Тема 5.1 Диапазоны радиоволн, используемые для радиовещания

1. Особенности организации радиовещания в различных диапазонах радиоволн.

2. Размещение радиовещательных станций.

 

В соответствии с Регламентом радиосвязи радиоспектр подразде­ляется на девять диапазонов (табл. 6.1). В 5... 9-м радиочастот­ных диапазонах выделены участки, используемые для радио- и ТВ вещания. Их наименование и соответствующие диапазоны частот приведены в табл. 6.2.

Максимальное число радиовещательных станций РВС, которые одновременно, не создавая значительных помех друг другу, могут работать в каждом из выделенных частотных диапазонов, можно рассчитать по формуле

где — наибольшая, — наименьшая граничные часто­ты соответствующего диапазона; — ширина полосы частот, за­нимаемая станцией.

В СССР радиовещание ведется при комплексном использова­нии всех диапазонов волн: ДВ, СВ, KB и MB. Несущую частоту и мощность передатчика радиовещательной станции устанавливают, исходя из ее назначения.

В ДВ, СВ и KB диапазонах передающие устройства работают с амплитудной модуляцией. Требуемая ширина полосы частот ра­диоканала равна при этом удвоенному значению верхней ча­стоты F_B спектра модулирующего сигнала: =2F_В.

Таблица 6.1

 

Номер диапа­зона	Наименование частот	Диапазон частот	Диапазон волн
	Очень низкие частоты — ОНЧ (мириаметровые волны) Низкие частоты — НЧ (кило­метровые волны)	3...30 кГц 30...300 кГц	100...10 км 10...1 км
	Средние частоты — СЧ (гектометровые волны)	300...3000 кГц	1000...100 м
	Высокие частоты—ВЧ (дека-метровые волны)	3...30 МГц	100...10 м
	Очень высокие частоты — ОВЧ (метровые волны)	30...300 МГц	10...1 м
	Ультравысокие частоты — УВЧ (дециметровые волны)	300...3 00О МГц	100...Ю см
	Сверхвысокие частоты — СВЧ (сантиметровые волны)	3...30 ГГц	Ю... 1 см
	Крайневысокие частоты —КВЧ	30...300 ГГц	10...1 мм
	(миллиметровые волны) Децимиллиметровые волны	300.,.3 000 ГГц	1...0.1 мм

 

 

Согласно международному соглашению в диапазонах ДВ, СВ и KB ширина полосы, выделяемая для организации одного радио­канала, равна 9 кГц, при этом верхняя модулирующая частота должна быть кГц. Значения несущих частот передатчиков, работающих в ДВ и СВ диапазонах, установлены кратными циф­ре 9. Несущие частоты следуют через интервал 9 кГц следующим образом: диапазон ДВ — 155 (1-й канал), 164 (2-й), 173 (3-й)...... 263 (13-й), 272 (14-й), 281 (15-й канал); в диапазоне СВ: 531 (1-й канал)), 540 (2-й), 549 (3-й)... 1584 (118-й), 1593 (119-й), 1602 (120-й канал).

Таким образом, в ДВ диапазоне размещается 15, а в диапазо­не СВ — 120 радиовещательных каналов. Три радиоканала в СВ диапазоне с несущими частотами 1485, 1584 и 1602 кГц выделены для передатчиков с излучаемой мощностью до 1 кВт (каналы ма­лой мощности).

Значения несущих частот передатчиков, работающих в KB диа­пазоне, кратны цифре 5. Если KB РВС обслуживают одну географическую зону (зоны обслуживания перекрываются), то при =9 кГц разнос несущих частот РБС принимается равным 10 кГц. При условии обслуживания РВС разных географических зон (зо­ны обслуживания разнесены в пространстве и не перекрываются) допускается разнос 5 кГц. В KB диапазоне можно организовать около 400 радиоканалов.

В соответствии с ГОСТ 13924 — 80 РВС могут занимать радио­канал с шириной полосы частот до 20 кГц (верхняя модулирующая частота F_B=>10 кГц). При этом боковые полосы станций, работаю­щих в смежных радиоканалах, перекрываются и в результате по­являются взаимные помехи. Увеличив разнос несущих частот РВС, можно эти помехи уменьшить. Однако число радиовещательных каналов ограничено, поэтому в одном и том же канале могут рабо­тать несколько станций, Уменьшения взаимных помех достигают размещением этих РВС на значительных расстояниях друг от друга.

