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无线电电子与电气工程百科全书 远距离电视接收。 无线电电子电气工程百科全书
首先，要明确区分自信接收和随机接收。 自信是接收某个发射器的传输，不受天气条件、太阳活动、一年中的时间、日期和其他因素的影响。 随机接收取决于这些因素，并且只有在有利的条件下才有可能。 通过沿地球表面传播直接或如他们所说的“地球”波来确保可靠的电视接收。 电视中使用的超短波以直线传播，几乎不被电离层反射。 因此，最大可能的接收范围应由发射天线到接收天线安装点的视线距离来确定。 基于地球表面的球形，视线距离应等于
其中 D 是视线距离，单位为 km； H——发射天线高度，m； h 是接收天线的高度，单位为 m（图 1）。
实际上，由于传播信号使地球表面发生一定程度的变圆，以及由于各种局部物体的信号再反射，因此在比直接视线更远的距离内可靠地接收电视广播是可能的。 可以可靠接收的区域可分为两个区域：视线区域和半影区域。 在视距区域内，使用传统天线可以实现可靠接收。 在半影区，信号场强较低，这迫使使用高效天线进行可靠接收。 在平坦地形上具有足够高的发射器功率时，半影区被限制在距离在通道 200-220 上运行的发射器 1 ... 5 km 的距离内，距离在通道 120-150 上运行的发射器的距离为 6 ... 12 km ，并且对于半影区的分米范围实际上不存在。 指示的边界不清晰，明显模糊且非常近似，因为它们没有考虑实际地形。 在存在山障碍的情况下，即使在发射机附近，也可能无法进行可靠接收。 在半影区以外的平坦地形上，场强电平为零，即使使用高效天线也不可能实现可靠接收。 与强接收相比，随机接收有时会在几千公里的距离内观察到，因此被称为超长接收。 超远程接收与电离层的异常状态有关，通常仅在通道 1-2 上极少观察到。 他的疗程很短——从几分钟到几个小时——而且完全不可预测。 专注于超长接收是没有意义的。 决定远距离接收可能性的电视的主要特性是灵敏度。 灵敏度值越低，接收器的范围越长。 但是，有几个敏感度概念，如果人们不理解它们之间的区别或不指出人们在谈论哪种敏感度，这可能会令人困惑。 增益限制灵敏度是电视输入端的最小信号电压，它确保显像管调制器的标称信号电平。 标称电平是对应于屏幕上的白色和黑色电平的电压摆幅。 Sync-Limited Sensitivity 是电视输入端仍能实现稳定图像同步的最小信号电压。 最后，噪声限制灵敏度是电视输入端的最小信号电压，当显像管调制器的标称信号电平超过噪声电平 20 dB（即电压的 10 倍）时，它会提供该电压。 在所有情况下，都意味着图像通道的灵敏度。 可以看出，增益受限灵敏度仅表征接收放大路径的增益。 增益越大，增益受限的灵敏度越低（即越好）。 因此，通过简单地增加放大级的数量，可以实现任意小的增益限制灵敏度。 这导致了最常见的误解，即在远程接收条件下，他们试图通过使用各种放大附件来改善它。 增益受限的灵敏度根本不能表征电视接收器接收微弱信号的可能性，因为它没有考虑电视接收器自身噪声的影响。 每个阶段的噪声随信号一起被后续阶段放大。 第一级的噪声被最强烈地放大，因为它被所有级放大。 将接收器输出的噪声电平除以其增益可以得到归一化到该接收器输入的噪声电平。 接收机第一级的噪声水平最为重要，后续级的噪声可以忽略不计。 很明显，降低到接收器输入的噪声电压不取决于级数和接收路径的增益。 路径的增益越大，必须将信号电压施加到接收器的输入端才能在输出端获得标称信号，并且受增益限制的灵敏度越好（越小）。 然而，很明显，当一个信号被施加到接收器的输入端时，它的电平低于输入到输入端的噪声电压，这样一个微弱的信号将被噪声阻塞。 