Бой с тенью


О. ГОРОЖАНИН
ТЕЛЕВИЗИОННУЮ КАРТИНКУ УХУДШАЕТ МНОГОЕ, НО ЗЛОВРЕДНЕЕ ВСЕГО ПЛОХОЙ СИГНАЛ НА ПРИЕМНОЙ АНТЕННЕ. ПРИМЕР МОСКВЫ ПОКАЗЫВАЕТ, КАК ОСОБЕННОСТИ РЕЛЬЕФА И КРУПНЫЕ ЗДАНИЯ СОЗДАЮТ ОБШИРНЫЕ ЗОНЫ РАДИОТЕНИ, В КОТОРЫХ ОКАЗЫВАЮТСЯ БЕСПЛОДНЫМИ ЛЮБЫЕ ПОПЫТКИ «ВЫТЯНУТЬ» СИГНАЛ. ДВА МИЛЛИОНА МОСКВИЧЕЙ ЕЖЕДНЕВНО ПОМИНАЮТ ЭТОТ РЕЛЬЕФ И ЭТИ ЗДАНИЯ. ПОЛОЖЕНИЕ УСУГУБЛЯЕТСЯ, ЕСЛИ В ЗАТЕНЕННУЮ ЗОНУ НЕЛЬЗЯ ПОДВЕСИТЬ ИЛИ ПРОЛОЖИТЬ ТЕЛЕВИЗИОННЫЙ КАБЕЛЬ.

Надежность — убедительное слово. В нем есть что-то и от надежды. Надежда на надежную работу наших телевизоров стала вполне осязаемой теперь, когда техническое обслуживание бытовой радиоаппаратуры вырвано наконец из неловких рук Минбыта и передано самим изготовителям. Однако без качественного сигнала на антенном входе и лучший в мире приемник ничего хорошего не изобразит — он лишь оконечное устройство и не может отвечать за всю цепь, надежность которой определяется самым слабым звеном. Рассмотрим это звено.

Там, где многоэтажные комплексы, экранируя излучение телебашни, образуют «радиоямы» и создают мощные отраженные сигналы, не обойтись простенькой «антенной на подъезд» или, говоря по-казенному, системой коллективного приема телевидения (СКПТ). Там вся надежда на крупные СКПТ. Надо только отыскать в радиотени просвет, установить в нем антенну, подать ее сигнал на головную станцию, а затем по разветвленным магистральным линиям, через домовые распределительные сети довести до абонентских отводов. На пути от антенны до отвода сигнал приходится неоднократно усиливать, что отнюдь не улучшает его качества, так как вместе с аналоговым сигналом каждый раз усиливаются и шумы, а в результате снижается отношение сигнал/ шум. Это ограничивает число каскадов усиления и тем самым ставит технический предел размерам распределительной сети, но в любом случае речь идет о тысячах абонентов.

У крупных СКПТ есть еще один недостаток — опыт эксплуатации показал их малую живучесть в сравнении с антенной-на-подъезд, чем лишний раз подтвердил старую истину: чтобы две системы имели равную надежность, более сложная должна строиться из более надежных элементов. Нам же нужна не равная, а гораздо более высокая надежность. Действительно, выход из строя обычной СКПТ не будет даже замечен в соседних подъездах, иное дело отказ головной станции на 5 000 абонентов. И надо сказать, антенные службы постоянно ощущают на себе незыблемость старых истин, поскольку у телезрителя, внезапно оказавшегося перед пустым экраном, вместе со справедливой досадой появляется и свободное время, чтобы излить досаду в форме письменной жалобы.

Подобная «обратная связь», конечно, не в состоянии заменить контроль, напрочь отсутствующий в КСКПТ, но зато стимулирует ответственных лиц (понимая «стимул» в истинном значении — как заостренную палку). Впрочем, и без всякого стимулирования очевидно, что если бы системы коллективного приема несли в наши дома одни только развлекательные программы, то и тогда должна быть обеспечена их безупречная работа. Но телевидение, ко всему прочему, важнейший источник информации и действенное средство пропаганды — не случайно совершенствованием кабельных распределительных систем заняты солидные фирмы, делающие ставку на цифровое телевидение (где нет ограничений на число участков регенерации сигнала), волоконно-оптические линии связи и прочие новации. Так что разработчикам и без подсказок со стороны есть из чего выбирать и ясно, что делать ради светлого будущего коллективного приема.

В настоящем же КСКПТ худо-бедно, но функционируют. Страдая, как всякая техническая система, от актов вандализма и хищений аппаратуры, они требуют добросовестного проектирования, монтажа и обслуживания. Чтобы уменьшить уровень отраженных сигналов, создающих повторы изображения, повышают направленность антенной системы, объединяя несколько обычных антенн в синфазную решетку. Для устранения другой неприятности — опережающих «повторов» (их вызывает сигнал, просочившийся на вход приемника минуя антенну), сигнал на головной станции конвертируют — сдвигают в какой-нибудь свободный канал. А вот как быть с теми абсолютно глухими радиоямами, где нет ни малейшего просвета? Где, несмотря на массированное поступление коллективных жалоб, не помогают ни усилители, ни остронаправленные антенны и куда не добраться кабелем от соседней КСКПТ, так как подземная канализация отсутствует, а подходы перекрыты, скажем, железнодорожными путями. Таких «заповедных» мест, к счастью, немного...

