УКВ в большом городе

У нашей городской жизни есть еще одна хайфайная сложность, которая не видна, но часто, к сожалению, слышна. И связана она с таким источником программы, как радиопередачи в диапазоне УКВ. Распространение УКВ в крупных городах с плотной застройкой, характерной наличием большого числа разноэтажных железобетонных строений, а также специальных сооружений, таких как высокие мачты, линии электропередач, заводские трубы, мосты и т. д., которые являются для УКВ хорошими «экранами» и «отражателями», связано с определенными трудностями при их приеме.
   В результате этого в точку приема могут приходить несколько сигналов, один прямой (основной) и один или несколько отраженных. Отраженные сигналы придут в точку приема с разными задержками и с разными амплитудами. Суммарный сигнал в данном случае будет уже амплитудно-частотно-модулированным. Это приводит иногда к недопустимо большим искажениям, особенно при стереоприеме, и может свести на нет все достоинства FM-вещания (эти искажения от многолучевого приема хорошо знакомы всем по многоконтурным повторам изображения на телевизионном экране и особенно хорошо заметны при передаче титров). Также из-за экранирующего действия строений уровень сигнала в разных точках и районах города сильно различается, возникают интерференционные зоны минимумов и максимумов напряженности поля. Это проявляется в хаотичном шуме, искаженном приеме с хрипом на нескольких или только одной станции в диапазоне. Напряженность поля также сильно меняется в зависимости от высоты приемной антенны над уровнем земли. С увеличением высоты растет, а внутри здания, особенно в подвальных помещениях, заметно падает. Даже в пределах одной комнаты характер поля неоднороден и может сильно изменяться в больших пределах при перемещении людей и некоторых предметов. В некоторых точках помещения прием может быть с сильными искажениями, в некоторых — с повышенными помехами и шумами, могут быть точки, где прием совсем невозможен. Возможны также случаи, когда перемещение людей по комнате может повлиять на устойчивость и качество приема. Может иметь место и существенное изменение поляризации волны. Также, вдобавок к этой неустойчивой ситуации, дополнительные помехи могут создавать близко расположенные радио- и телецентры.
   Условия распространения и приема УКВ в загородной зоне с гораздо меньшей плотностью застройки отличаются от городских резким снижением количества отражений сигнала и более стабильным его уровнем в разных точках приема, а также снижением общего уровня разного рода помех. Все выше сказанное справедливо лишь на определенных расстояниях от передающего центра — приблизительно до 40—50 км. По мере удаления от станции уровень полезного сигнала начинает заметно падать и при уменьшении до величины приблизительно 100 мкВ качественный прием стереопрограмм становится проблематичным. Также может начать ощущаться влияние помех от близко расположенных и близких по частоте областных радио- и телепередатчиков.
   Столица России и ее область — идеальный пример для иллюстрации всех проблем эфирного приема УКВ. Основная масса станций старого диапазона УКВ-1 (64—73,5 МГц) вещает из Останкино, а все остальные, включая и станции диапазона УКВ-2 (100—108 МГц) — из других 6 радиоцентров, расположенных в Москве и ее пригороде. Большинство продающейся в стране импортной аппаратуры позволяет принимать радиопередачи в диапазоне 88—108 МГц, но у нас участок 88—100 МГц занимает часть четвертого и пятый телевизионный канал. Основные параметры передающих и антенно-фидерных устройств, такие как мощность передатчиков, коэффициент усиления передающих антенн и высота их подвесов, поляризация излучаемой волны, а также типы передатчиков и конструкция антенн каждого из радиоцентров существенно отличаются. Так, например, антенны передатчиков, работающие в Останкино на УКВ 64—73,5 МГц излучают горизонтально поляризованные волны, а передающие устройства формируют комплексный стереосигнал по отечественной системе с полярной модуляцией.
   Антенны передатчиков, работающих в диапазоне 100—108 МГц, излучают в основном вертикально поляризованные волны (но есть и с горизонтальной поляризацией), которые лучше улавливаются вертикально установленными вибраторами приемных антенн. Все радиостанции в этом диапазоне передают стереосигнал по системе с пилот-тоном. Несколько московских радиостанций транслируют свою программу одновременно в двух диапазонах. С точки зрения качества передачи разница между ними практически отсутствует лишь при моноприеме. При приеме стереопрограмм качество все же выше в верхнем диапазоне. Вы можете убедиться в этом, сравнивая звучание одной и той же станции на двух частотах. Связано это как с качеством приемной и передающей техники, так и с системой кодирования, передачи и декодирования самого стереосигнала. Хотя в системе с пилот-тоном сложнее кодирование стереосигнала, но технически реализовать все ее достоинства в приемном устройстве существенно проще, чем в системе с полярной модуляцией.