В диапазоне MB передающие устройства работают с частотной модуляцией. Диапазон частот модулирующего сигнала 30... 15 000 Гц. Ширина полосы MB — ЧМ радиоканала 250 кГц. Частота несущей сигналов звукового сопровождения превышает частоту несущей изображения на 6,5-10⁶ Гц. В ТВ передатчиках изображения применяется AM, причем для сокращения полосы частот большая часть нижней боковой полосы подавляется (рис. 6.1). Сигналы звукового сопровождения телевидения передаются с использованием ЧМ. Ширина полосы радиоканала звука как и MB ЧМ радиоканала равна 250 кГц. Один ТВ канал вещания за­нимает полосу частот 8-10⁶ Гц. Диапазоны частот, выделенные для ТВ вещания, приведены в табл. 6.2.

Население, проживающее на определенной территории, может обслуживаться вещанием одной РВС (централизованное радиовещание) или несколькими распределенными по всей территории (система децентрализованного вещания). В СССР из-за большой территории радиовещание организуется в целом по смешанной схеме. Телевизионное вещание, как правило, обеспечивается по де­централизованной схеме вещания.

Сигналы каждой РВС могут быть приняты с высоким качест­вом в пределах определенной площади, называемой зоной обслу­живания. Если принимают земную волну и проводимость почвы в пределах зоны обслуживания меняется мало, то зона имеет фор­му круга. Радиус зоны обслуживания определяется значением мощности передатчика, условиями распространения радиоволны, на которой работает передатчик, и помехами, существующими в месте приема (атмосферные, промышленные, от соседних станций).

В пределах зоны обслуживания напряженность поля передат­чика должна быть определяемой требуемым отношением напряжения сигнала U_С к среднеквадратическому значению на­пряжения шума U_Ш> измеряемому на выходе усилителя звуковой частоты радиоприемника. Обычно Е_Ш определяют опытным пу­тем. В условиях всех видов помех в месте приема значение должно быть таким, чтобы отношение U_С / U_Ш равнялось 20...... 40 дБ. Требуемая для получения заданного значения напряжен­ности Е, мВ/м, при использовании земной волны подводимая к ан­тенне мощность передатчика, кВт

где r — расстояние между передатчиком и приемником: D — ко­эффициент усиления антенны, w- — функция ослабления, завися­щая от условий излучения и распространения радиоволн.

Как видно из (6.2), требуемая мощность передатчика и напря­женность поля связаны квадратичной зависимостью. При необхо­димости увеличить напряженность поля, например, в 2 раза, по­требуется установить передатчик, по меньшей мере, в 4 раза большей мощности. Мощность РВС не зависит от того, сколько при­емных устройств размещается в зоне обслуживания, поэтому эф­фективность РВС должна определяться технико-экономическим показателем, зависящим от капитальных затрат на сооружение станции, отнесенных к единице площади зоны обслуживания. Раз­личные варианты организации передающей сети сопоставляют по удельной мощности, равной отношению мощности излучения пере­датчика к площади зоны обслуживания (кВт/км²). Удельная мощ­ность при неизменной площади зоны обслуживания возрастает, если требуемая мощность передатчика увеличивается (например, из-за повышения уровня помех) и уменьшается длина волны не­сущей.

При построении передающей сети необходимо стремиться к ми­нимальным затратам. Если требуется разместить РВС на обслуживаемой территории равномерно(идеальный вариант),

то стан­ции располагают по квадратной или треугольной сетке (рис. 6.2). В первом случае станции мощностью Р с радиусом зоны обслужи­вания г размещают в вершинах квадратов, во втором — в верши­нах треугольников. Минимальное расстояние между РВС при

квадратной сетке и площадь зоны обслуживания . При треугольной сетке и . Количество РВС, требуемое для обеспечения сплошного вещания на опреде­ленной территории при различных вариантах размещения, относят­ся как . Отсюда следует, что экономически более эффективна треугольная сетка размещения станций. При этом площадь взаимного пересечения зон обслуживания (заштри­хованные участки) меньше и вследствие этого меньше требуемое число РВС. На практике при создании РВС не всегда придержи­ваются идеализированных построений и РВС размещают в райо­нах с высокой плотностью населения, вблизи крупных городов.

