Do napisania artykułu przyczyniły się firmy handlujące osprzętem antenowym i szukające nowoczesnych rozwiązań w zakresie analogowej i cyfrowej telewizji naziemnej. W związku z pojawieniem się prywatnych nadawców znacznie wzrosła ilość nadajników telewizyjnych i radiowych. Nadajniki te rozmieszczone w różnych punktach pracują z różną mocą i polaryzacją. Moc sygnału w danym punkcie jest funkcją mocy nadajnika, odległości od niego oraz przeszkód na jego drodze. Chcąc zapewnić optymalne parametry odbioru wszystkich kanałów telewizji naziemnej musimy wziąć pod uwagę konieczność połączenia kilku anten skierowanych na różne nadajniki. W takim przypadku dochodzi do indukowania się sygnałów pożądanych z odbieranego nadajnika i niepożądanych z innych nadajnikow. Najprostsze połączenie anten z użyciem zwrotnicy szerokopasmowej prowadzi do nakładania się obrazów przynajmniej na części programów. Aby tego uniknąć należy maksymalnie stłumić sygnały niepożądane, możliwie bez strat przepuścić pożądane oraz wyrównać ich poziomy. Dotychczas rozwiązywano to za pomocą kombinacji filtrów środkowo-zaporowych i sumatora lub selektywnie strojonego wzmacniacza kanałowego. Pierwsze rozwiązanie wymaga zastosowania wielu elementów oraz powoduje osłabienie użytecznego sygnału o min. 4dB. W drugim przypadku stosuje się dostępne na rynku drogie, selektywnie strojone, wzmacniacze kanałowe w cenie powyżej 500zł. W miejsce tych rozwiązań można zastosować zwrotnicę kanałową, która przy umiarkowanej cenie realizuje w optymalny sposób wszystkie opisane wyżej zadania. Zwrotnica złożona jest z precyzyjnie zestrojonych filtrów środkowo-zaporowych i środkowo-przepustowych, zaprojektowanych dla określonego terenu w oparciu o dane stacji nadawczych oraz doświadczenia instalatorów. Zaletą tego rozwiązania jest:
a) możliwość uzyskania tłumienia w paśmie zaporowym > 35dB i ok.1dB w paśmie przepustowym,
b) bardzo duża selektywność zwrotnicy (kanał w kanał), c) ograniczenie ilości elementów do jednego, w którym w razie potrzeby można umieścić korektory wyrównujące poziomy sygnałów.
Używanie na etapie strojenia filtrów najwyższej klasy przyrządów pomiarowych firmy AgilentTechnologies-analizatora wektorowego 8712ET i analizatora sieciowego E 5062A jest gwarancją jakości produkowanych zwrotnic kanałowych.
W celu zobrazowania wszystkich rozwiązań posłużymy się charakterystykami opracowanych filtrów i zwrotnic "zdejmowanych" za pomocą analizatora E5062A.
Na każdym wykresie pokazana została charakterystyka transmisji S21(kolor niebieski) oraz charakterystyka odbicia S11(kolor czerwony). Na wykresie umieściliśmy znaczniki (Zn.X) w celu odczytu danych. Posiadają one zadaną wartość czestotliwości (odpowiadającą czestotliwości nośnej wizji danego kanału: f Nw kanału X) i wartość współczynnika mocy w decybelach (dB)dla danej częstotliwości.
W dalszej części artykułu przedstawiono schematy konkretnych instalacji łącznie z uproszczoną analizą.

1. Łączenie anten.
Połączenie dwóch anten pracujących w paśmie UHF z nadajników w Opolu (TV4 KANAŁ 30 ,TVN K 33, PULS K 47) i w Chrzelicach (TVP2 K 23, TVP1 K 40, POLSAT K. 57) za pomocą zwrotnicy szerokopasmowej, prowadzi do zakłóceń w postaci przesuniętych i podwójnych obrazów na wszystkich kanałach. Chcąc je wyeliminować należy zastosować filtry środkowo-zaporowe (FŚZ- PUŁAPKI) na odpowiednich wejściach elementu sumującego i tak dla anteny odbierajacej kanały 30,33,47, należy stłumić kanały 23,40,57, a dla anteny odbierającej kanały 23,40,57, należy stłumić kanały 30,33,47.Poniżej przedstawiamy charakterystykę zbudowanego filtru (pułapki) na kanały 23,40,57.