   Итак, из-за такой рассредоточенности радиоцентров условия приема разных станций в разных районах города могут заметно отличаться. Например, если в Москве предполагается принимать станцию, вещающую с радиоцентра, удаленного от места приема, а место приема будет находиться в непосредственной близости от другого (в худшем случае — мощного) радиоцентра, то возможны проблемы из-за его непосредственного влияния. Это забивание полезного сигнала близкими по частоте станциями. А вот вероятность их возникновения почти всегда можно существенно снизить, если использовать для приема качественный тюнер и антенну с хорошей направленностью.
   В доперестроечные времена удавалось с успехом использовать для приема УКВ-станций (FM тогда не было и в помине) коллективную телевизионную многодиапазонную антенну. Она устанавливалась из расчета: одна антенна на подъезд (поляризация волн телевизионных и передатчиков в УКВ-1 совпадает). С начала 90-х годов ситуация стала резко изменяться в связи с вводом систем коллективного приема и кабельного телевидения.
   Сигналы метровых МВ и дециметровых ДМВ-передатчиков принимаются из Останкино эффективной системой из трех и более антенн (в зависимости от условий приема сигнала в разных районах города) и установлены, как правило, на одном из высоких строений в оптимально подобранном месте. Затем сигнал усиливается, конвертируется в свободные от эфирной трансляции каналы метровых волн и по кабельным сетям разводятся по домам, что позволяет смотреть программы дециметровых каналов даже на телевизорах, не способных их принимать. Система обеспечивает качественный прием всех телевизионных каналов всеми жителями дома, микрорайона или района. В эту же сеть, как правило, подключена и студия кабельного телевидения, которая вещает на одном из свободных телевизионных каналов (чаще всего на пятом канале). Так вот, в результате применения в этих системах конвертирующих устройств участки 64—73,5 МГц и 100 — 108 МГц радиовещательных диапазонов оказались «вырезанными» из спектра частот, принимаемых системой коллективного приема и кабельного телевидения. Соответственно эффективность использования коллективной антенны для приема УКВ-радиостанций стала практически равна нулю. По этой причине на сегодняшний день для качественного приема стереопрограмм УКВ-FM-станций необходимо использовать индивидуальные антенны разных типов, как специальные комнатные, так и особенно эффективные наружные. Такого типа антенны могут существенно ослабить искажения от многолучевого приема, ослабить воздействие разного рода помех, в том числе и со стороны других радиовещательных и телевизионных станций, усилить полезный сигнал, принимаемый станцией и заметно улучшить ситуацию в сложных условиях приема. Хочу заметить, что увеличение коэффициента усиления антенны не приводит к увеличению уровня шумов, а такие важные показатели при стереоприеме, как коэффициент нелинейных искажений, отношение сигнал/шум в паузе передач и разделение между каналами напрямую зависит от уровня и качества сигнала на входе приемного устройства. Таким образом, правильный выбор конструкции, согласование с приемником, оптимальное расположение и ориентация антенны позволят вести качественный прием стереопрограмм как в городских условиях, так и на значительном удалении от передающего центра.
   Сложные фирменные антенные системы могут быть предназначены специально для приема FM-станций в сложных условиях, но чаще предлагаются многодиапазонные широкополосные комбинированные антенны для приема всех телевизионных и УКВ-FM-станций. У нас пока такую антенну нужно еще поискать, и результат поиска не обязательно будет положительным. А если есть товар, то информация о нем даже в специализированных изданиях отсутствует! Поэтому можно довольствоваться или «куском» провода в качестве антенны или самодельными конструкциями, которые не каждый сумеет изготовить, а главное — настроить, правильно установить и сориентировать.
   Кустарные и сомнительные в качественном отношении конструкции, которые можно встретить на радиорынках и толкучках без технических описаний и гарантий, большей частью ориентированы на прием телевидения.
   Необходимо, чтобы при решении задач выбора, согласования с приемным устройством и ориентации антенны применялся индивидуальный подход в каждом конкретном случае — в зависимости от территориального расположения и типа приемного устройства. Если вы хотите иметь возможность принимать все станции в широком диапазоне УКВ с помощью одной комнатной или наружной антенны без изменений ее ориентации, то нужно использовать антенну с круговой диаграммой направленности. Самый простой пример — это телескопическая штыревая антенна. Но такая антенна не обладает пространственной избирательностью и не способна избавить вас от проблем, возникших при приеме, особенно если мощность передатчика невелика. Такая антенна в равной степени будет принимать как полезные, так и мешающие сигналы (помехи, отражения) со всех сторон. В некоторых случаях можно попробовать применить антенный усилитель, но он не всегда эффективен, так как кроме полезного сигнала усилит шумы и помехи. Такая антенна сможет нормально работать только на определенном расстоянии от передающего центра, хотя если ваш тюнер очень «крутой», то он будет работать и с такой антенной вполне удовлетворительно во всех выше перечисленных ситуациях.