При организации передающей сети, обслуживающей заданную территорию, стремятся снизить уровень взаимных помех между станциями. Однако при одновременной работе нескольких радио­вещательных станций помехи будут отсутствовать, если станции работают на разных волнах. В связи с ограниченным числом выде­ленных частотных каналов в ДВ и СВ диапазонах передающая сеть может быть организована с помощью станций, работающих на одной волне и передающих разные программы (т. е. работающих в совмещенном частотном канале), или с помощью радиовещатель­ных станций, работающих на одной волне и передающих одну про­грамму (синхронное радиовещание).

При приеме РВС шумы и помехи ощущаются особенно сильно в паузах передачи. Поэтому при работе передающей сети в совме­щенном частотном канале помехи от мешающих станции особенно велики: в паузах передачи одной станции слышны сигналы дру­гих. Главным показателем, определяющим границы зоны обслу­живания каждой радиовещательной станции (границы зоны хоро­шего приема), является коэффициент защитного отношения по высокой частоте

=201g (),

где Е, Е' — напряженности полей принимаемой и мешающей стан­ций на границе зоны обслуживания.

При &_а.о, равном или превышающем допустимое значение, иска­жения становятся незаметными. С увеличением k_s,₀ уменьшается площадь зоны хорошего приема, поэтому стремятся выбрать такой режим работы передающей сети, при котором коэффициент k₃.₀

наименьший.

Границами зон хорошего приема (рис. 6.3), где выдерживает­ся, и зон искажений, где не выдерживается установленная норма , являются окружности, расположенные эксцентрично относи­тельно места расположения радиовещательных станций, в каждой точке которых выполняется требуемое соотношение const. В любой точке первой

=201g ( )

и второй окружностей

=201g(),

где , — напряженности полей первой (второй) радиовещательной станций на границе се зоны обслуживания и вто­рой (первой) мешающей станций.

Коэффициент защитного отношения по высокой частоте при ра­боте станций в совмещенном частотном канале, когда принимается земная волна (диапазоны ДВ и СВ), принят дБ. При этом на границе зоны обслуживания напряженность поля принимаемой станции Е должна быть примерно в 32 раза больше напряженности поля мешающей станции

Если разнос несущих частот составляет 9 кГц, то дБ (зависит от ширины полосы частот модулирующего сигнала и спо­соба его обработки). При разносе несущих частот более 18 кГц можно считать, что РВС не мешают друг другу. В этом случае зоны обслуживания станций перекрываются и их радиусы опреде­ляются только уровнем помех промышленного и атмосферного про­исхождения.

При работе радиопередающих ТВ станций в совмещенном час­тотном канале коэффициенты защитного отношения выдерживают­ся в пределах дБ.

При необходимости увеличить это значение надо уменьшить зону обслуживания каждой станции и увеличить зону искажений. Для обеспечения условий хорошего приема в зоне искажений, по­казанной, например, на рис. 6.3, требуется третья РВС РЗ, раз­мещенная в этой зоне и работающая на волне, отличной от волны станций Р1 и Р2, работающих в совмещенном частотном канале, В этом случае вещательная сеть будет построена по многоволновому принципу.

Организация сетей синхронного радиовещания позволяет зна­чительно снизить помехи от мешающих станций и расширить вследствие этого площадь зоны обслуживания каждой станции. Кроме того, при синхронном радиовещании наиболее экономично используется мощность радиовещательных станций.

При планировании передающих сетей звукового вещания учи­тывают особенности распространения радиоволн каждого диапа­зона. В диапазоне ДВ используется земная волна, способная оги­бать землю и мало затухающая при распространении на большие расстояния. Радиус зоны обслуживания РВС достигает 800...... 1000 км при мощности передатчиков 1000 кВт. Напряженность поля, создаваемая земной волной, не зависит от времени суток, поэтому прием РВС, работающих в ДВ диапазоне, отличается большой устойчивостью. Диапазон ДВ используется Центральным и республиканским радиовещанием для обслуживания больших территорий.