Wykres1. Charakterystyka filtru środkowo-zaporowego FŚZ kanał 23,40,57.

Znaczniki na wykresie pozwalają na odczyt częstotliwości oraz amplitudy minimalnych strat i wielkości tłumienia w danym punkcie wykresu. Dla naszego filtru odczytujemy następujące znaczniki:
1 487.25 Mhz -44.731dB częstotliwość nośna wizji kanału 23 (f Nw k23) i tłumienie dla tej częstotliwości (Tr = -44.731dB)
         Zn. 1 f Nw k23 = 487,25 MHz Tr = - 44 dB
2 623.25 Mhz -50.072dB częstotliwość nośna wizji kanału 40 i tłumienie dla tej częstotliwości
         Zn. 2 f Nw k40 = 623,25 MHz Tr = - 50 dB
3 759.25 Mhz -49.769dB częstotliwość nośna wizji kanału 57 i tłumienie dla tej częstotliwości
         Zn. 3 f Nw k57 = 759,25 MHz Tr = - 49 dB
4 543.25 Mhz -364.68 mdB częstotliwość nośna wizji kanału 30 i tłumienie dla tej częstotliwości
          Zn. 4 f Nw k30 = 543,25 Mhz Tr = - 0,364 dB
5 567.25 Mhz -318.03 mdB częstotliwość nośna wizji kanału 33 i tłumienie dla tej częstotliwości
         Zn. 5 f Nw k33 =567,25 MhzTr = - 0,318 dB
6 679.25 Mhz -289.69 mdB częstotliwość nośna wizji kanału 47 i tłumienie dla tej częstotliwości
         Zn. 6 f Nw k47 = 679,25 MHz Tr = - 0,289 dB

W dalszej części artykułu w celu opisu zdejmowanych charakterystyk będziemy przyjmować następujące oznaczenia:

Pasmo zaporowe(kanały eliminowane)               Pasmo przepustowe (kanały przepuszczane)
Zn. 1 f Nw k23 Tr = - 44 dB,                                     Zn. 4 f Nw k30 Tr = - 0,364 dB
Zn. 2 f Nw k40 Tr = - 50 dB,                                     Zn. 5 f Nw k33 Tr = - 0,318 dB
Zn. 3 f Nw k57 Tr = - 49 dB                                      Zn. 6 f Nw k47 Tr = - 0,289 dB
W celu zinterpretowania wyników pomiaru transmisji (przebieg niebieski) należy zauważyć, że na osi poziomej podane są wartości czestotliwości w MHz. Na osi pionowej podane są wartości współczynnika mocy w decybelach (dB), określonego jako stosunek mocy sygnału przetransmitowanego przez urządzenie do mocy sygnału podanego. Zobrazowanie wyniku w postaci logarytmu modułu (oznaczonego u góry wykresu "Log Mag") analizator dokonuje wykorzystując zalezność:
Transmisja (dB) =10 Log ( Ptrans/Ppod)
gdzie: Ptrans = moc sygnału przetransmitowanego przez urządzenie
Ppod = moc sygnału podanego
Poziom 0 dB oznacza idealne przejście przez badane urządzenie (bez strat). Wartości mniejsze od 0 dB oznaczają straty.
Dla zobrazowania wyników pomiaru odbicia (przebieg czerwony) na osi pionowej podane są wartości stosunku mocy w dB sygnału odbitego przez urządzenie badane do mocy sygnału podanego na wejściu. Zobrazowanie wyniku w postaci logarytmu modułu analizator dokonuje wykorzystując zalezność:
Odbicie (dB) = 10 log (Podb/Ppod)
gdzie Podb = moc sygnału odbitego od urządzenia
Poziom 0 dB oznacza, że cała moc podana do urządzenia jest odbita z powrotem. Wartości mniejsze od 0 dB wskazują na to, że albo moc jest pochłaniana albo przesyłana przez sprawdzane urządzenie.


Wykres 2. Charakterystyka filtru srodkowo-zaporowego FŚZ kanał 30, 33, 47.

