Цифровые телевизионные системы: новые возможности

Традиционно сигнал внутри ТВ-компании распространяется в виде аналогового композитного. Это наиболее дешевый, но почти самый худший способ. При последовательной обработке сигнала каждый узел обработки — будь то АЦП, фильтр, микшер — ухудшает сигнал, и эти ухудшения накапливаются. Разумеется, можно попытаться включить в цепь устройство, восстанавливающее параметры. Однако есть возможность обойтись без этого, поскольку если использовать «цифру», то это даст недостижимую ранее возможность — сохранить высокое качество изображения на всех этапах обработки. Поэтому необходимо перейти от распространения сигнала в аналоговой форме к его распространению в цифровом виде. Любой репортаж о каких бы то ни было реальных событиях только выиграет, если будет снят и смонтирован в цифровом формате, потому что зритель увидит все мельчайшие детали, почувствует себя участниками событий, а рекламодатель отметит, что изображение отличается хорошим качеством даже в плохих условиях съемки.

Без сомнения, если сейчас заходит речь о техническом перевооружении компании, то можно говорить только о переходе на цифровой формат. Здесь главное — не наделать ошибок, потому что собственно цифра далеко не нова в мире, выбор устройств огромен, и когда бюджет на оборудование ограничен, важно потратить его так, чтобы через два года купленные системы не устарели и органично вписались в развивающуюся базу.

Основным звеном любого телецентра является центральная аппаратная (ЦА), где производится вся внутренняя коммутация сигналов необходимая для подготовки программ и внешняя коммутация программ для передачи в эфир или для междугороднего обмена по кабельным, радиорелейным и спутниковым линиям связи.

 

Контрольные вопросы:

1. Основные задачи структуры телевизионной системы.

2. Нарисуйте структуру телевизионной системы.

3. Нарисуйте обобщенную структурную схему телевизионного центра.

4. Цифровые телевизионные системы: новые возможности.

5. Принципы построение цифровых телевизионных систем.

 

4. Классификация и характеристики антенн

Антенной называется радиотехническое устройство, предназначен­ное для излучения или приема электромагнитных волн. Антенна является од­ним из важнейших элементов любой радиотехнической системы, связанной с излучением или приемом радиоволн. К таким системам относят: системы ра­диосвязи, радиовещания, телевидения, радиоуправления, радиорелейной свя­зи, радиолокации, радиоастрономии, радионавигации и др.

В конструктивном отношении антенна представляет собой провода, металлические поверхности, диэлектрики, магнитодиэлектрики.

Электромагнитные колебания высокой частоты, модулированные по­лезным сигналом, преобразуются передающей антенной в электромагнитные волны, которые излучаются в пространство. Обычно электромагнитные ко­лебания подводят от передатчика к антенне не непосредственно, а с помо­щью фидера.

Приемная антенна улавливает распространяющиеся радиоволны пре­образует их в электромагнитные колебания, которые через фидер поступают на вход приёмного устройства. В соответствии с принципам обратимости антенн свойства антенны, работающей в режиме передачи не изменятся при работе этой антенны в приемном режиме.

Преобразование антенной одного вида электромагнитных волн в дру­гой должно происходить с минимальными потерями энергии, т.е. с макси­мально возможным КПД, определяемым в передающем режиме по формуле = P / Р0, где P  - мощность излучаемая антенной, Р0 - мощность подводи­мая к антенне.

Способность антенны излучать электромагнитные волны с различной интенсивностью в разных направлениях характеризуется её                                         

направленными свойствами, т.е. диаграммой направленности (ДН).

Антенны, обладающие узкой ДН, позволяют увеличивать напряжен­ность поля в точке приёма без увеличения мощности передатчика. В боль­шинстве случаев это экономически более выгодно, чем увеличения мощно­сти передатчика. Кроме того, концентрация электромагнитных волн в тре­буемом направлении приводит к уменьшению взаимных помех различных радиотехнических систем. Наличие направленных приемных антенн ведёт к ослаблению приема различных внешних помех, т.е. к повышению качества приёма и улучшению помехозащищенности приемного устройства. Больши­ми направленными свойствами должны обладать антенны для космической радиосвязи, радиоастрономии, радиолокации, радиорелейных линий.