Средние волны распространяются земной и пространственной волнами. Качество приема и число принимаемых станций в диапа­зоне СВ зависят от времени суток. Днем наблюдается устойчивый прием земной волны, излучаемой близкими и мощными станциями. Средине волны сильнее поглощаются поверхностью Земли, поэто­му зона обслуживания РБС днем меньше, чем в диапазоне ДВ и составляет 300... 500 км. Ночью резко уменьшается затухание пространственных волн и становится возможным прием РВС, рас­положенных далеко от места приема. Но в это время наблюдаются замирания поля, которые образуются из-за интерференции в месте приема земной и пространственной волн с нерегулярно меняющи­мися амплитудой и фазой, что вызвано нерегулярными изменения­ми электронной концентрации слоя Е ионосферы, от которого от­ражаются пространственные волны СВ диапазона. Особенно силь­но выражены замирания при приеме станций, несущие частоты которых расположены ближе к коротковолновой границе СВ диа­пазона.

Радиовещание в СВ диапазоне имеет следующие преимущест­ва: 1) большая площадь зоны обслуживания днем, когда отсутст­вуют помехи от пространственных волн дальних мешающих стан­ций; 2) транзисторные приемники с ДВ и СВ диапазонами де­шевле, экономичны в эксплуатации н выпускаются в больших ко­личествах.

Диапазон СВ используется для передач Центрального, респу­бликанского и областного вещания. Диапазоны ДВ и СВ харак­теризуются сильными атмосферными и промышленными помеха­ми. В связи с тем, что в этих диапазонах нельзя получить остронаправленные антенны, для получения в месте приема доста­точной помехозащищенности применяются передатчики большой мощности (до 1000 кВт).

Требуемое минимальное значение напряженности поля опреде­ляется уровнем атмосферных, промышленных помех и шумами входной цепи приемника и зависит от номинального значения не­сущей частоты. В сельской местности, где практически отсутству­ют промышленные помехи, в диапазоне СВ приняты следующие значения £мин". при обслуживании земной волной днем 1 мВ/м, а ночью из-за появления помех от мешающих, станций, работаю­щих пространственной волной, 3,5 мВ/м. В диапазоне ДВ принято 7 мВ/м. В городах из-за значительного уровня промышленных по­мех нормы требуемой напряженности поля увеличиваются на 10...... 20 дБ.

Напряженность поля земной волны Е в диапазонах ДВ и СВ на расстоянии г от передатчика можно определить по кривым рас­пространения радиоволн. Кривые (рис. 6.4) построены для мощ­ности излучении передатчика Р_и =1кВт. Для других мощностей значение Е, отложенное на оси ординат, необходимо умножить на мощность излучения передатчика

P_и = , где D — коэффициент усиления антенны; Р —мощность, подводимая к антенне.

Короткие волны могут распро­страняться земной и пространствен­ными волнами. При использовании земной волны из-за сильного погло­щения в почве прием возможен лишь в пределах нескольких десят­ков километров. Пространственные волны при отражении от ионизиро­ванных слоев атмосферы испыты­вают незначительные поглощения. Это делает короткие волны более

удобными, чем длинные или средние, при передаче сообщений на большие расстояния. Используя пространственную волну в диапа­зоне KB, можно обеспечить передачу сообщений на расстояние в несколько тысяч километров. Вследствие изменяющихся условий от­ражения и поглощения радиоволн в ионосфере условия приема пространственной волны в сильной степени зависят m времени суток. Днем возможен прием станций, работающих и диапазоне 10... 25 м (дневные волны), так как напряженность ноля РВС, работающих на других волнах, недостаточна для вещания. Ночью принимаются РВС, работающие в диапазоне 35... 100 м (ночные волны).

Главным недостатком использования KB для вещании явля­ются общие и частотно-избирательные замирания, затрудняющие организацию уверенного приема. В отличие от замирании на сред­них волнах, причиной которых является интерференция между земной и пространственной волнами, замирания на КБ происходят из-за интерференции двух или нескольких пространственных лу­чей, пришедших в пункт приема различными путями. Многолучевость распространения радиоволн приводит к тому, что уровень сигнала при приеме KB меняется в десятки и.сотни раз (общие замирания). Кроме того, интерференция нескольких лучей вызы­вает замирания в отдельных участках спектра радиосигнала, включая несущую (частотно-избирательные замирании). Это вы­зывает появление частотных и нелинейных искажений.

