в Европе — диапазон сверхвысоких частот (УВЧ) от 470 до 698 МГц, который в Европе называется диапазоном IV и V. [5] Границы каждой полосы несколько различаются в разных странах. Радиоволны в этих диапазонах распространяются в пределах прямой видимости ; холмы закрывают их и визуальный горизонт, ограничивая зону приема телевизионной станции до 65–95 км (40–60 миль), в зависимости от местности.
В предыдущем стандарте аналогового телевидения , использовавшемся до 2006 года, диапазоны УКВ и УВЧ требовали отдельных тюнеров в телевизионном приемнике, который имел отдельные антенные входы. Длина волны радиоволны равна скорости света (с ) , деленной на частоту. Вышеупомянутые диапазоны частот охватывают соотношение длин волн 15:1 , или почти 4 октавы . Трудно спроектировать одну антенну для приема в таком широком диапазоне длин волн, и между частотами ОВЧ и УВЧ существует октавный разрыв от 216 до 470 МГц. Поэтому традиционно для приема каналов УКВ и УВЧ используются отдельные антенны (наружные антенны с отдельными наборами элементов на одной опорной стреле). [4]
Начиная с 2006 года многие страны мира перешли от вещания с использованием старого аналогового телевизионного стандарта к новому цифровому телевидению [6] (ЦТВ). Однако обычно используются одни и те же частоты вещания, поэтому антенны, используемые для старого аналогового телевидения, также будут принимать новые передачи цифрового телевидения. Продавцы часто заявляют, что поставляют специальную антенну «цифрового» или « телевидения высокой четкости » (HDTV), рекомендованную в качестве замены существующей аналоговой телевизионной антенны; в лучшем случае это дезинформация, направленная на продажи ненужного оборудования, [7] [8] В худшем случае у зрителя может остаться только УВЧ-антенна на местном рынке (особенно в Северной Америке), где некоторые цифровые станции остаются в исходном состоянии. высокие частоты УКВ или низкие частоты УКВ .
Места, недоступные для телепередатчиков, известны в Австралии как «черные точки» . [9] В Восточной Германии районы, которые не могли принимать сигналы западного телевидения, назывались Tal der Ahnungslosen , или «Долиной невежественных».
Комнатные антенны могут быть установлены на самом телевизоре или стоять на столе рядом с ним, подключаясь к телевизору коротким питающим проводом . Из-за нехватки места внутренние антенны не могут быть такими большими и сложными, как наружные антенны, они не устанавливаются на такой высоте, а стены здания блокируют часть радиоволн; по этим причинам внутренние антенны обычно не обеспечивают такой хороший прием, как наружные антенны. [4] Их часто вполне достаточно в городских и пригородных районах, которые обычно находятся в зоне сильного радиационного «следа» местных телевизионных станций. Тем не менее, в сельских районах приема только наружная антенна может обеспечить адекватный прием. Ниже описаны некоторые из самых простых комнатных антенн, но существует большое разнообразие конструкций и типов. Многие из них имеют на антенне диск с множеством различных настроек для изменения диаграммы направленности приема антенны. Его следует вращать при включенном режиме, глядя на экран, пока не будет получено наилучшее изображение.
Самая старая и наиболее широко используемая комнатная антенна — это кроличьи уши или кроличьи уши , которыми часто оснащаются новые телевизоры. [4] Это простая полуволновая дипольная антенна, используемая для приема телевизионных диапазонов УКВ, состоящих в США от 54 до 88 МГц ( диапазон I ) и от 174 до 216 МГц ( диапазон III ), с длинами волн от 5,5 до 1,4 м. (от 18 до 5 футов). Он состоит из двух телескопических стержней, прикрепленных к основанию, длина которых составляет около 1 м (3,3 фута) (приблизительно четверть длины волны на частоте 54 МГц) и которые можно сложить, когда они не используются. Для наилучшего приема стержни должны быть отрегулированы так, чтобы их положение было немного меньше1/4 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 невелико, около ―2 дБи или ―4 дБ по отношению к полуволновому диполю. [4] Это означает, что она не такая направленная и чувствительная 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 у них есть два основных лепестка в противоположных направлениях, на расстоянии 180 ° друг от друга. Вместо того, чтобы фиксироваться в положении, как другие антенны, элементы крепятся на шаровых шарнирах. Их можно регулировать под разными углами в форме буквы «V», что позволяет убрать их с дороги в людных помещениях. Другая причина V-образной формы заключается в том, что при приеме каналов в верхней части полосы с полностью выдвинутыми стержнями элементы антенны обычно будут резонировать на своей 3-й гармонике . В этом режиме направление максимального усиления ( основной лепесток ) больше не перпендикулярно стержням. Тем не менее, диаграмма направленности будет иметь лепестки, расположенные под углом к стержням, что делает выгодной возможность регулировать их под разными углами.