   Если вас интересует качественный прием только одной или нескольких станций, работающих с одного радиоцентра, то можно применять направленную антенну, которая имеет гораздо больший коэффициент усиления и существенно лучше защищена от воздействия помех. Также этой антенной можно принимать и другие станции, если они попадают «в поле зрения» ее диаграммы направленности. Неудобство такой антенны заключается в том, что если необходимо принимать сигнал с разных направлений, то ее необходимо каждый раз поворачивать. В таком случае можно применить несколько антенн, соединенных вместе через устройство сложения и сориентированных в разных направлениях. Фильтр сложения исключает посторонние влияния в 10 раз, предлагая затухание 0.8 дБ, коэффициент разделения 20 дБ. Для дальнего приема в области следует применять узконаправленные антенны с высоким коэффициентом усиления в сочетании с узкополосным антенным усилителем или систему из нескольких антенн. Типичный пример — коллективная подъездная антенна типа «волновой канал». Также следует помнить о том, что прием станций, работающий с горизонтальной поляризацией волн, следует вести на антенны с горизонтально расположенными вибраторами относительно поверхности земли, а с вертикальной поляризацией — соответственно с вертикально расположенными вибраторами.
   Основная задача, с которой нужно справиться при установке любой антенны, — нахождение оптимальной точки в пространстве, в которой уровень отраженных сигналов и уровень всевозможных помех минимален, а уровень полезного сигнала от принимаемой радиостанции максимален. В некоторых случаях неплохие результаты можно получить, расположив антенну на балконе. Но не всегда. Тогда следует располагать ее на крыше здания.
   В загородной зоне антенну можно установить на чердаке (если кровля из диэлектрика: шифер, рубероид и т.п.), на недалеко растущем дереве или высокой мачте. Высоту мачты нельзя заранее вычислить, она устанавливается опытным путем. 75-омный экранированный кабель будет иметь малые потери на верхах. Обычно, чем дальше расположена передающая станция, тем выше следует поднимать приемную антенну, хорошо, если перед антенной пространство в несколько сот метров было бы свободным, ничем не загороженным. Особое внимание следует уделить установке антенн для приема волн с вертикальной поляризацией, так как их диаграмма направленности сильно зависит от расположенных в непосредственной близости предметов. Поиск оптимальной точки расположения антенны — кропотливая работа, требующая времени, определенных знаний и навыков, и поэтому не всегда быстровыполнима.
   Не следует забывать и о согласовании антенны с кабелем и антенны с входом приемника. Входное сопротивление антенны, тюнера и волновое сопротивление кабеля должны быть равны.
   Если прием станции после установки и ориентации антенны ведется устойчиво, без помех и искажений, с хорошим стереоэффектом, а шум (шипение в паузах передачи) при переключении приемника из режима «моно» в режим «стерео» почти не увеличивается, то можно считать, что антенна выбрана, установлена, ориентирована и согласована правильно. Следует также заметить, что разные приемники могут вести себя по-разному при использовании одной и той же антенны. Один работает блестяще, а другой — только удовлетворительно. Стоит заменить антенну — и ситуация может измениться на противоположную. Отсюда следует, что в данном случае тоже необходимо учитывать принципы взаимной совместимости компонентов и вести их четкий подбор.
   Например, тюнер TEAC Т-R450 на удалении 80 км от передатчика работал через антенный усилитель с усилением 15 дБ удовлетворительно на штыревую типовую антенну с вертикальным вибратором, принимая несколько тульских станций и московское FM.
   На сегодняшний день бытует мнение о том, что вещание в FM-диапазоне далеко от идеала, ни о каком качественном звуке здесь речи и быть не может, что не следует уделять этому источнику стереопрограмм серьезного внимания и приобретать дорогие высококачественные FM-тюнеры. Я не стану сейчас сравнивать, обсуждать и выносить вердикт в отношении качества звучания всех 17 станций, работающих на сегодняшний день в московском FM-диапазоне. Это сделают читатели. Я хочу лишь заметить, что, например, вещательный тракт современной FM-радиостанции, то есть все его оборудование (студии, канал, передатчик), представляет собой специальные профессиональные устройства высокого качества лучших зарубежных фирм и обеспечивают передачу в эфир высококачественного FM-стереосигнала. А вот чтобы качественно принимать этот сигнал в любых условиях, надо иметь высококачественный тюнер и хорошую антенну!