在这种情况下，图像将无法在电视屏幕上显示，而只能看到混沌闪烁的白点和黑点形式的噪点。 在这种情况下，他们说屏幕上可以看到雪。 要在屏幕上获得图像，信号电压必须超过噪声电压。 与输入到输入端的噪声电压相比，电视输入端的信号电压越高，图像质量就越好。 为了评估信号电压和噪声电压之间的关系，习惯上取它们的比值。 噪声限制灵敏度考虑到电视接收机固有噪声的存在，并表征其接收微弱信号的能力，即在远距离接收条件下工作。 在显像管调制器上以 10 的特定信噪比测量噪声限制灵敏度。 由于在电视中，除了图像的载频外，只传输一个边带，而抑制了第二个边带，因此信号端到端路径的增益比噪音。 因此，要在接收器输出处获得 10 的信噪比，该比率必须在接收器输入处等于 20。确定灵敏度时指定的信噪比是有条件的，因为它对应于图像质量非常差，仅提供大细节的易读性。 为了获得高质量的图像，电视输入端的信噪比必须至少为 100。因此，如果已知电视的噪声限制灵敏度为 70 μV，则应用这样的信号到此电视的天线输入只会提供清晰的低质量图像。 为了获得良好的图像，电视输入端的信号电压必须大 5 倍，即 350 μV。 通过比较不同类型电视机的噪声限制灵敏度值，可以选择最适合远距离接收条件的电视机类型，即灵敏度值最低的电视机。 为了整个电视电路的正常工作，它必须有一个增益裕度。 因此，增益限制灵敏度通常不如噪声限制灵敏度重要。 同步限制灵敏度是一个中间值，只保证稳定的同步，而不考虑图像质量。 因此，不能将其值作为判断电视机是否适合在远距离接收条件下工作的依据。 需要注意的是，如果没有标明该电视的灵敏度是多少，则需要了解灵敏度受增益限制。 不可能根据这一特性比较电视机以确定它们是否适合远距离接收。 1979 年以后开发的所有黑白和彩色固定式和便携式电视的灵敏度受噪声限制，在米波段 - 100 μV 和分米波段 - 140 μV。 根据 GOST，这些值是有限的，实际灵敏度可能会更好。 1979 年之前设计的电视机可能具有其他灵敏度值。 UPIMTST-150 类型的电视具有最差的灵敏度，受噪声限制 - MB 频段为 500 μV，UHF 频段为 61 μV，其名称包括指数 Ts-201 和 Ts-202。 这些电视不太适合远距离接收。 从噪声限制灵敏度的定义可以看出，它是由电视接收器自身的噪声电平决定的，给定其输入。 噪声水平主要由通道选择器中第一增益级的设计、该级使用的灯或晶体管的类型和模式决定。 对于现代通道选择器，输入端的噪声电压在 MB 频段中约为 5 μV，在 UHF 频段中约为 7 μV。 因此获得的灵敏度等于 100 和 140 μV（噪声电平的 20 倍）。 出于这个原因，只能通过降低输入本底噪声来提高噪声限制灵敏度，而不是通过更换电子管、晶体管或使用任何放大附件来增加接收路径的增益。 目前还没有根本性的措施来降低电视接收机的固有噪声水平而不降低图像质量。 用于通道选择器第一级的 GT346A 晶体管的噪声系数为 75 dB，信号源的内阻为 7 Ω。 这些是国内晶体管噪音最小的pnp结构。 如果在通道选择器的第一级使用噪声系数为251 dB的国外型号AF4,8晶体管，噪声电平将降低2,2 dB，噪声限制电视灵敏度可提高到80/110 μV。 然而，收购国外制造的低噪声晶体管是一项艰巨的任务。 如果为了提高灵敏度，我们允许由于带宽变窄而导致水平图像的清晰度有所下降，则该问题更容易解决。 在远距离接收的情况下，由于低对比度的图像受到强烈噪声干扰的影响，电视图像的通行证清晰度无法实现。 众所周知，水平清晰度与接收放大路径的带宽成正比，而固有噪声电压与带宽的平方根成正比。 