Více

Podrobněji o fungování antén na televizních vysílačích

Po předchozím článku, ve kterém jsem nastínili funkci anténních televizních vysílacích systémů, pokračuji na žádost čtenářů konkrétnějším popisem funkce a vlastností těchto zařízení. Text bude rozdělen na dva nebo tři díly, vzhledem k rozsáhlosti dané problematiky. V dnešní části se nebudeme věnovat konkrétním specifikacím, ale nastíníme spíše univerzální teoretické parametry a vlastnosti vysílacích antén.

Vlastnosti jakékoli antény jsou tzv. reciproční, což znamená, že jsou stejné pro vysílání i příjem. Tato základní poučka se sice nevyužívá v televizní technice (televizní vysílací antény nejsou zároveň přijímacími a naopak, na rozdíl třeba od mobilní telefonie), v některých aspektech je však jednodušší a srozumitelnější vysvětlit konkrétní vlastnost či funkci při vysílání nebo naopak při příjmu.

Jak vysílat tam, kam chceme (a nikam jinam)

Jak jsem již uvedl v předchozím článku, za nejdůležitější parametr jakékoli antény považuji účel. A účelem televizních vysílacích antén je vyzářit elektromagnetické vlnění nesoucí televizní vysílání tam, kam potřebujeme, s požadovaným výkonem, a z toho vyplývajícím pokrytím dané oblasti. Televizní konstrukce nesoucí anténní systémy proto bývají umísťovány na vyvýšená místa, z nichž je nejlépe možno požadovanou oblast pokrýt.

Samotný anténní systém, jak už slovo „systém“ napovídá, je vlastně skládačka jednotlivých anténních prvků, jejichž přesným umístěním v prostoru a správným fázováním je dosaženo výsledného vysílacího diagramu. Ten bývá většinou v rovině kruhový (spíše kruhu se blížící), nebo také s potlačením určitých směrů tam, kde není žádoucí oblast pokrývat.

Vysílač Jihlava - Javořice

Jihlavský vysílač Javořice, z něhož nedávno začala digitálně vysílat Česká televize (Foto: Jaroslav Holík)

Většina anténních systémů je složena z dipolových prvků do nad sebou umístěných patrových soustav s plošným reflektorem. U širokopásmových systémů pro pásmo UHF, kde je nejvyšší frekvence (kanál 60 nebo 69) přibližně dvojnásobná proti frekvenci nejnižší (kanál 21), lze těžko hovořit o půlvlnném dipolu. Anténa je tedy většinou naladěna na střední frekvenci, a širokopásmovosti je dosaženo vhodnou tloušťkou samotného dipolového prvku. Obecně se totiž větší šířky pásma dá dosáhnout zvětšením plochy samotného vysílacího prvku, což logicky představuje zvýšení jeho průměru. Tlustší prvek také znamená zvýšení hranice maximálního výkonu, kterým lze vysílací prvek zatížit. V elektromagnetismu totiž existuje tzv. povrchový jev (skin efekt), který znamená, že vysokofrekvenční proudy mohou téct ve vysílacím prvku jen do určité velmi malé hloubky materiálu. Čím vyšší frekvence, tím menší je tato hloubka. Zvětšením poloměru prvku a tím zvětšením plochy povrchu tak získáme větší plochu pro vyzáření daného výkonu. Prvek se tak méně ohřívá a je možno ho použít pro vyšší výkon, než stejně naladěný prvek s menším průměrem.

Zužování vyzařovacího diagramu

Klasický dipol má vyzařovací charakteristiku při horizontálním umístění ve tvaru protáhlé osmičky (obr. 1). Při použití reflektoru vhodně vzdáleného od dipolu se dosáhne potlačení jednoho z laloků Hlavní a žádoucí vyzařovací lalok bývá široký v horizontální rovině kolem 60 až 90 stupňů. Když začneme řadit anténní prvky vedle sebe do vhodné vzdálenosti a napájíme je soufázově (tj. bez rozdílu fáze), začne se horizontální vyzařovací charakteristika zužovat. To samé platí pokud řadíme prvky nad sebe, zužuje se vertikální vyzařovací charakteristika. Takto jsou konstruovány anténní jednotky-rakvičky (obr. 2).

Vysílací anténní systémy - nákres 1

Obr. 1: Vyzařovací charakteristika půlvlnného dipolu

V případě televizních vysílačů je zbytečné plýtvat vyzářeným výkonem ve vertikální rovině do širokého laloku od nebe, přes vzdálený obzor až po lesy pod kopcem, na kterém je vysílač umístěn. Vhodným seřazením samotných dipolů nad sebou v jednotlivých anténních jednotkách se tedy vyzařovací diagram zúží, a následně pomocí fázování nebo rozdělením výkonu do jednotlivých jednotek se tento vyzařovací diagram sklopí směrem k zemi. Tím je zajištěno pokrytí oblasti pod vysílačem na úkor svícení do dálky nebo do nebe.