Основной мерой борьбы с общими замираниями является при­менение в радиоприемниках эффективной АРУ.

Диапазон KB используют главным образом для организации иновещания, а также для радиовещания в отдаленные и трудно­доступные районы страны. На РВС, работающих в KB диапазоне, устанавливают передатчики с номинальными мощностями 50, 100, 150, 250 и 500 кВт.

Синхронное - это такое радиовещание, при котором несколько РВС работают на одной частоте и передают одинаковую програм­му. В этом случае уменьшается уровень взаимных помех между РВС, так как в паузах передачи, когда посторонние сигналы наи­более заметны, уровень помех, создаваемый другими станциями снижается. Синхронное радиовещание ведется главным образом в диапазоне СВ, где число РВС, работающих на одной несущей, может достигать нескольких десятков.

Рассмотрим условия приема в зоне действия двух синхронных станций. На рис. 6.5,а точками р1 и р2 обозначены места располо­жения радиовещательных станций с несущими частотами f1 и f2. По оси ординат отложены значения напряженности электрическо­го поля. Во время излучения каждой из РВС несущего колебания

Рис. 6.5 Интерференционная картина

в зоне искажений при синхронной

работе двух радиостанций.

 

Для ЧМ радиовещания в диапазоне метровых волн выделены полосы частот 65,8... 73 МГц и 300... 108 МГц. Радиоволны метрового диапазона распространяются в пределах прямой види­мости. Радиус зоны обслуживания определяется высотой подвеса передающей и приемной антенн и для большинства РВС лежит в пределах 50... 90 км. Для зоны обслуживания МБ ЧМ станции или радиопередающей телевизионной станции максимальный ра­диус, км

где , — высоты передающей и приемной антенн, м.

Действующее значение напряженности поля Е в зоне обслужи­вания может быть рассчитана по формуле академика Б. Л. Вве­денского

где —длина волны, на которой работает передатчик, м.

Следует отметить, что увеличение мощности передатчика при­водит не к расширению зоны обслуживания, ограниченной рассто­янием прямой видимости, а к повышению уровня помех другим станциям, работающим в совмещенном частотном канале. Поэ­тому стремятся устанавливать передатчики с минимально необ­ходимой мощностью.

В диапазоне MB минимальная напряженность поля на границе зоны обслуживания (обычно в сельской местности) опре­деляется главным образом внутренними шумами приемника и космическими шумами. Для MB ЧМ вещания принято в сельской местности £_МШ1 = 200 мкВ/м, в городских условиях из-за большо­го уровня помех _|=1000... 3000 мкВ/м. При определении на­пряженности поля РВС, работающих в городах, учитывают повы­шенное ослабление поля по сравнению с сельской местностью и не­однородностью его напряженности в различных участках города и особенно внутри домов (из-за большого количества препятст­вий, каменных и железобетонных зданий и воздушных проводных линий). Сильное ослабление претерпевает напряженность поля внутри зданий, увеличиваясь по мере перехода от верхних этажей к нижним. Так, на седьмом этаже, в разных условиях напряжен­ность поля может колебаться от 6 до 40% от напряженности по­ля под крышей, а в аналогичных условиях на первом этаже до 3...7%.

Неоднородность поля в различных точках обусловлена интер­ференцией большого количества волн, отраженных от различных препятствий в пределах города. Соотношение амплитуд и фаз ин­терферирующих волн изменяется в зависимости от конфигурации, материала и взаимного расположения отражающих препятствий. Ограниченная дальность действия передатчика приводит к тому, что для обслуживания территории требуется большое число РВС.

В диапазоне MB радиовещательные передатчики и передатчики звукового сопровождения телевидения работают с частотной модуляцией, что позволяет значительно ослабить мешающее дейст­вие помех и улучшить качество приема.