В тоже время для радио и телевидения передающие антенны должны иметь одинаковое излучение в горизонтальной плоскости (за исключением отдельных случаев - гор и т.д.).

Направленные свойства являются настолько важными, что принято го­ворить о двух функциях, выполняемых антенной:

- преобразование электромагнитных колебаний в свободные

 электромагнитные волны;                                                      

- излучение этих волн в определенных направлениях.

Важную роль в работе антенного устройства играет линия питания (фидерный тракт), которая передаёт (каналирует) электромагнитную энер­гию от генератора к антенне (или от антенны к приёмнику). Фидер не дол­жен излучать электромагнитные волны и должен иметь минимальные поте­ри. Его необходимо согласовывать с выходной цепью передатчика ( или с входной цепью приемника) и с входным сопротивлением антенны, т.е. в фидере должен быть режим бегущей волны или близкий к нему.

В зависимости от диапазона радиоволн применяют различные типы фидеров: двухпроводные или многопроводные воздушные фидеры, несим­метричные экранированные (коаксиальные) линии, различные типы волно­водов и др.

Классификацию антенн можно, например проводить по способу фор­мирования излучаемого поля, выделяя следующие четыре класса антенн:

Излучатели небольших размеров ( ,где - длина волны) для диа­пазона частот 10кГц...1ГГц. К числу антенн этого класса относятся одиноч­ные вибраторные и щелевые излучатели, полосковые и микрополосковые антенны, рамочные антенны, а также частотно-независимые излучатели.

Антенны бегущей волны размерами от до 100  для диапазона частот 3МГц...10ГГц. Сюда относятся спиральные, диэлектрические,директорные, импедаксные антенны, а также антенны «вытекающей» волны.

Антенные решетки размерами от до 100  и более для диапазона час­тот 3МГц...30ГГц. Это антенны, состоящие из большого числа отдельных излучателей. Независимая регулировка фаз (а иногда и амплитуд) возбужде­ния каждого элемента антенной решетки обеспечивает возможность электри­ческого управления диаграммой направленности. Применяются линейные, плоские, кольцевые, выпуклые и конформные (совпадающие с формой объ­екта установки) антенные решетки. На основе антенных решеток выполняют антенные системы с обработкой сигнала, в том числе адаптивные к изме­няющейся помеховой обстановке.

Апертурные антенны размерами от до 1000  для диапазона частот 100МГц... 100ГГц и выше. Наиболее распространены зеркальные, рупорные и линзовые апертурные антенны. К апертурным антеннам примыкают, так называемые, «гибридные» антенны, представляющие сочетание зеркал или линз с облучающей системой в виде антенной решетки. Апертурные антенны строятся по оптическим принципам и обеспечивают наиболее высокую на­правленность излучения.

Свойства направленности антенны описывают характеристикой (диа­граммой) направленности. Количественно эти свойства оцениваются с по­мощью таких параметров, как ширина ДН, уровень боковых лепестков, ко­эффициент направленного действия (КНД) и других.

Важным параметром является входное сопротивление антенны, харак­теризующее её как нагрузку для генератора или фидера. Входным сопротив­лением антенны называется отношение напряжения между точками питания антенны (зажимы антенны) к току в этих точках. Если антенна питается вол­новодом, то входное сопротивление определяется отражениями, возникаю­щими в волноводном тракте. В общем случае входное сопротивление - вели­чина комплексная Zвх= Rвх+ iXвх. Оно должно быть согласовано с волно­вым сопротивлением фидерного тракта

 (или с выходным сопротивлением генератора) так, чтобы обеспечить в по­следнем режим, близкий к режиму бегущей волны.