В некоторых портативных телевизорах используется штыревая антенна . [4] Он состоит из одной телескопической штанги длиной около метра (3,3 фута), прикрепленной к телевизору, которую можно убирать, когда она не используется. Он функционирует как четвертьволновая монопольная антенна . Другая сторона линии питания подключена к заземляющей пластине на печатной плате телевизора, которая действует как земля . Штыревая антенна обычно имеет всенаправленную диаграмму приема с максимальной чувствительностью в направлениях, перпендикулярных оси антенны, и усилением, аналогичным кроличьим ушам.
Каналы УВЧ часто принимаются одной витковой рамочной антенной . [4] Поскольку антенна «заячьи уши» покрывает только диапазоны ОВЧ, ее часто комбинируют с петлей УВЧ, установленной на том же основании, для покрытия всех телевизионных каналов.
Вскоре после того, как телевизионное вещание перешло с аналогового на цифровое, маркетинг внутренних антенн вышел за рамки традиционных «кроличьих ушей». Плоские антенны легкие, тонкие и обычно имеют квадратную форму, что обеспечивает более всенаправленный прием. [ нужна цитата ] Они подключаются к телевизорам только с помощью коаксиального кабеля; они также могут продаваться с усилителем сигнала, требующим источника питания. Внутри тонкий плоский квадрат представляет собой рамочную антенну с круглыми металлическими проводами, встроенными в проводящий пластик. [ нужна цитата ]
Когда для обеспечения адекватного приема в пригородных или пригородных зонах приема необходима антенна с более высоким коэффициентом усиления , обычно используется наружная направленная антенна . Хотя большинство простых антенн имеют нулевые направления, в которых они имеют нулевой отклик, направления полезного усиления очень широки. 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 усиление подавления паразитных сигналов на 15–20 дБ в аналоговом телевидении. [4] В сочетании с увеличением сигнала на 14 дБ из-за высоты и на 11 дБ из-за отсутствия поглощающих стен здания наружная антенна может привести к увеличению уровня сигнала на ТВ-приемнике до 40 дБ. [4]
Конструкции наружных антенн часто основаны на антенне Яги-Уда [10] или логопериодической дипольной решетке (ЛПДА). [11] Они состоят из нескольких полуволновых дипольных элементов, состоящих из металлических стержней примерно половины длины волны телевизионного сигнала, установленных в линию на опорной стреле. Они действуют как резонаторы ; электрическое поле приходящей радиоволны толкает электроны в стержнях вперед и назад, создавая в стержнях стоячие волны осциллирующего напряжения. Антенна может иметь меньшее или большее количество стержневых элементов; в общем, чем больше элементов, тем выше усиление и более направленность. Другая конструкция, используемая в основном для приема УВЧ, — это отражательная антенная решетка , состоящая из вертикального металлического экрана с несколькими дипольными элементами, установленными перед ним.
Полосы телевизионного вещания слишком широки по частоте, чтобы их можно было охватить одной антенной, поэтому есть два варианта: отдельные антенны, используемые для диапазонов ОВЧ и УВЧ, или комбинированная (комбинированная) антенна ОВЧ/УВЧ. [4] Антенна ОВЧ/УВЧ объединяет две антенны, питающие одну и ту же фидерную линию, установленную на одной опорной стреле. Более протяженные элементы, улавливающие частоты УКВ , расположены «сзади» штанги и часто выполняют функцию логопериодической антенны . Более короткие элементы, принимающие станции УВЧ , расположены в передней части штанги и часто функционируют как антенна Яги .
Поскольку направленные антенны должны быть направлены на передающую антенну, это является проблемой, когда принимаемые телевизионные станции расположены в разных направлениях. В этом случае две или более направленные антенны на крыше, каждая из которых направлена на другой передатчик, часто устанавливаются на одной мачте и подключаются к одному приемнику для достижения наилучших характеристик. Для обеспечения наилучших характеристик используются фильтры или согласующие схемы, чтобы каждая антенна не ухудшала характеристики других. подключены к одной и той же линии передачи. Альтернативой является использование одной антенны, установленной на вращателе , удаленной сервосистеме , которая поворачивает антенну в новом направлении при повороте диска рядом с телевизором.
