В направлении горизонта расстояния от каждой из передающих антенн до приемника одинаковы, и все волны приходят в одной и той же фазе. Следовательно, электромагнитные поля складываются в этом направлении. Возьмем другое направление, скажем под углом α вверх. Тогда путь волны от верхней антенны до удаленного наблюдателя будет меньше на Δ = h·sin α, чем от нижней. Здесь h расстояние между антеннами. Если Δ окажется равным половине длины волны, то колебания взаимно скомпенсируются и излучения в этом направлении не будет.
Мы рассмотрели две антенны. Не будем рассматривать N антенн (это сложно, но вполне возможно), а сформулируем вывод: решетка синфазных антенн, расположенных вертикально, излучает преимущественно в горизонтальном направлении, причем ширина главного лепестка диаграммы направленности, выраженная в радианах, примерно равна отношению λ/H, где λ — длина волны, а H — высота решетки из антенн. Таким образом, на высокой мачте можно разместить достаточно большую антенную решетку и сильно сузить луч в направлении горизонта. Не правда ли, нарисованная на этой странице передающая антенна со своей диаграммой направленности очень напоминает маяк, освещающий узким лучом горизонт? В обоих случаях происходит концентрация излучаемой энергии в нужном направлении.
Формирование диаграммы направленности.
Отдельные антенны в решетке излучателей располагают достаточно часто, на расстоянии 0,5… 0,7 длины волны. Если антенны расположить реже, то в диаграмме направленности появятся дополнительные, побочные максимумы, направленные под большим углом к горизонту и, следовательно, ненужные. Каждый из излучателей должен быть всенаправленным в горизонтальной плоскости. Такими свойствами обладает кольцевой излучатель, или «турникет», составленный из двух скрещенных диполей. На сравнительно толстых мачтах часто устанавливают кольцевой излучатель, состоящий из четырех отдельных полуволновых диполей.
Хозяйство современного телевизионного центра огромно, и высокая телевизионная башня — лишь его составная часть. На верхней части башни располагаются решетки антенн — своя для каждого из передаваемых каналов. Ниже, обычно на той же башне, расположен зал передатчиков. Это делают для того, чтобы были короче фидерные линии от передатчиков к антеннам, ведь потери в фидере пропорциональны его длине. Еще опаснее рассогласование длинной фидерной линии с передатчиком и антенной. При этом часть сигнала отражается от антенны в линию, возвращается к передатчику, снова переотражается к антенне и, будучи излученной в эфир с некоторой задержкой, создает на изображении повторные контуры. Кстати сказать, подобный же эффект создает и рассогласование фидера, проведенного от коллективной антенны к вашему телевизору. Поэтому, увидев на экране двоящееся и троящееся изображение, не спешите ругать качество самого телевизора возможно, все дело в неисправности фидерных линий и разветвительных коробок коллективной антенны.
Антенна в виде решетки турникетных излучателей и кольцевые излучатели, составленные из четырех диполей.
Телебашня Всесоюзного телевизионного центра в Останкине представляет собой уникальное сооружение. Ее основание выполнено из армированного железобетона, а верхняя часть представляет собой конструкцию из металлических решетчатых ферм. Башня рассчитана так, чтобы противостоять порывам даже ураганного ветра, очень редко случающегося в Москве. Прочности железобетона для этого было бы недостаточно, ведь бетон хорошо противостоит только сжатию, а не растяжению. Для повышения прочности в стенках башни имеются вертикальные каналы, в которых расположен сильно натянутые металлические тросы. Натяжение тросов постоянно контролируется, кроме того, когда дует ветер, тросы с наветренной стороны башни натягивают сильнее с помощью специальных лебедок.
Из-за теплового расширения высота телебашни не остается постоянной. Летом она увеличивается на четверть метра, а зимой уменьшается. Даже в течение суток одна сторона башни, нагреваемая солнцем, расширяется больше другой и вершина башни отклоняется, как бы пытаясь уйти от палящих солнечных лучей. Дополнительные колебания с амплитудой до нескольких метров вершина башни совершает под действием порывов ветра.
Данные о высоте башли, приводимые в различных источниках, весьма разноречивы. Отчасти это объясняется тем, что вершина башни недавно перестраивалась в связи с установкой антенн 33-го канала телевидения диапазона ДМВ. Точные измерения координат вершины башни периодически производятся геодезическими приборами. Сегодня специалисты могут с точностью до миллиметра сообщить высоту телебашни: она составляет 540 м 74 мм при температуре + 20 °C.