Pasmo przepustowe                                          Pasmo zaporowe
Zn. 1 f Nw k23 Tr = - 0,27 dB,                            Zn. 4 f Nw k30 Tr = - 40 dB
Zn. 2 f Nw k40 Tr = - 0,45 dB,                            Zn. 5 f Nw k33 Tr = - 44dB
Zn. 3 f Nw k57 Tr = - 0,45 dB,                            Zn. 6 f Nw k47 Tr = - 44 dB

Zn. 1 f Nw k23 - znacznik 1-częstotliwość nośna wizji 23 kanału
Tr- transmisja, tłumienie przejścia w dB

Wykresy obu filtrów pokazują, że eliminują one kanały niepożądane i przepuszczają z minimalnym tłumieniem i odpowiednim dopasowaniem kanały odbierane z właściwego nadajnika. Teraz wystarczy połączyć anteny z odpowiednim filtrem do elementu sumującego.

Rys. 1. Połączenie anten pracujacych w paśmie UHF z wykorzystaniem filtrów

Innym rozwiazaniem jest opracowana na teren Opola zwrotnica kanałowa OP2.
Tym razem łączymy cztery anteny pracujace w trzech pasmach : UKF.VHF.UHF.

Wejscie 1 antena odbierajaca kanały UKF
Wejscie 2 antena odbierajaca kanały 30,33,47.
Wejscie 3 antena odbierająca kanały 23,40,57.
Wejście 4 antena odbierajaca kanały 6-12.

Rys. 2. Schemat instalacji z zastosowaniem zwrotnicy OP2

Poniżej przedstawiam charakterystyki opracowanej zwrotnicy OP2.


Wykres 3. Charakterystyki OP2 wej. 2 kanały 30,33,47 i wej. 1 kanałyUKF

Pasmo zaporowe wej2              Pasmo przepustowe wej2
Zn. 1 f Nw k23 Tr = - 47dB         Zn. 4 f Nw k30 Tr = - 1,16dB Dla wejścia 1 anteny UKF pasmo przepustowe 88-108 MHz
Zn. 2 f Nw k40 Tr = - 46dB         Zn. 5 f Nw k33 Tr = - 1,01dB łumienie Tr <0,5 dB, pasmo zaporowe Tr > 35dB
Zn. 3 f Nw k57 Tr = - 37dB         Zn. 6 f Nw k47 Tr = - 0,86dB


Wykres 4. Charakterystyka OP2 wej. 3 kanał 23,40,57 i wej. 4 kanały 6-12

Pasmo przepustowe wej3                     Pasmo zaporowe wej3
Zn. 1 f Nw k23 Tr = - 0,69dB                 Zn. 4 f Nw k30 Tr = - 39dB Dla wejścia 4 anteny VHF pasmo przepustowe 175-230 MHz
Zn. 2 f Nw k40 Tr = - 0,50dB                 Zn. 5 f Nw k33 Tr = - 44dB < 1dB pasmo zaporowe > 35dB.
Zn. 3 f Nw k57 Tr = - 0,58dB                 Zn. 6 f Nw k47 Tr = - 44dB

Pokazane charakterystyki wszystkich wejść zwrotnicy pozwalają ocenić jak zwrotnica zachowuje się we wszystkich pasmach czestotliwości. Szczególnie jest to istotne w pobliżu nadajników. Nieprawdą jest, że w antenie UKF, czy w antenie VHF nie indukują się programy z pasma UHF i odwrotnie. Minimalne tłumienie przejścia, odpowiednie dopasowanie w pasmach (UKF, VHF, UHF) oraz maksymalne tłumienie w paśmie zaporowym, pozwoli nam wyeliminować niewłaściwe sygnały indukowane w antenach.
Spróbujmy porównać obie nasze instalacje odnosząc się do strat transmisji sygnału (rys. 3 i 4 ).
Rys.3. Połączenie anten pracujacych w UHF z wykorzystaniem filtrów



Rys. 4. Schemat instalacji z zastosowaniem zwrotnicy OP2

Instalacja pierwsza to łączenie anten za pomocą filtrów (FŚZ) i elementu sumującego. Straty sygnału na filtrach nie są większe niż 0,5dB, a na elemencie sumującym minimum 3,5dB. Nie uwzględniając dodatkowych złącz tłumienie przejścia wynosi minimum 4dB.

Opracowana zwrotnica OP2 to tłumienie przejścia nie większe niż 1,2dB i odpowiednie dopasowanie impedancji falowej. Przewaga tego typu rozwiązania jest bezdyskusyjna. W ten sposób jedno urządzenie spełnia wszystkie nasze wymagania, a jego parametry są znacznie lepsze niż rozwiązań łączonych.

