Вещательный передатчик

— Радиовещательный передатчик это электронное устройство, которое излучает радиоволны , модулированные информационным содержанием, предназначенным для приема широкой публикой. Примерами являются передатчик радиовещания , который передает звук (звук) на радиоприемники вещания (радиоприемники), принадлежащие населению, или телевизионный передатчик , который передает движущиеся изображения ( видео ) на телевизионные приемники (телевизоры). Этот термин часто включает в себя антенну , излучающую радиоволны, а также здание и сооружения, связанные с передатчиком. Радиовещательная станция ( радиостанция или телевизионная станция ) состоит из передатчика вещания и производственной студии , которая ведет трансляции. Вещательные передатчики должны быть лицензированы правительством и ограничены определенными частотами и уровнями мощности. Каждому передатчику присваивается уникальный идентификатор, состоящий из строки букв и цифр, называемый позывным , который должен использоваться во всех передачах.

Антенная вышка передатчика Crystal Palace , Лондон

Возбудитель

В радиовещании и телекоммуникациях часть, содержащая генератор, модулятор и иногда аудиопроцессор , называется «возбудителем». В большинстве передатчиков используется гетеродинный принцип, поэтому они также имеют преобразования частоты блоки . Как ни странно, мощный усилитель, на который затем подается возбудитель, инженеры радиовещания часто называют «передатчиком» . Конечная мощность определяется как выходная мощность передатчика (TPO), хотя это не то, по чему оценивается большинство станций.

Эффективная излучаемая мощность (ERP) используется при расчете покрытия станции, даже для большинства невещательных станций. Это TPO за вычетом любого затухания или потерь в излучении в линии, ведущей к антенне, умноженной на усиление ( увеличение ), которое антенна обеспечивает в направлении к горизонту. Это усиление антенны важно, поскольку достижение желаемой мощности сигнала без него приведет к огромным за электроэнергию счетам для передатчика и непомерно дорогому передатчику. Для большинства крупных станций УКВ- и УВЧ-диапазона мощность передатчика составляет не более 20% от ЭПР.

Для VLF, LF, MF и HF ERP обычно не определяется отдельно. В большинстве случаев мощность передачи, указанная в списках передатчиков, представляет собой значение выходной мощности передатчика. Это справедливо только для всенаправленных антенн длиной в четверть длины волны или короче. Для других типов антенн существуют коэффициенты усиления, которые могут достигать значений до 50 для коротковолновых направленных лучей в направлении максимальной интенсивности луча.

Поскольку одни авторы учитывают коэффициенты усиления антенн передатчиков для частот ниже 30 МГц, а другие нет, то часто возникают расхождения в значениях передаваемых мощностей.

Источник питания

Передатчики иногда питаются от сети электропитания с более высоким уровнем напряжения, чем это необходимо, чтобы повысить надежность электроснабжения. Например, передатчики Аллуи , Константинов и Румулес питаются от высоковольтной сети (110 кВ в Алуисе и Константинове, 150 кВ в Румулесе), хотя питание осуществляется от уровня среднего напряжения электросети (около 20 кВ). ) сможет обеспечить достаточную мощность. ^[1]^[2]

Регулировка частоты

Охлаждение финальных стадий

Передатчики малой мощности не требуют специального охлаждающего оборудования. Современные передатчики могут быть невероятно эффективными, их эффективность превышает 98 процентов. Однако радиовещательный передатчик с мегаваттной мощностью, передающей 98% мощности в антенну, также можно рассматривать как 20-киловаттный электрический нагреватель.

Для передатчиков средней мощности до нескольких десятков киловатт, в том числе 50 кВт АМ и 20 кВт ЧМ, обычно применяют принудительное воздушное охлаждение. При уровнях мощности выше этих некоторые передатчики имеют выходной каскад, охлаждаемый системой принудительного жидкостного охлаждения, аналогичной автомобильной системе охлаждения. Поскольку теплоноситель непосредственно соприкасается с высоковольтными анодами трубок , в контуре охлаждения можно использовать только дистиллированную деионизированную воду или специальный диэлектрический теплоноситель. Эта охлаждающая жидкость высокой чистоты, в свою очередь, охлаждается теплообменником, где во втором контуре охлаждения может использоваться вода обычного качества, поскольку она не контактирует с деталями, находящимися под напряжением. В лампах очень большой мощности небольшого физического размера может использоваться испарительное или паровое охлаждение водой, контактирующей с анодом. Производство пара обеспечивает высокий тепловой поток в небольшом пространстве. ^[3]