При одинаковом отношении сигнала к шуму на входе прием­ник ЧМ обеспечивает уменьшение шума в спектре звуковых частот (на выходе приемника) в раз по сравнению с AM, где М = — индекс частотной модуляции, — максимальная де­виация средней частоты ЧМ передатчика, F_B — верхняя частота модулирующего сигнала. Защищенность ЧМ приема от помех растет с увеличением индекса частотной модуляции, но одновре­менно растет и полоса частот, занимаемая радиоканалом. При М>1 требуемая полоса частот радиоканала

Максимальная девиация средней частоты передатчика — вели­чина стандартируемая, для вещательных МВ ЧМ передатчиков принято = 50 кГц. Вещание в диапазоне MB организуется по высшему классу качества. Спектр модулирующего сигнала зани­мает полосу 30... 15000 Гц, т. е. F_B = 15 000 Гц. Отсюда следует, что защищенность приема от помех при ЧМ приеме по сравнению

с AM возрастает в 50/15 = 5,77 раз (около 15 дБ), а требуемая полоса радиоканала = 2(50+15) = 130 кГц, причем полоса частот увеличивается в

Столь большое значение требуемой полосы частот и определи­ло организацию радиовещания с применением ЧМ в диапазоне MB. Полоса частот, отведенная в диапазоне MB для ЧМ радио­вещания, позволяет разместить несколько десятков радиоканалов, в то время как в ДВ диапазоне удалось бы разместить один ра­диоканал, а п диапазоне СВ — не более 7.

Высокая помехозащищенность приема MB ЧМ вещания, а так­же то, что в диапазоне MB значительно более низкий по сравне­нию с диапазонами ДВ, СВ и KB уровень промышленных и атмо­сферных помех, позволяет организовать в этом диапазоне кроме высококачественного монофонического и стереофоническое радио­вещание.

Модуляция в тракте монофонической системы MB ЧМ радио­вещания (рис. 6.8) осуществляется в возбудителе MB ЧМ пере­датчика. После усиления в усилителе мощности УМ радиосигнал поступает в передающую антенну. Радиовещательная MB ЧМ станция обычно содержит несколько передатчиков (чаще два), подключаемых через разделительный фильтр РФ к общей антенне. На рис. 6.8,а показано подключение двух передатчиков, трансли­рующих разные программы. Для повышения помехозащищенности приема вводятся предыскажения модулирующего сигнала. Целе­сообразность этого основана на том, что уровень составляющих шума на выходе приемника при ЧМ приеме пропорционален час­тоте модулирующего сигнала. Для снижения уровня помех на входе передатчика подключается Rl Cl-цепь (рис. 6.9,а), поднима­ющая уровень высокочастотных составляющих спектра модулиру­ющего сигнала, а в приемнике после частотного детектора вводит­ся Rl Cl-цепь компенсации предыскажений (рис. 6.9,6), создающая спад АЧХ в области, где велик шум, возникающий при ЧМ прие­ме. Постоянные времени цепей r=R1 Cl = 50 мкс. Типовой прием­ник рассчитан на прием AM и ЧМ колебаний в диапазонах ДВ, СВ, KB и MB. Тракты радиочастоты в современных приемниках с AM и ЧМ чаще всего раздельные. На рис. 6.8,6 показана схема такого приемника. Тракт радиочастоты приемников MB ЧМ состо­ит из усилителя радиочастоты УРЧ, преобразователя частоты, усилителя промежуточной частоты УПЧ, ограничителя паразит­ной AM, частотного детектора ЧД и цепи коррекции предыска­жения ЦКП. Далее, следует объединенный тракт звуковой частоты приемника (УЗЧ, Гр). При приеме AM радиосигналов используется блок AM.

Показатели системы звукового сопровождения телевидения та­кие же, как и МБ ЧМ радиовещания. Соотношение между макси­мальной мощностью телевизионного передатчика и передатчика звукового сопровождения принято 5:1. Отличие в том, что этот тракт частично совмещен с трактом передачи сигналов изображе­ния.

Радиовещательные MB ЧМ станции устанавливаются, как правило, в крупных городах и обычно территориально совмеща­ются с радиопередающими телевизионными станциями. Станции МБ ЧМ оснащаются передатчиками мощностью 2... 15 кВт (по­следние устанавливают в наиболее крупных городах), В диапа­зоне метровых волн осуществляются передачи программ Цен­трального, республиканского и областного моно- и стереофони­ческого радиовещания. Станции МБ ЧМ используются для подачи программ на сельские сети проводного вещания (§ 7.3). Всего в стране в 1985 г. насчитывалось 430 MB ЧМ станций, в том числе 59 стереофонических.

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: