Антенная система радиостанции
Поскольку радиовещание индивидуальное и владелец передатчика обычное физ.лицо, очень трудно сделать в городе более серьёзную антенну.
Высотность зданий где проживает каждое такое физ.лицо варьируется в широких пределах от одноэтажных строений до высотных в 9 этажей и более.
Расчётная антенна для нашего случая L=36 m типа «наклонный луч», «колбаска» или «верёвка» с системой заземления.
Действующая высота Нд = 19 м (68,43*), пологий провод с низким подвесом.
В таком случае при вещательной средней мощности в 25 — 30 Вт дальность максимальной зоны вещания составит не более чем 10 км (на такой тип антенн с низким подвесом). При проводимости трассы около 3 мСим/м. Расчётная напряжённость поля на удалении в 10 км ~ 0,6-0,63 мВ/м что достаточно для приёма только на приёмники первого и высшего классов с внутренней антенной.
За счёт флуктуации проводимости трасс в зависимости от времени года и влажности почв напряжённость поля земной волны может претерпевать изменения в ту или иную сторону. В среднем для нашей местности примем для сухой летней погоды проводимость в 3 мСим/м для наиболее интересных направлений (запад, юг, юго-восток). Для зимы и летом после дождя до 6 мСим/м. В направлении на север, восток постоянные значения 1 — 2 мСим/м из-за гористой местности.
На следующей диаграмме указана зона уверенного обслуживания днём без учёта дополнительного поглощения гористой местностью в низменностях.
В низменностях среди сопок (особенно на севере от города) вряд-ли можно ожидать присутствие радиослушателей. В этих местах обычно летом влажно, там нет никаких коммуникаций — только т.н. таёжный бурелом. Возможные туристы не останавливаются в низменностях, обычно находят места повыше с небольшой «плоскотинкой» для установки палаток и разведения костра. Воду берут либо из ручьёв бегущих по склонам горы, либо спускаются вниз в расщелину. Поэтому на диаграмме не введён учёт поглощения лесисто-гористой местностью, а поставлено общее значение проводимости на всех трассах (с учётом возможного приёма на вершинах сопок).
[stextbox id=»info» bwidth=»3″ color=»FF3912″ bcolor=»1A12FF» bgcolor=»FFFF17″ image=»null»]С увеличением мощности до 100 Вт (0,1 кВт), или на 6 дБ, напряжённость поля в точках приёма возрастёт в два раза, но дальность увеличится только в 1,39 раза![/stextbox]
В сумеречное время сигнал ухудшится за счёт дальних помех, приходящих через ионосферу.
Однако на рабочей частоте возможен приём на большом удалении от передатчика за счёт ионосферной волны в местах где уровень помех менее чем 100-160 мкВ (-63 дБм).
Антенна: укороченный луч, мощность передатчика 10 Вт
Однако существует ещё несколько проблем с которыми можно столкнуться работая из жилого массива на передачу.
[stextbox id=’warning’]Например уровень ЭМП (ЭМИ) до 3 МГц должен соответствовать нормам СаНПиН, а это 15 В/м для селитебных территорий.[/stextbox]
Поэтому не всегда радиолюбитель может обеспечить такой уровень из-за того что нет возможности использовать более высоко подвешенные антенны и из-за более плотной застройки в кварталах. Например для нашего случая передатчик с мощностью в 25 Вт должен работать на высоко подвешенные антенны, однако это требование не может быть удовлетворено из-за встречных требований управляющей организации ЖКУ. Поэтому высота подвеса антенн зависит от их требований. В таком случае, чтобы не входить в конфликт с различными требованиями, нужно применить передатчик удовлетворяющий требованиям СаНПиН для жилых территорий, территорий парков и скверов — меньшей мощности.
Для разработанной укороченной 1/4 антенны типа ВГД с номинальным подвесом в 15 метров мощность передатчика не может превышать порядка 15 Вт. Тоесть мы возьмёмся изготавливать передатчик с мощностью в 10 Вт (с запасом, так как мощность может получиться и чуть выше 10 Вт). Кстати, для радиолюбителей в диапазоне 160 м. тоже действует правило по ограничению мощности в 10 Вт и только в некоторых случаях её можно превысить (кратковременно), например во время соревнований. Вещание-же предполагает постоянное излучение в течение нескольких часов, поэтому превышать мощность здесь уже будет чревато возможными последствиями ухудшения здоровья как оператора, так и окружающих его жильцов.
Поэтому в дальнейшем будем оперировать мощностью в 10 Вт (0,01 кВт).
Мы, даже, уже посчитали возможную напряжённость поля вокруг передатчика с такой мощностью и с учётом спроектированной антенны. Тоесть зону обслуживания. В учёт брались (на этот раз) не только проводимость земли (трасс на коротких участках), но и расположения высот (холмов). Жёлтая линия — граница уровня сигнала 1 мВ/м с учётом отношения 20дБ с/ш. в том числе и на высотах при проводимости трассы порядка 4 мСим/м. Синяя — граница уровня сигнала с перепадом от 4 до 1 мСим/м в зависимости от перепада высоты где приёмник может находиться вне господствующих высот или в низинах.
Это означает что на бытовые радиоприёмники станцию весь день можно принимать с качеством от отличного до удовлетворительного вплоть до расстояний в 7-10 километров. Если использовать рамочные антенны то немного дальше — до 12 или 20 км при отсутствии сильных помех.
Как только опускаются сумерки, то на расстояниях близких к 10 км начинается ближний фединг начиная далее 7 км от передатчика — громкость станции начинает меняться. Наибольший максимум фединга приходится на расстояния порядка 12-16 километров от передатчика. В этом случае сигнал то возрастает до максимальной возможной громкости, то сваливается до тишины. С увеличением расстояния уровень земной волны снижается быстрее чем пространственной и уровень фединга снова ослабевает. Однако падает и общий уровень сигнала. Вместе с тем, стоит отметить, уровень сигнала от пространственной волны выше в тех местах в сумерках, где уровень поля земной волны падает до уровня шума или вовсе ниже него. Поэтому ночью или поздним вечером, когда сгущаются сумерки, возможен приём на более удалённые расстояния (пока сигналы удалённых мощных станций ещё не набрали свой максимум). Лучше всего такой приём вести на антишумовые антенны или рамочные. Они обладают пространственной избирательностью, частично избавляют от шумов и значительно повышают уровень сигналов станций приходящих с выбранного направления.
Примерное соотношения уровня сигналов и возможностей приёма можно увидеть на диаграмме ниже.
Расчётная слышимость станции в светлое время (бежевый цвет) и в тёмное (столбцы с синим заголовком). Наилучший приём получается на рамочные антенны.
При проведении замеров городского шума днём (квартира), оказалось что шумы составляют помеху более в НЧ участке диапазона с характерными провалами или «горбами» на отдельных каналах. В среднем шум относительно «приемлем» для приёма такой радиостанции при использовании приёмников с характеристиками не хуже второго класса, тогда когда чувствительность по полю может быть ограничена 1 мВ/м при 20 дБ с/ш.
Шумы в городе могут варьироваться от 2,5 до 80 мкВ/м
По всей видимости, придётся изготавливать ВГД антенну типа «колбаса». Одно-проводный луч не пропускает всю полосу излучаемого спектра вещательного сигнала.
Предполагаем что диаметр антенны может составлять 60-90 сантиметров и состоять из шести проводников диаметром 2-3 мм. Добротность такой антенны порядка 19 -21. Полоса пропускания тогда составит по КСВ1,5 порядка 20 — 22 кГц. При мощности передатчика 10 Вт с КПДк=0,91 и подвесом 15 метров (Ra~12 Om) на удалении до земли в 15 м поле будет менее 15 В/м. Однако и передатчик не круглосуточного вещания и вещание-то не каждый день (по расписанию).
Есть варианты ещё кроме системы «колбаска» (тип ВГД), например — многулучевая система типа «веер» или «полотно». Если применить «полотно» с диаметром провода 2мм 4 шт и расстоянием между проводами 30 см, то можно получить эквивалентный диаметр антенны порядка 0,144м. При других равных условиях.
При расчёте на программе MMANA были учтены потери в земле (10 Ом), проводимость земли (установлена 4 мСим/м), эквивалентный диаметр (от 0,114 до 0,144 м) с учётом заземления не симметричного укороченного провода расположенно низко над землёй (от 10 до 15м). Где Ra~21 Om, КПДак до 0,93.
Однако же, если бы было всё так просто… но на практике мощность передатчика может быть меньше из-за замены транзисторов в блоке возбудителя. Тем более что не удаётся сохранить мощность в рамках 10 Вт из-за требований ГОСТ и СаНПиН по ЭМИ селитебных территорий. Мощность должна быть ограничена и должна составлять не более чем 7 Вт (невозможно подвесить антенну выше).
В таком случае максимальная зона обслуживания не превысит 5 км по полю Е=0,63 мВ/м на восток, и остальные стороны не далее чем до 4,33 км при проводимости трассы около 1,5 мСим/м.