Защитное оборудование

Высокие напряжения, используемые в передатчиках большой мощности (до 40 кВ), требуют наличия обширного защитного оборудования. Кроме того, передатчики подвергаются воздействию молний . Передатчики могут быть повреждены, если работать без антенны, поэтому схемы защиты должны обнаружить потерю антенны и немедленно отключить передатчик. На ламповые передатчики необходимо подавать питание в правильной последовательности, при этом напряжение накала подается перед анодным напряжением, в противном случае лампы могут быть повреждены. Выходной каскад необходимо контролировать на наличие стоячих волн , которые указывают на то, что генерируемая мощность не излучается, а отражается обратно в передатчик.

Между передатчиком и антенной требуется молниезащита. Он состоит из искровых разрядников и газонаполненных ограничителей перенапряжения для ограничения напряжения, появляющегося на клеммах передатчика. Прибор управления, измеряющий коэффициент стоячей волны по напряжению, на короткое время выключает передатчик, если после удара молнии обнаруживается более высокий коэффициент стоячей волны по напряжению, поскольку отражения, вероятно, вызваны повреждением молнии. Если после нескольких попыток это не удалось, возможно, антенна повреждена, и передатчик должен оставаться выключенным. На некоторых передающих станциях УФ- в критических местах установлены дуги детекторы для отключения передатчика в случае обнаружения . Рабочие напряжения, коэффициент модуляции, частота и другие параметры передатчика контролируются в целях защиты и диагностики и могут отображаться локально и/или в удаленной диспетчерской.

Здание

На коммерческой площадке передатчика обычно имеется здание управления, в котором размещаются компоненты передатчика и устройства управления. Обычно это чисто функциональное здание, в котором может быть установлена аппаратура как для радио-, так и для телевизионных передатчиков. Чтобы уменьшить потери в линии передачи, здание передатчика обычно располагается непосредственно рядом с антенной для станций ОВЧ и УВЧ , но для более низких частот может быть желательно иметь расстояние в несколько десятков или нескольких сотен метров между зданием и антенной. Некоторые передающие башни имеют встроенные в башню корпуса для размещения передатчиков радиорелейной связи или других передатчиков относительно малой мощности. Некоторые здания передатчиков могут включать в себя ограниченные средства вещания, чтобы позволить станции использовать здание в качестве резервной студии в случае выхода из строя основного объекта.

Правовые и нормативные аспекты

Поскольку радиоволны пересекают границы, радиопередачи контролируются международными соглашениями. В европейских странах, таких как Германия , часто регулирующим органом является национальное почтовое отделение. В США деятельность вещательных и промышленных передатчиков регулируется Федеральной комиссией по связи (FCC). В Канаде технические аспекты вещания и радиопередатчиков контролируются Министерством промышленности Канады , но содержание вещания регулируется отдельно Канадской комиссией по радио, телевидению и телекоммуникациям (CRTC). В Австралии передатчики, спектр и контент контролируются Австралийским управлением по связи и средствам массовой информации (ACMA). Международный союз электросвязи (ITU) помогает управлять радиочастотным спектром на международном уровне.

Планирование

Как и в любом дорогостоящем проекте, планирование места установки мощного передатчика требует большой осторожности. Это начинается с локации. Для защиты людей от радиочастотной энергии необходимо минимальное расстояние, которое зависит от частоты передатчика, мощности передатчика и конструкции передающих антенн. Антенные башни часто бывают очень высокими, поэтому необходимо оценивать траектории полета. Для передатчиков большой мощности должно быть обеспечено достаточное количество электроэнергии. Передатчики на длинные и средние волны требуют хорошего заземления и грунта с высокой электропроводностью. Идеально подходят места у моря или в речных долинах, но следует учитывать опасность наводнений. Передатчики для УВЧ лучше всего использовать в высоких горах, чтобы улучшить дальность действия (см. Распространение радиосигнала ). Необходимо учитывать диаграмму направленности антенны, поскольку изменение диаграммы направленности длинноволновой или средневолновой антенны обходится дорого.