Мощность, излучаемая антенной РΣ, связана с током в точках питания

антенны соотношением P  = I02 R 0 / 2, где RΣ0 – сопротивление излучения антенны (при отсутствии потерь в антенне это активная составляющая входного сопротивления антенны). Данное определение относится к проволочным ан­теннам.

Одним из основных параметров антенны является ширина её рабочей полосы частот, в пределах которой параметры антенны (характеристика направленности, входное сопротивление, КПД и др.) удовлетворяют опреде­ленным техническим требованиям. Требования к постоянству параметров антенны в пределах рабочей полосы могут быть различными; они зависят от условий работы. Обычно рабочая полоса частот определяется тем парамет­ром, значение которого при изменении частоты раньше других выходит из допустимых пределов. Очень часто таким параметром является входное со­противление антенны. Изменение его при изменении частоты приводит к рассогласованию антенны с фидером. В ряде случаев ширина рабочего диа­пазона определяется ухудшением одного из параметров, характеризующих направленные свойства: изменением направления максимального излучения, расширением ДН, уменьшением КНД и др. В зависимости от ширины рабо­чего диапазона антенны условно разбивают на:

узкополосные (настроенные), относительная рабочая полоса которых менее 10% номинальной частоты;

широкополосные, с рабочей полосой частот 10...50%;

диапазонные, коэффициент перекрытия частот которых(fMAX/fMIN) составляет примерно 2...5;

частотно-независимые (сверхширокополосные), с коэффициентом перекрытия, теоретически не зависящим от частоты (практически fMAX/fMIN таких антенн > 5).

Еще одним параметром является предельная мощность, которую мож­но подвести к антенне без опасности её разрушения и не вызывая пробоя ок­ружающей среды. Существуют также параметры, характеризующие поляри­зационные свойства антенны.

В данном курсе рассматриваются антенны следующих диапазонов: ми-риаметровые или сверхдлинные волны (  = 10...100 км); километровые или длинные волны (  = 1...10 км); гектометровые или средние волны (  = =100...1000 м); декаметровые или короткие волны (  = 10...100 м); метровые волны (  = 1...10м); дециметровые волны (  = 10 см...1 м); сантиметровые волны (  = 1...10 см); миллиметровые волны (  = 1...10 мм). Последние четы­ре диапазона объединяются общим названием "ультракороткие волны" (УКВ).

При расчете излученного антенной электромагнитного поля ее удобно рассматривать как состоящую из бесконечного большого числа элементар­ных источников (излучателей). Благодаря линейности уравнений Максвелла к полям элементарных источников применим принцип суперпозиции, позво­ляющий найти поле антенны в результате суммирования полей всех состав­ляющих ее элементарных излучателей с учетом амплитуд и фаз возбуждаю­щих их токов. Суммирование полей сводится к их интегрированию по источ­никам. Элементарными источниками являются: элементарные электрические вибраторы ЭЭВ в случае проволочных антенн; элементарные магнитные вибраторы в случае щелевых антенн; бесконечно малые элементы волнового фронта или элементы Гюйгенса в случае апертурных антенн.

Изучение симметричного электрического вибратора представляет большой интерес, так как, во-первых, этот вибратор применяется как само­стоятельная антенна и, во-вторых, он является составным элементом ряда сложных антенн. Симметричные вибраторы начали широко применять в первой половине двадцатых годов в связи с возникновением и развитием ра­диосвязи на коротких волнах. В настоящее время симметричный вибратор как самостоятельная антенна применяется на коротких, метровых и деци­метровых волнах. В этих же диапазонах широко используются сложные ан­тенны, состоящие из ряда симметричных вибраторов. Симметричные вибра­торы используются также в сантиметровом диапазоне волн в качестве эле­ментов сложных систем (например, облучатели зеркальных антенн).

 

Лекция № 2

Дата: 2018-11-18, просмотров: 197.