Отдельно от передатчиков и телебашни с антеннами расположено здание собственно телецентра со множеством студий, дикторских, просмотровых залов, аппаратных и тому подобных помещений. Телецентры оснащены мощной аппаратурой и для внестудийных передач. Видеосигнал со стадиона, из театра или просто с телекамеры, ведущей уличный репортаж, передается по кабелю или через маломощный СВЧ передатчик на телецентр. Непосредственные передачи в эфир ведутся нечасто. Обычно передачу сначала записывают на видеомагнитофон, а потом воспроизводят и передают в эфир в удобное для телезрителей время.
Телебашня в Останкине.
Как устроен телевизор?
Не пора ли нам перейти к тому, что к нам ближе, а именно к нашем домашнему телевизору? В его «нутро» вам, вероятно, приходилось заглядывать. Множество деталей, соединительных проводов… Как же во всем этом разобраться? Поможет структурная схема, тем более, что принципы передачи изображений нам в основном ясны. Давайте в ней разберемся.
Прежде всего необходимо принять сигнал. Чаще всего для этого служит коллективная телевизионная антенна, от которой проведен кабель и к вашему телевизору. Телевизионных антенн разработано великое множество, но основным типом остается знакомый нам полуволновый диполь-вибратор. Для того чтобы он лучше принимал сигнал от телецентра и ослаблял приходящие помехи, рядом с вибратором устанавливают другие, пассивные вибраторы, формирующие желаемую диаграмму направленности.
Первый блок на структурной схеме — ПТК, или переключатель телевизионных каналов (здесь будут использоваться сокращения, привычные для литературы по телевидению). В ПТК входит усилитель радиочастоты, смеситель и гетеродин элементы, имеющиеся в каждом супергетеродинном приемнике. На каждый канал имеется набор катушек, все они закреплены на общем барабане. Поворачивая барабан ручкой переключения каналов, мы можем включать определенный комплект катушек, соответствующий выбранному каналу. Переключатель телевизионных каналов с барабанными переключателями теперь используется все реже. Им на смену пришли ПТК с электронной настройкой, малогабаритные и более надежные.
Для перестройки резонансной частоты контуров в них установлены специальные полупроводниковые диоды-варикапы. На варикап подается запирающее напряжение смещения, при этом р-n переход не пропускает электрический ток. Но его емкость изменяется при изменениях напряжения смещения. Необходимое для настройки на каждый канал напряжение устанавливается заранее с помощью потенциометров, а включение канала производится нажатием кнопки или сенсорного контакта. Согласитесь, что такой способ настройки гораздо удобнее. После преобразования частоты сигнала приводятся к единой для всех каналов полосе. Промежуточная частота несущей изображения по существующему стандарту равна 38 МГц, звука — 31,5 МГц. Но как же так, ведь в любом канале частота звуковой несущей выше частоты несущей изображения? Все просто: гетеродин ПТК настраивается выше частоты канала и проходит инверсия спектра. Для первого канала, например, частота гетеродина равна 87,75 МГц. Вычитая из этого значения 49,75 МГц (частота видеонесущей), получаем 38 МГц, а вычитая 56,25 МГц (частота звуковой несущей), получаем 31,5 МГц.
Далее следует УПЧИ усилитель промежуточной частоты изображения. Раньше он содержал три-четыре ламповых каскада усиления, а теперь несколько транзисторных каскадов. Между каскадами установлены колебательные контуры и фильтры, выделяющие только нужный спектр частот. Они определяют селективность приемника. Усиленный сигнал подается на детектор, а продетектированный видеосигнал через видеоусилитель — на управляющий электрод кинескопа. Там видеосигнал управляет током луча, а следовательно, и яркостью элементов изображения в соответствии с передаваемым сюжетом. А как же звук? Отдельного усилителя сигнала с частотой 31.5 МГц нет — он хорошо усиливается в УПЧИ и попадает на детектор вместе с видеонесущей. Между несущими звука и изображения возникают биения. Их частота равна разности частот несущих, т.с. 6, 5 МГц. Сигнал с этой частотой и выделяется после видеодетектора и дополнительно усиливается в УПЧЗ-усилителе промежуточной частоты звука. Сигнал ПЧЗ промодулирован по амплитуде видеосигналом и по частоте звуковым сопровождением. Амплитудную модуляцию можно снять ограничителем. Да к тому же и частотный детектор (ЧД) ее хорошо подавляет. В результате на выходе ЧД выделяется звуковой сигнал, подаваемый через усилитель звуковой частоты (У3Ч) на громкоговоритель. Описанный тракт приема получается проще, чем тракт с отдельными приемниками каналов звука и изображения.