Ну что ж, коли сигнала нет, его надо переизлучить в зону с помощью ретранслятора. Только стоит ли палить из пушки по воробьям — громоздить стандартный ретранслятор, чтоб прострелить какие-то пятьсот метров. Рука не поднимается рассеивать радиотень таким дорогим и сложным сооружением.

Спасти терпящих бедствие в зонах тени изготовился сотрудник ЦНИИБыт Г. В. Шу-ваев. В свое время ему пришлось заниматься распределительными сетями и полной мерой хлебнуть горя с коллективным приемом. Устав искать радиопросветы там, где их нет, Шуваев выбрал подходящее здание вне тени и установил на нем две одинаковых антенны. Одну, как и положено, ориентировал на телебашню, и ее сигналом, через усилитель, запитал другую, направленную в тень. Она стала передающей (рис. 1).

рис.1

Проще не придумаешь. Впрочем, нет, можно еще проще: если в домовой сети сигнал не отягощен шумами, шуваевскому микроретранслятору (МКРТ) не нужна собственная приемная антенна. Выглядит это совершенно несерьезно. Просто неприлично. Даже неловко делается за долголетнюю стационарную «проблему» затененных зон. Тем более что к общему смущению первая же попытка применения МКРТ (весной 1984 г.) привела к успеху. На сто рублей оборудования — и не стало проблемы.

Излучаемая МКРТ мощность ничтожна, и его сигнал практически незаметен вне зоны тени, но, чтобы исключить всякую возможность создания помех, был испытан вариант с поворотом плоскости поляризации и конвертированием переизлученного сигнала. При этом во всех случаях использовались самые обычные ТВ-антенны и усилители из типового оборудования КСКПТ.

Проницательный читатель уже догадался: история эта слишком хороша, чтобы добром кончиться. Именно так: «Из-за помех телевизионному приему, создаваемых таким ретранслятором, он не может быть рекомендован для применения в городах... Остается непонятным, как могли разрешить такие эксперименты в условиях Москвы»,— заключил НИИРадио. Напрасно Шуваев объяснял радетелям чистоты московского эфира, что переизлучение конвертированного сигнала в принципе не может создать помех. Что никого не беспокоил даже первый простейший МКРТ, а если бы помехи появились в конкретных условиях, это означало бы, что именно там его использовать не следует. И что МКРТ представляет собой аварийную меру, применяемую с индивидуального разрешения Государственной инспекции электросвязи, в тех исключительных случаях, когда не остается альтернативных решений.

Не проняло. ЦНИИБыт вскорости ликвидировал сектор антенно-фидерных систем, Шуваев ушел в другое место, эфир остался стерильно чистым, а добродетель — не поколебленной... От не внедренных МКРТ нет помех. Сигналов тоже. Несостоявшимся телезрителям разъяснили: отсутствуют технические возможности. Кстати, «закрыть жалобу» абонента вовсе не означает обеспечить прием телепрограмм — на языке антенной службы закрытием жалобы часто именуется успокоительное объяснение-обещание.

После удивительной простоты МКРТ глупо предлагать что-нибудь другое, так как решение хоть чуть более сложное заведомо обречено не невнедрение. Но, поскольку задача об освещении радиоям поставлена, не будем прерывать процесс генерации идей, как бы экстравагантно они ни выглядели.

Задолго до шуваевской выдумки было известно, что подать сигнал в зону тени можно и без усилителя — с помощью пассивного переизлучателя. Если из МКРТ удалить начинку, заменив усилитель куском кабеля, его передающая антенна все же будет излучать сигнал. Правда, весьма слабый. Однако ничто не мешает набрать сколько угодно таких пар приемных и передающих антенн — их сигналы будут суммироваться при условии, что переизлучаемые электромагнитные волны вместе бьют в точку приема, то есть приходят синфазно (рис. 2).

рис.2

Для того пары антенн и связывают проводами одинаковой длины. Приемные и передающие антенны образуют пару антенных решеток, обеспечивающих требуемый уровень сигнала и высокую направленность. Одно плохо — многоэлементные решетки пассивного ретранслятора надо где-то разместить, к тому же во многих городах понадобится, по крайней мере, две пары решеток: на I—II и III диапазоны.Вряд ли подобное страшилище украсит здание, используемое в качестве пьедестала, поскольку элемент решетки — стандартная ТВ-антенна.

Антенны типа «волновой канал», в частности «Уда-Яги», справедливо считаются самыми удачными для телевизионного приема. Они хорошо отработаны и настолько широко распространены, что стали привычной деталью как городского, так и сельского пейзажа. Даже на детских рисунках крышу украшает теперь не труба с удлиненной циклоидой дыма, а ясно прорисованный петлевой вибратор классической Уда-Яги. В то же время этим антеннам свойственны невысокий коэффициент усиления и достаточная сложность, они загромождают крыши и легко повреждаются, а сравнительная их узкополосность заставляет использовать отдельную антенну на каждый диапазон. Словом, как ни хорош волновой канал, но еще лучше распластанная на объекте антенна без выступающих частей — конформная его поверхности.

