Глава 5

РАДИОВЕЩАТЕЛЬНЫЕ СЕТИ

1. ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ

СЕТИ ВТОРИЧНОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОГРАММ

 

Радиовещательный канал - это часть частотного спектра, ширина которого равна ширине полосы, необходимой для радиовещательной передачи и характеризующаяся номинальным значением несущей частоты.

Радиовещательный канал малой мощности - это канал, используемый средневолновыми РВС с максимальной эффективной излучаемой мощностью в 1 кВт.

Используемая напряженность поля Е_мин - минимальная напряженность поля, необходимая для удовлетворительного приема при заданных условиях в присутствии атмосферных, индустриальных помех и помех в реальных условиях.

Номинальная используемая напряженность поля Е_ном  - принятая минимальная напряженность поля, необходимая для удовлетворительного приема при заданных условиях в присутствии атмосферных, индустриальных помех и помех от других станций. Номинальная используемая напряженность поля применяется в качестве эталона при планировании радиовещательных сетей.

Зона обслуживания РВС - зона, в пределах которой напряженность поля передатчика равна или выше используемой напряженности поля. При построении РВС необходимо обеспечить в каждой точке заданной территории прием вещательной программы с заданным качеством при минимальных затратах. В зоне обслуживания РВС напряженность поля, создаваемая передатчиком, обеспечивает прием вещания на массовую приемную аппаратуру в L точках с определенным качеством в течение определенного времени (Т).

Международная организация радиовещания и телевидения (ОИРТ) рекомендует принимать Т=90%, т. е. в течение времени Т₁=10% допускается наличие заметных помех. Более высокий процент времени качественного обслуживания невозможно обеспечить из-за отсутствия свободных частотных каналов. Для того чтобы прием РВС в зоне обслуживания был качественным, напряженность поля передатчика Е должна значительно превосходить напряженность поля, создаваемую помехами Е_п. Если помехи природного или промышленного происхождения, то

             (5.1)

где Е_п - среднеквадратическое значение напряженности поля помех в полосе 1 кГц; Е_а, Е_к, Е_пром, Е_пр - напряженность поля соответственно атмосферных, космических, промышленных помех и внутренних шумов приемника.

Усредненный уровень помех в различных частотных диапазонах показан на рис. 39 [48].

 

 

Рис. 39. Усредненный уровень различных помех в полосе Д/ = 1 кГц различных частотных диапазонов.

 

Защитное отношение по высокой частоте - отношение полезного сигнала к мешающему по высокой частоте, которое обеспечивает на выходе приемника защитное отношение по низкой частоте при точно определенных условиях (разнос между частотами полезной и мешающих станций, тип и глубина модуляции, избирательность приемника и т. п.). Качество приема при наличии помех, создаваемых только мешающими станциями, оценивается защитным отношением А, которое в логарифмических единицах показывает величину необходимого превышения напряженности поля передатчика Е над напряженностью поля мешающих станций Е_м, А = 20 lgE/E_M, дБ.

Защитное отношение по звуковой (низкой) частоте - отношение напряжения полезного сигнала U_c к напряжению помехи U_n, измеренное при заданных условиях на выходе усилителя низкой частоты приемника и обеспечивающее приемлемое качество передачи. Величина U_с/U_n зависит не только от параметров системы вещания, но и от параметров радиоприемного устройства: избирательности, полосы радиочастот и других показателей (при ЧМ приеме важны степень подавления AM, влияние побочных нелинейных явлений и т. п.). Поэтому оценивать действие мешающих станций можно лишь с учетом характеристик приемников.

По рекомендации Международной электротехнической комиссии (МЭК), необходимое отношение сигнал/помеха на выходе, принимают h= 20...40 дБ. Нормы защитных отношений устанавливают методом субъективных экспертиз. Обычно данные опытов имеют заметный разброс этих величии и при расчетах часто используют некоторый диапазон этих значений.

Заданное качество приема РВС в зоне обслуживания обеспечивается при условии превышения напряженности поля, создаваемой радиостанцией, некоторой граничной величины Е_гр=Е_ном. Величина Е_гр определяется заданным значением отношения U_c/U_n на выходе приемника, уровнем помех на его входе и способом модуляции несущей. Напряженность поля, можно рассчитать по следующей формуле:

                       (5.2)

где Е - напряженность поля земной волны, мВ/м; Р - мощность передатчика, кВт; D - коэффициент направленности антенны передатчика;  - функция ослабления, показывающая, во сколько раз поле передатчика, расположенного на плоской поверхности земли конечной проводимости, отличается от поля того же передатчика, расположенного на бесконечно проводящей плоскости при прочих равных условиях;  - безразмерный коэффициент; λ - длина волны, м; σ - удельная проводимость почвы, мСм/м; r - расстояние между передатчиком и приемником, км [50].

При больших расстояниях, когда r ≥ 25 км, для определения Е можно использовать приближенную формулу

Напряженность поля земной волны на заданном расстоянии l от передатчика мощностью Р_к Вт Е можно определить по кривым распространения радиоволны [72]. На рис. 40 изображены кривые для Р = 1 кВт, σ = 3 х 10^-2 См/м, ε = 4. Для других мощностей передатчика значения вдоль оси ординат необходимо умножить на .

 

 

Рис. 40. Кривые распространения земной волны в диапазонах ДВ и СВ.

 

Мощность передатчика Р, требуемая для получения напряженности поля Е_ном, не зависит от количества приемников, сосредоточенных в зоне обслуживания, поэтому оптимальный выбор ее величины (Р_опт) и оптимальный радиус зоны обслуживания (r_опm) определяются из анализа технико-экономических показателей, зависящих от капитальных затрат, отнесенных к единице площади (1 км²) зоны обслуживания [46].

При построении вещательной 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. 41). В первом случае станции мощностью Р_опт с радиусом зоны обслуживания r_oпт размещают в вершинах квадратов, во втором - в вершинах треугольников. Минимальное расстояние между РВС при квадратной сетке d_мин = , площадь зоны обслуживания S_ = 2r²_опт. При треугольной сетке d_∆ = , a S_∆ = 2,6r²_опт. Количество РВС для обеспечения сплошного вещания на определенной территории при различных вариантах размещения  относится как п_:п_∆=S_∆:S_=1,3. 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 количество РВС. На практике при создании РВС не всегда придерживаются идеализированных построений и РВС размещают в районах с высокой плотностью населения, вблизи крупных городов.

 

 

Рис. 41. Размещение РВС по квадратной (а) и треугольной (б) сеткам.

 

При размещении РВС на заданной территории необходимо учитывать количество частотных радиоканалов п и размещение каналов по диапазону. Если радиостанции работают без взаимного перекрытия по диапазону, то количество радиоканалов равно количеству РВС. Так, при использовании треугольной сетки размещения п_∆ = S/S_∆, где S - площадь территории; S_∆ - средняя площадь зоны обслуживания одной станции. При работе станций в совмещенных частотных каналах (работающих на одной волне и передающих разные программы) площадь зоны обслуживания каждой станции сокращается из-за появления взаимных помех. Границы зоны обслуживания каждой РВС (границы зоны хорошего приема) зависят от величины защитного отношения по высокой частоте в децибелах

                            (5.3)

Где Е_гр - граничная напряженность поля принимаемой РВС; Е' - напряженность поля мешающей станции на границе зоны обслуживания.

На рис. 42 изображены кривые изменения напряженности поля двух радиостанций P₁ и Р₂, работающих в совмещенном частотном канале, размещенных на расстоянии D друг от друга (верхняя часть рисунка). На нижней части рисунка показаны зоны обслуживания РВС, которые ограничиваются окружностью с радиусом r. В каждой точке окружности выполняется заданное защитное отношение А.

 

 

Рис. 42. Зона хорошего приема и зона искажений РВС, работающих в совмещенном частотном канале.

 

Станции, работающие в совмещенном частотном канале, можно разместить по треугольной сетке, но из более крупных треугольников (рис. 43). Вершины больших треугольников будут одновременно являться и вершинами малых треугольников. Все станции, лежащие вне вершин больших треугольников, должны работать в других частотных каналах.

 

 

Рис. 43. Размещение РВС, работающих в совмещенном частотном канале.

 

Количество необходимых частотных каналов п равно отношению большого (∆S) и малого (∆s) треугольников

.                   (5.4)

Подставив значения D = R_n + r_опт  и d=r_опт в выражение (5.4), получим

,     (5.4а)

где R_п - наименьшее расстояние, на котором напряженность поля помехи мешающей станции становится допустимой.

Из выражения (5.2) следует, что напряженность поля на границе зоны хорошего приема

,

а напряженность помехи

.

Подставляя выражения для r_опт и R_п в выражение (5.4а) и преобразуя, получаем

.  (5.5)

Как видно из выражения (5.5), количество необходимых каналов зависит только от защитного отношения по высокой частоте и от множителя > 1, зависящего от быстроты убывания напряженности поля от расстояния. Таким образом, основным путем сокращения количества требуемых радиовещательных каналов является уменьшение защитного отношения по высокой частоте[46].