Передающие антенны на длинные и средние волны обычно выполняются в виде мачтового излучателя . Аналогичные антенны меньших размеров используются также для коротковолновых передатчиков, если они отправляют на предприятие с круглым распылением. Для организации излучения на отдельно стоящих стальных башнях используются скрепленные планарные решетки. Радиовышки для передатчиков УВЧ и ТВ в принципе могут быть реализованы как заземлённые конструкции. Башни могут представлять собой стальные решетчатые мачты или железобетонные башни с установленными наверху антеннами. Некоторые передающие башни для УВЧ имеют высотные операционные и/или объекты, такие как рестораны и смотровые площадки, куда можно попасть на лифте. Такие башни обычно называют телебашнями. Для микроволновых печей часто используются параболические антенны. Их можно настроить для применения радиорелейных линий на передающих башнях для FM на специальные платформы. Например, для передачи сигналов на телевизионные спутники и космические аппараты необходимы большие параболические антенны диаметром от 3 до 100 метров. Эти установки, которые при необходимости можно использовать и в качестве радиотелескопа, устанавливаются на отдельно стоящих конструкциях, при этом существует также множество специальных конструкций, таких как радиотелескоп в Аресибо.

Не менее важно, чем планирование конструкции и расположения передатчика, то, насколько его выходные данные соответствуют существующим передачам. Два передатчика не могут вести вещание на одной и той же частоте в одной и той же зоне, поскольку это может вызвать помехи в совмещенном канале. Хороший пример того, как планировщики каналов согласовали выходные сигналы различных передатчиков, см. в разделе «Распределение телевизионных каналов UHF Crystal Palace» . В этом справочнике также приведен хороший пример сгруппированного передатчика, в данном случае группы A. То есть вся его продукция находится в нижней трети диапазона телевизионного вещания УВЧ Великобритании. Две другие группы (B и C/D) используют среднюю и верхнюю треть диапазона, см. график . Повторяя эту группировку по всей стране (используя разные группы для соседних передатчиков), можно свести к минимуму внутриканальные помехи, и, кроме того, те, кто находится в маргинальных зонах приема, могут использовать более эффективные сгруппированные приемные антенны. К сожалению, в Великобритании эту тщательно спланированную систему пришлось поставить под угрозу с появлением цифрового вещания, которое (по крайней мере, в период перехода) требует еще большего пространства для каналов, и, следовательно, дополнительные каналы цифрового вещания не всегда могут быть размещены в пределах передатчика. существующая группа. Таким образом, многие передатчики в Великобритании стали «широкополосными», что привело к необходимости замены приемных антенн (см. Внешние ссылки). Как только произойдет переход на цифровое вещание (DSO), планируется, что большинство передатчиков вернутся к своим первоначальным группам. Ofcom, июль 2007 г.

Дальнейшие сложности возникают, когда соседние передатчики должны вести передачу на одной и той же частоте, и в этих обстоятельствах диаграммы направленности радиовещания ослабляются в соответствующем направлении(ях). Хорошим примером этого является Соединенное Королевство, где передающая станция Уолтема вещает с высокой мощностью на тех же частотах, что и передающая станция Сэнди-Хит , причем две станции находятся на расстоянии всего 50 миль друг от друга. Таким образом, антенная решетка Уолтема [1] не транслирует эти два канала в направлении Сэнди-Хит и наоборот.

Если какой-либо службе необходимо иметь широкое покрытие, это обычно достигается за счет использования нескольких передатчиков в разных местах. Обычно эти передатчики работают на разных частотах, чтобы избежать помех в местах перекрытия покрытия. Примеры включают национальные сети радиовещания и сети сотовой связи . В последнем случае переключение частоты осуществляется приемником автоматически по мере необходимости, в первом более распространена ручная перестройка (хотя система радиоданных является примером автоматического переключения частоты в сетях вещания). Другой системой расширения покрытия с использованием нескольких передатчиков является квазисинхронная передача , но в настоящее время она используется редко.

Основной и релейный (репитер) передатчики

Передающие станции обычно классифицируются как основные станции или ретрансляционные станции (также известные как ретрансляторы , переводчики или иногда «транспозеры»).