Вообще-то на подвижных объектах применяют невыступающие антенны: щелевые, микрополосковые, опоясывающие... К сожалению, они также узкополосны, обладают низким коэффициентом усиления, сложны в изготовлении, и их параметры (за исключением щелевой) малостабильны.

Нам подойдет прилегающая к стене «конформная антенна», у которой связанная со свободным пространством часть выполнена из тонкой диэлектрической ленты на проводящей подложке (рис. 3). Это антенна бегущей волны

рис. 3

Она отсасывает проходящую вдоль нее электромагнитную энергию. Диэлектрическая проницаемость и ширина ленты подбираются так, чтобы самые длинные волны рабочего диапазона прошли в волновод — металлизированный участок той же ленты. Внимания требует и конец антенны. Он либо должен быть заострен, либо диэлектрическая проницаемость должна плавно снижаться до значения, близкого проницаемости пространства. Проще всего это достигается перфорацией ленты, нарастающей к концу.

Вот, в сущности, и все, что нужно для пассивного ретранслятора: антенна, сопряженная линия передачи и снова антенна (рис. 4).

рис. 4

Такая конструкция позволяет повернуть плоскость поляризации переизлученного сигнала (рис. 5) и, главное,

рис. 5

полностью использует уникальное свойство диэлектрических антенн — широкополосность (одна антенна на все диапазоны). Значительный коэффициент усиления и высокая направленность конформной пары позволяет обойтись антенной решеткой с малым числом элементов, иногда единственной парой.

Конформная антенна отбирает из пространства существенно больше электромагнитной энергии, чем Уда-Яги, но все же это ничтожная доля падающего на здание облучения — в пределе можно впрячь в работу лишь абрис дома, да и то не весь. Как было бы здорово собрать все остальное, все, что пропадает зря.

Отраженные сигналы — мы помним — одна из трудно устранимых помех. А что, если обратить зло во благо? Отразить ТВ-сигнал в зону тени с помощью зеркала, в качестве которого использовано то или иное градостроительное сооружение. Ведь чего только ни нагорожено на городских крышах: машинные отделения лифтов, рекламные щиты... Наконец, само здание. Чем не отражатель? Всегда есть возможность так поставить новое или «откорректировать» существующее сооружение, чтобы одна из его стен совпала с каким-либо участком параболоида (в простейшем случае, параболического цилиндра), ориентированного осью на телебашню и имеющего фокус в заданной точке зоны тени (рис. 6).

рис. 6

При должной юстировке хотя бы нескольких верхних этажей здание-зеркало обеспечит фантастически высокий коэффициент усиления и значительно расширит зону уверенного приема (рис. 7).

рис. 7

Разумеется, применение градостроительных сооружений в качестве параболических отражателей потребует целенаправленного проектирования или выполнения фасадных работ по установке переизлучающих элементов, которые к тому же не должны ухудшать архитектурно-эстетический облик здания. Таким образом, архитекторы в кои-то веки получат возможность создавать функционально оправданный экстерьер. Ну какой смысл изгибать дугой гостиницу «Космос» или дом, что через реку смотрит на Киевский вокзал? Так, архитектурный изыск— лучше смотрится. И только. Здесь же суперсовременная сверхзадача, не говоря о том, что парабола куда эффектнее унылой дуги. Впрочем, эстетика проявляется сама собой, в качестве бесплатного приложения к небывалой возможности — использованию практически всей падающей на здание энергии, во всем диапазоне частот. Дом-антенна такого масштаба, как гостиница «Космос», способен принять ТВ-сигнал не то что с геостационарного спутника — с другой планеты!

Итак, целых три решения. Казалось бы, хватит для одной задачи. Но вот еще несколько штрихов к портрету конформной антенны, которая представляет собой полосковый элемент с почти нулевой металлоемкостью. Ее монтаж сводится к наклеиванию на стену или потолок (в зависимости от поляризации излучения) слоев подложки и диэлектрика. Конформную антенну можно даже нарисовать слоями проводящей и диэлектрической краски.

Если перспективы столь волнующи, почему бы не использовать эту простую, технологичную, дешевую и защищенную от механических воздействий антенну в качестве комнатной? Тем более что ее можно окрасить или заклеить обоями. Тут есть своя закавыка: диэлектрическая антенна, как говорилось, очень широкополосна, в свою очередь, коаксиальная линия, через которую подается сигнал на вход приемника, еще широкополосное. А вот волноводно-коаксиальный переходник гробит все дело — он резонансный и потому способен пропустить только узкую полосу частот. Как перейти от конформной антенны к коаксиалу, не растеряв по дороге их преимуществ, далеко не простая задача.

Но об этом как-нибудь в другой раз, может, кому и впрямь требуются идеи?


ИР 5/88