如果带宽缩小 2 倍，清晰度也会下降 2 倍，最多 250 个元素，这在远距离接收条件下可以认为是可以接受的，而固有噪声水平将降低 3 dB，对应灵敏度提高到 70/100 μV。 在这种情况下，图像质量由于两个因素而主观上得到改善：噪声干扰的衰减和对比度的增加（因为窄带宽导致路径增益的增加）。 缩小带宽的最简单方法是增加视频检测器和视频放大器的负载电阻。 在黑白电视中，ULPT-61-II-22 和 ULPT-61-II-28 增加了电阻器 3-R42 和 3-R47 的电阻，在电视 ULT-50-III-2 和 ZULPT-50-III-1 中- 2 -P13 和 2-R22，在电视 2UPIT-61-II-1/2 和 UST-61-3/4-P25 和 R26 中。 在彩色电视机上，缩小带宽会导致颜色丢失，图像以黑白显示。 为了避免破坏电子管和晶体管的正常模式，不应该努力过度增加这些电阻的电阻，特别是在视频放大器的阶段。 将视频检测器的负载电阻增加约 2 倍，将视频放大器的负载电阻增加 1,2 倍，可以认为是可以接受的。 在这种情况下，模式变化在容差范围内，带宽缩小了约 2 倍。 显然，为了在电视屏幕上接收图像，需要将信号施加到其天线输入端，其电平必须高于此电视接收器的灵敏度，受噪声限制。 图像的质量取决于信号电平超过灵敏度的程度。 如果没有办法影响灵敏度使其显着提高，则需要尝试增加电视天线输入端的信号电平，使其大于灵敏度值.. 什么决定了输入端的信号电平电视接收机？ 首先是接收天线所在的空间点的电磁场强度水平，该天线的增益，它的有效长度，最后是连接天线到天线的馈线中信号的衰减。电视。 当然，天线必须与馈线匹配好，馈线与电视匹配好，否则信号会因反射和辐射回空间而产生额外的衰减。 接收点的场强取决于发射机的功率、到此发射机的距离、路径上的地形以及信号在大气中的衰减。 不可能从根本上影响接收点的场强水平。 但通常天线的位置是有选择的，在做几次实验后，可以选择天线在建筑物屋顶的最佳位置及其高度，对应电视输入端的最大信号电平。 天线的有效长度仅取决于接收信号的波长，即信道数：波长越短（信道数越大），天线的有效长度越短。 因此，为了增加 TV 输入端的信号电平，仍有可能影响馈线中的天线增益和信号衰减。 天线增益显示给定天线输出端的信号电压超过放置在电磁场同一点的半波振动器输出端信号电压的多少倍。 增益也可以用分贝表示。 天线增益越大，电视输入端的信号电压越大，其他条件相同。 因此，在远距离接收的情况下，需要使用高增益的天线。 天线增益的增加不会导致噪声电平的增加是特征。 如果提高电视接收机的噪声限制灵敏度和选择最佳天线位置只能在很小程度上提高接收性能，那么使用高性能天线可以使信号电平提高数倍。 因此，天线的选择是远距离接收的决定性因素。 并且需要接收的频率信号越高（通道数越高），天线增益就应该越高。 这是因为天线的有效长度与信号的波长成正比。 因此，在两个信号的场强相同的情况下，例如第 1 和第 12 通道，并且使用相同类型的增益相同的天线，第 12 通道天线输出的信号电压将为 4,3比第一个通道的天线输出要小。 仅此原因，为了在电视输入端获得相同的信号电压，第 1 通道的天线增益在电压方面必须比第 12 通道的天线增益高 1 倍，对应 4,3 dB。 由于这个原因，在分米范围内，使用增益增加的天线的需求增加得更多。 在为电视预留的频率范围内，使用了各种类型的高性能天线。 在专业设备（无线电通信、雷达等）中，通常优先考虑 Wave Channel 类型的多元素天线。 在业余条件下，使用这种天线是不切实际的，原因如下。 多元件天线需要仔细调整，这是通过改变每个天线元件的尺寸和它们之间的距离来完成的。 使用仪器在多边形条件下进行调谐，同时控制天线方向图的形状、输入阻抗的大小和性质。 业余无线电爱好者无法进行这样的天线调整。 