Главные станции определяются как станции, которые генерируют собственный модулированный выходной сигнал из базового (немодулированного) входного сигнала. Обычно основные станции работают на большой мощности и покрывают большие территории.

Ретрансляционные станции (трансляторы) принимают уже модулированный входной сигнал, обычно путем прямого приема родительской станции из эфира, и просто ретранслируют его на другой частоте. Обычно ретрансляционные станции работают на средней или низкой мощности и используются для заполнения участков с плохим приемом внутри или на границе зоны обслуживания родительской главной станции.

Обратите внимание, что основная станция также может принимать входной сигнал непосредственно из эфира от другой станции, однако этот сигнал сначала будет полностью демодулирован в основной диапазон, обработан, а затем ремодулирован для передачи.

Передатчики в культуре

Некоторые города Европы, такие как Мюлакер , Исманинг , Лангенберг , Калундборг , Хёрбю и Аллуис, прославились как места расположения мощных передатчиков. Например, передатчик «Голиаф» был ОНЧ- нацистской Германии передатчиком Кригсмарине во время Второй мировой войны , расположенным недалеко от Кальбе-ан-дер-Мильде в Саксонии-Анхальт , Германия. Некоторые передающие башни , такие как радиобашня Берлина или телебашня Штутгарта, стали достопримечательностями городов. Многие передающие станции имеют очень высокие радиовышки, являющиеся шедеврами инженерной мысли.

Наличие самого высокого здания в мире, нации, штате/провинции/префектуре, городе и т. д. часто считается чем-то, чем можно похвастаться. Часто строители высотных зданий использовали передающие антенны, чтобы претендовать на владение самым высоким зданием. Историческим примером стала вражда «самого высокого здания» между Крайслер-билдинг и Эмпайр-стейт-билдинг в Нью-Йорке, штат Нью-Йорк .

На некоторых башнях есть смотровая площадка, доступная для туристов. Примером может служить Останкинская башня в Москве, построенная в 1967 году к 50-летию Октябрьской революции , чтобы продемонстрировать технические возможности Советского Союза . Поскольку очень высокие радиовышки любого типа конструкции являются заметными достопримечательностями, требующими тщательного планирования и строительства, а мощные передатчики, особенно в длинно- и средневолновом диапазонах, могут приниматься на большие расстояния, такие сооружения часто упоминались в пропаганде. Другими примерами были Deutschlandsender Herzberg/Elster и Варшавская радиомачта .

Башня КВЛИ-ТВ, расположенная недалеко от Бланшарда, Северная Дакота, была самым высоким искусственным сооружением в мире, когда она была завершена в 1963 году. В 1974 году ее превзошла варшавская радиомачта , но она вернула себе свой титул, когда последняя рухнула в 1991 году. у Бурдж-Халифа небоскреба в начале 2009 года, но мачта КВЛИ-ТВ по-прежнему остается самым высоким передатчиком.

Рекорды

Самая высокая радио/телевизионная мачта:
- 1974–1991: Константинов для длинноволнового передатчика мощностью 2000 кВт, 646,38 м (2120 футов 8 дюймов)
- 1963–1974 и с 1991 года: Башня КВЛИ , 2063 фута (628,8 м).
Высшая мощность:
- Длинноволновой, Талдомский передатчик , 2500 кВт
- Medium wave, Bolshakovo transmitter , 2500 kW
Места с самой высокой передачей ( Европа ):
- FM Pic du Aigu в Шамони
- MW Pic Blanc в Андорре
Места с наибольшей передачей ( Северная Америка ):
- KMXD FM в горах Тушар

См. также

Ссылки

^ Длинные волны, MCR, радио станции Roumoules
^ Аллуи – Франция Интер
^ Уитакер, Джерри К. (19 декабря 2017 г.). Справочник по системам радиочастотной передачи . ЦРК Пресс. ISBN 978-1-4200-4113-2 .

Внешние ссылки

[1] Длинные волны, MCR, радио станции Roumoules

[2] Аллуи – Франция Интер

[3] Уитакер, Джерри К. (19 декабря 2017 г.). Справочник по системам радиочастотной передачи . ЦРК Пресс. ISBN 978-1-4200-4113-2 .

[1]

[2]

[3]