Иногда телевизионные передатчики намеренно располагаются так, что приемникам в данном регионе нужно принимать передачи только в относительно узкой полосе полного телевизионного спектра УВЧ и с одного и того же направления, что позволяет использовать сгруппированную антенну с более высоким усилением. [12]
Антенны обычно размещаются на крышах, а иногда и на чердаках. Размещение антенны в помещении значительно снижает уровень доступного сигнала. [13] [14] Направленные антенны должны быть направлены на передатчик , который они принимают; в большинстве случаев большая точность не требуется. В данном регионе иногда бывает так, что все телевизионные передатчики расположены примерно в одном направлении и используют частоты, расположенные достаточно близко, чтобы для всех хватало одной антенны. Одно место передатчика может передавать сигналы по нескольким каналам. [15] CABD (распределение вещания с помощью коммунальной антенны) — это система, установленная внутри здания для приема сигналов бесплатного ТВ/FM, передаваемых по радиочастотам, и распространения их среди аудитории. [16]
Аналоговые телевизионные сигналы подвержены двоению изображения: несколько близко расположенных изображений создают впечатление размытых и повторяющихся изображений краев изображения. Это связано с отражением сигнала от близлежащих объектов (зданий, деревьев, гор); улавливается несколько копий сигнала разной силы и с разными задержками. В других передачах все по-другому. Тщательное позиционирование антенны может привести к компромиссному положению, которое сводит к минимуму паразитные отражения на разных каналах. Двоение также возможно, если несколько антенн, подключенных к одному и тому же приемнику, принимают одну и ту же станцию, особенно если длина кабелей, соединяющих их с разветвителем/объединителем, разная или антенны расположены слишком близко друг к другу. [17] Аналоговое телевидение заменяется цифровым, не подверженным ореолу; тот же отраженный сигнал, который вызывает ореолы в аналоговом сигнале, вообще не будет создавать видимого контента в цифровом формате. Однако в этом случае помехи вызывают значительно более существенное ухудшение качества изображения.
Антенны крепятся к крышам различными способами, обычно на шесте, чтобы поднять ее над крышей. В большинстве случаев этого достаточно. Однако в некоторых местах, например, в глубокой долине или вблизи более высоких сооружений, антенну может потребоваться разместить значительно выше, используя мачту с оттяжками или мачту . Провод, соединяющий антенну в помещении, называетсяdownlead или drop , и чем длиннее downlead, тем сильнее деградация сигнала в проводе. Некоторые кабели могут помочь уменьшить эту тенденцию.
Чем выше расположена антенна, тем лучше она будет работать. Антенна с более высоким усилением сможет принимать более слабые сигналы в предпочтительном направлении. Помещения зданий, топографические особенности (горы) и густые леса ослабляют сигнал; во многих случаях сигнал будет отражаться так, что пригодный для использования сигнал все еще доступен. Высокие или сложные антенны сопряжены с физическими опасностями, такими как падение конструкции или ее разрушение под воздействием погодных условий. 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 разрешает любому домовладельцу устанавливать «антенну, предназначенную для приема сигналов местного телевизионного вещания», но «мачты высотой более 12 футов [3,5 м] над линией крыши могут быть при условии соблюдения местных разрешительных требований». [18]
Как обсуждалось ранее, антенны можно размещать в помещении, где сигналы достаточно сильны, чтобы устранить недостатки антенн. Антенну просто подключают к телевизионному приемнику и удобно размещают, часто на верхней части приемника («приставки»). Иногда с положением нужно поэкспериментировать, чтобы получить наилучшее изображение. Внутренние антенны также могут получить выгоду от усиления радиочастот, обычно называемого телевизионным усилителем. Прием на внутренние антенны может быть проблематичным в зонах со слабым сигналом. [ нужна цитата ]
Иногда антенну на крыше желательно не ставить; в этих случаях антенны, предназначенные для использования на открытом воздухе, часто устанавливаются на чердаке или чердаке, хотя также доступны антенны, предназначенные для использования на чердаке. Размещение антенны в помещении значительно снижает ее производительность из-за меньшей высоты над уровнем земли и промежуточных стен; однако в зонах с сильным сигналом прием может быть удовлетворительным. [14] Считается , что один слой асфальтовой черепицы , войлока и фанерного настила крыши ослабляет сигнал примерно наполовину. [19]
Иногда желательно принимать сигналы от передатчиков, находящихся в разных направлениях. Этого можно достичь для одной станции за раз, используя вращатель , приводимый в действие электродвигателем, для поворота антенны по желанию. Альтернативно можно использовать две или более антенны, каждая из которых направлена на нужный передатчик и соединена соответствующей схемой. Чтобы антенны не создавали помех друг другу, вертикальное расстояние между штангами должно составлять не менее половины длины волны самой низкой принимаемой частоты (Расстояние =λ/2). [17] 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/объединителем сигналов, были одинаковой длины, чтобы избежать проблем с фазировкой , которые вызывают двоение сигналов при аналоговом приеме. То есть обе антенны могут принять одну и ту же станцию; сигнал от того, у которого более короткий кабель, достигнет приемника немного раньше, передавая на приемник два изображения, слегка смещенные. Проблемы с фазировкой могут возникнуть даже при одинаковой длине нисходящего кабеля. Полосовые фильтры или «ловушки сигнала» могут помочь уменьшить эту проблему.
При размещении нескольких антенн рядом друг с другом, как это обычно бывает в помещениях ограниченной высоты, например, на чердаке, они должны быть разделены хотя бы одной полной длиной волны самой низкой частоты, которая будет приниматься в их ближайшей точке.
Когда часто используются несколько антенн, одна предназначена для ряда совмещенных станций, а другая — для одного передатчика в другом направлении.
{{cite book}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)