多元件天线即使完全按照图纸制造，也会失谐，就像多电路无线电接收器在组装后立即失谐一样。 由于这种失谐，天线参数比护照参数差得多，这样的天线不会产生积极的影响。 在失谐天线中，形状失真，辐射方向图的主瓣扩大，其旁瓣和后瓣增加，从而导致增益下降。 图中主瓣的最大值偏离了天线的几何轴。 此外，要匹配馈线的天线，其输入阻抗必须是纯有源的，并且等于馈线的特性阻抗。 对于失谐天线，输入阻抗很复杂并且包含电抗分量，并且有源分量与标称值有显着差异。 专业设备通常包含特殊的块来控制天线与馈线的匹配。 电视接收机不包含这样的块。 由于失配，部分信号能量额外损失，导致天线输出端的信号电压下降，相当于其增益下降。 “Wave channel”类型的天线包含的元素越多，需要对其进行调谐的问题就越严重。 实践表明，只有“波道”型的三元天线无需调谐也能令人满意地工作。 但是，三元天线的电压增益不超过2,2（约6,8 dB），对于远距离接收来说太低了。 五元天线的增益为 2,8（约 9 dB），但由于在实践中不可避免的失谐，它给出的结果与三元天线相同。 理论上，11 单元波道天线的电压增益为 4（约 12 dB）。 但这种放大仅对应于调谐并匹配到馈线的天线。 由于元件数量众多，这种天线在组装后的失谐非常显着，这也导致其效率显着下降，这既是由于实际增益下降，也是由于两者之间的严重失配。天线和馈线。 这些原因解释了无线电爱好者在弱信号条件下试图通过使用多元件天线来改善电视接收的频繁失败。 令人遗憾的是，尽管多次发表上述文章和书籍，但许多文章和书籍的作者继续向无线电爱好者推荐在远程电视接收条件下使用多元素天线，显然仅基于理论前提。 由于目前国内很大一部分领土是两节目甚至三节目的电视广播，在选择接收天线时，使用宽范围天线似乎很诱人，这将允许一根天线接收两个或三个不同频道的电视节目。 这种天线存在，例如，之字形天线和对数周期天线。 但是，它们只能在视线范围内使用，因为增益相对较小。 如果发射器位于不同的方向，则必须将宽范围天线安装在旋转桅杆上，并在每次从接收一个节目切换到另一个节目时重新定向。 在这种情况下，由于天线的方向不准确，信号会进一步减弱。 在半影区，如果需要在不同频道接收多个节目，则需要安装单独的窄带天线。 可以使用交叉滤波器将两个单独的天线连接到公共馈线。 如果天线数量多于两个，则可以通过安装在天线附近的电磁继电器的触点进行额外的切换，该继电器通过电视安装的拨动开关进行远程控制。 在这种情况下，继电器绕组可以通过同一馈线从电视供电，而无需使用额外的电线。 在用于长距离接收电视传输的业余无线电条件下，由几个相对简单的天线组成的同相系统已经证明自己很好。 两个天线，一个在另一个之上，形成一个两层系统，其特点是在垂直平面上的辐射方向图变窄。 四个天线可以形成一个两层的两排系统，在垂直和水平面上具有狭窄的图案。 辐射图的变窄对应于增益的增加。 同相系统中天线数量每增加一倍，对应于每个天线单独接收的信号总和的 3 dB 增益（电压的 1,41 倍）。 此外，通过缩小波束方向图，系统中天线数量每增加一倍，增益就会再增加约 1 dB。 在同相系统中使用相对简单的天线可以在无需调谐天线的情况下获得大增益。 只需确保系统与馈线的协调，这很容易做到，因为简单天线的输入阻抗值是已知的，并且几乎不依赖于天线调谐。 因此，通过增加系统中的天线数量，可以无限增加增益。 这在 UHF 频带中通常是必需的，在其他条件不变的情况下，由于波长减小，天线输出端的信号电压远低于 MB 频带。 同时，由于该范围内的天线尺寸较小，在系统中增加天线数量很容易实现，不会导致系统尺寸过大。 由二元和三元环形天线“双方”和“三方”组装而成的共模系统在远程电视接收爱好者中分布最为广泛。 