Fázování spočívá v zařazení napájecích vedení různé předem vypočtené délky mezi samotné anténní jednotky a dělič výkonu. Tím se ke každé jednotce dostane signál s různou fází, tj. s rozdílným zpožděním, a deformuje tak původní vyzařovací charakteristiku vhodným směrem (v tomto případě sklopení ve vertikálním směru).

Vysílací anténní systémy - nákres 2

Obr. 2: Vyzařovací charakteristika anténní jednotky složené z více anténních prvků, vlevo v horizontální rovině, vpravo ve vertikální rovině

Signál se dá tvarovat i dělením výkonu

Dalším způsobem možného tvarování vyzařovací charakteristiky je dělení výkonu. V děliči (něco jako rozbočovač) je výkon přiváděný napájecím vedením rozdělen do anténních jednotek v různém poměru. Tento způsob se spíše používá k tvarování vyzařovací charakteristiky v horizontální rovině (obr. 3).

Vysílací anténní systémy - nákres 3

Obr. 3: Tvarování vyzařovací charakteristiky v horizontální rovině dělením výkonu v různém poměru do jednotlivých anténních jednotek (vlevo poměr výkonu stejný do všech jednotek, vpravo různý)

Oba způsoby, stejně jako jakýkoli jiný zásah do anténní konfigurace, jsou však velmi náročné na výpočet, jelikož v anténní technice vše souvisí se vším. Změna jakéhokoli parametru nebo vlastnosti na jednom místě se projeví jinak na místě jiném. Návrh takového anténního systému je tedy velmi komplikovanou záležitostí. Jak jsem již uvedl v minulém článku a ilustroval i na fotografiích, je možné použít do různých směrů různý počet anténních jednotek, čímž se také tvaruje vyzařovací charakteristika (obr. 4).

Vysílací anténní systémy - nákres 4

Obr. 4: Tvarování vyzařovací charakteristiky v horizontální rovině použitím různěho počtu anténních jednotek do různých směrů

Každý ze způsobů má své opodstatnění a výsledný anténní systém je většinou kombinací všech uvedených. Pro nás z toho ale vyplývá jeden podstatný závěr. A to, že se nelze spolehnout na uváděný vyzářený výkon jako na údaj, který by nám jednoznačně řekl, jak daleko signál doletí, případně jestli jsme ve sféře jeho vlivu. Do našeho směru totiž může být směřováno minimum, nebo kterákoli jiná část z komplikovaného vyzařovacího diagramu vysílače, než hlavní, respektive největší lalok, k němuž se právě maximální vyzářený výkon vztahuje. Nestačí tedy jen do plánovacího software zadat několik hodnot a čekat, že výsledná mapa pokrytí bude odpovídat skutečnosti.

Jak získat potřebné informace o konkrétním vysílači?

Získat však vyzařovací diagram konkrétního anténního systému pro náš žádaný vysílač asi nebude jednoduché. Tento údaj se nikde neobjevuje, i když v některých pramenech je uveden jiným způsobem. Například v koordinačních výstupech ženevského plánu GE2006 pro DVB-T jsou uvedeny nutné útlumy jednotlivých vysílačů a na nich vysílaných kanálů do několika hlavních směrů. Lze si tak udělat aspoň hrubou představu, jak to bude asi u konkrétního vysílače vypadat. Je to však zpracováno velmi nepřívětivou, skoro strojovou, formou, takže moc zábavné čtení to není. Nakolik ochotně nebo jestli vůbec budou ochotni tyto údaje poskytnout samotní provozovatelé vysílacích sítí, to je otázka. Osobně jsem to ještě nezkoušel, a spíše tipuji, že ochota nebude velká. Možná se ale mýlím.

letni_akce

Příště se podíváme na vysílání trochu teoreticky a matematicky. Výstup však bude vysvětlení praktického principu vysílání a výpočtu pokrytí, intenzity signálu v místě příjmu a následně výkonové poměry a požadavky na anténě, kabelu a dalších prvcích rozvodu, až k přijímači.

Obrázky vyzařovacích charakteristik převzaty z katalogu Kathrein

Anketa

Čtete rádi podobně odborné texty na DigiZone.cz?

59 názorů Vstoupit do diskuse
poslední názor přidán 28. 7. 2009 16:25

Sledujte DigiZone.cz

Facebook Google+