MB频段通常使用二元环形天线，UHF频段使用三元环形天线。 根据一些作者的说法，由四个二元环形天线组装而成的两层两排同相系统的电压增益约为 6-8 (16 ... 18 dB)，而同一系统的三个-元件环形天线-11-13 (21. ..23 dB)。 使用多单元波道天线是不可能达到这样的增益的，因为即使是 16 单元波道天线的增益也不超过 14 dB，即使如此，如果仔细调谐并与馈线匹配的话。 应注意不要频繁尝试从多个宽范围天线组装同相系统。 以这种方式，尝试使用宽带天线实现高增益，以便能够使用一个天线系统在远距离接收条件下接收不同频道上的多个节目的传输。 这种尝试通常是不成功的，因为不可能在频率范围内匹配天线。 匹配元件通常包含半波和四分之一波电缆段形式的谐振节点，它们仅在特定频率下执行其功能。 它们不再能在很宽的频率范围内工作。 尝试从几个多元素“波通道”天线组装同相系统也没有成功，因为天线以不同的方式失谐，其输出信号电压的相位也被证明是不同，它们不能同相组合，有时会发生减法而不是相加。 对于远距离接收，天线安装在高桅杆上，并通过长馈线连接到电视。 馈线越长，它引入的衰减越多，电视输入端的信号电压就越低。 对于馈线，最常见的电缆品牌是 RK-75-4-11，其线性衰减在 0,07-1 通道上为 5 dB/m，在 0,13-6 通道上为 12 dB/m，0,25-0,37 .21 dB /m 在频道 60-2 上。 不同品牌电缆的单位衰减曲线图如图 XNUMX 所示。 XNUMX.
如果馈线长度为 50 m，则通道 1-5 上的信号衰减很小（3,5 dB），则通道 33 上的衰减达到 15 dB，这相当于信号电压降低了近 6 倍。 为了补偿馈线中的信号衰减，使用了天线放大器，安装在天线附近的桅杆上。 这使得可以确保在天线放大器的输入端接收到由于经过长馈线而尚未衰减的信号。 同时，在天线放大器的输入端和电视接收机的天线输入端保持高信噪比。 这与天线放大器安装在电视附近并没有任何有用效果的情况的根本区别。 天线放大器之所以称为天线放大器，是因为它应该安装在天线附近，而不是电视附近。 天线放大器的增益应至少与馈线中的信号衰减相同，更好 - 5 ... 10 dB 以上。 那么电视接收机的固有噪声水平可以忽略不计，图像质量将仅由天线放大器输入端的信噪比决定， 当电视位于空心时，有时在封闭区域需要使用长馈线。 如果天线安装在附近的山顶，将提供可靠的接收，但连接馈线的长度约为 100 ... 200 m。即使在馈线长度为 1 的第 200 通道频率下m，其中的信号衰减为 14 dB。 并且在这种情况下，在天线附近安装天线放大器将补偿信号衰减。 如果一个放大器的增益不够，可以一个接一个地串联打开两个放大器，沿馈线长度均匀放置。 还需要注意使用各种品牌的同轴电缆作为馈线的可能性。 RK-75-9-13 电缆的单位长度衰减比 RK-75-4-11 电缆低。 这在 UHF 范围内尤其明显：在第 60 个通道的频率下，RK-75-9-13 电缆引入的衰减电压大约是 RK-75-4-11 电缆的三倍。 因此，通过使用长度较长的最佳电缆，您可以将电视输入端的信号电平提高数倍。 由于在购买电缆时通常无法确定其品牌，因此您可以遵循以下事实：电缆直径越大，其引入的衰减越小。 始终使用特性阻抗为 75 欧姆的电缆作为馈线。 如果电缆的品牌及其特性阻抗未知，如果电缆具有连续的聚乙烯绝缘层，则用卡尺很容易确定。 对于特性阻抗为 75 欧姆的电缆，内部聚乙烯绝缘外径与中心线芯直径之比应在 6,5 至 6,9 范围内。 文学
出版：cxem.net
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