Spróbujmy rozbudować naszą instalację dodając program TVP3 nadawany na kanale 42 z nadajnika z Wrocławia (rys. 4). Konieczne jest zamontowanie następnej anteny i odebranie z niej tylko jednego kanału (tłumiąc pozostałe kanały ( 23, 30, 33, 40, 47, 57). Do tego rozwiązania potrzebny będzie filtr środkowo-przepustowy (FŚP) na kanał 42, a do wyeliminownia tego kanału z poprzedniej instalacji, zastosujemy filtr środkowo-zaporowy (FŚZ) na kanał 42.
Poniżej przedstawiamy charakterystyki koniecznych filtrów do rozbudowy naszej instalacji.


Wykres 5.Charakterystyka filtru środkowo przepustowego FŚP k42 i filtru środkowo zaporowego FŚZ k42.

Dla filtru (FŚP) kanał 42 odczytujemy                   Dla filtru (FŚZ) dla pasma przenoszenia od 70-800 MHz (bez k42)
pasmo przepustowe.                                              otrzymujemy tłumienie w paśmie przepustowym < 1dB
Zn. 7 f Nw k42 Tr = - 2,79dB                                    Zn 4 f Nw k 40 Tr = - 0,88 dB
Zn. 8 f Nf k42 Tr = -3,07dB                                      pasmie zaporowym Zn. 8 f Nw k42 = - 40 dB
f Nf-częstotliwość nośna foni kanału 42                                                            
Tłumienie w paśmie zaporowym > 35dB                           
Zn. 2 f Nw k 40 Tr = - 37 dB                                      


Rys. 5. Schemat rozbudowanej istalacji z rys.4 o program TVP3 nadawany na kanale 42

Zamiast tych trzech elementów opracujemy zwrotnicę "dokładkę" i oznaczymy ją OP5.

Założenia dla zwrotnicy:
Wejście 1 antena odbierająca kanały UKF.VHF. 21-60 bez kanału 42
Wejście 2 antena odbierajaca kanał 42


Wykres 6. Charakterystyki zwrotnicy OP5 wej2 kanał 42 i wej1 kanały UKF, 6-12, 21-60 bez 42

Pasmo przepustowe wej 2                                Pasmo przepustowe wej 1 Tr < 1,5 dB
Zn.6 f Nw k42 Tr = - 2,81 dB                              Zn.4 f Nw k42 Tr = - 1,48 dB
Zn.7 f Nf k42 Tr = -3,05 dB                                 Pasmo zaporowe wej 1
Pasmo zaporowe wej2 Tr > 35 dB                   Zn.8 f Nw k42 Tr = - 36 dB
Zn.2 f Nw k40 Tr = - 37 dB                         


Rys. 6. Schemat rozbudowanej instalacji z rys.5 przy pomocy zwrotnicy OP5

Połączmy obie zwrotnice w jedną i nazwijmy ją ZWA OP6

Zwrotnica powinna połączyć następujace anteny
Wejście 1 antena odbierajaca kanały UKF;
Wejście 2 antena odbierajaca kanały 30,33,47;
Wejście 3 antena odbierajaca kanał 42;
Wejście 4 antena odbierajaca kanały 23,40,57;
Wejście 5 antena odbierająca kanały 6-12.


Wykres 7. Charakterystyki zwrotnicy OP6 wej. 4 kanały 23,40,57. i wej. 3 kanał 42

Pasmo przepustowe wej 4 Tr < 1dB                    Pasmo przepustowe wej 3 Tr < 4 dB
Zn. 1 f Nw k23 Tr = - 0,83 dB                                  Zn. 2 f Nw k42 Tr = - 3,8 dB
Zn. 2 f Nw k40 Tr = - 1,06 dB                                  Zn. 3 f Nf k42 Tr = - 4 dB
Zn. 3 f Nw k57 Tr = - 0,82 dB                                  Pasmo zaporowe wej 3 Tr > 30 dB
Pasmo zaporowe wej 4 Tr > 30dB                        Zn. 1 f Nw k40 Tr = - 36 dB
Zn. 4 f Nw k30 Tr = - 38 dB                                     Zn. 4 f Nw k47 Tr = - 34 dB
Zn. 5 f Nw k33 Tr = - 35 dB                  
Zn. 6 f Nw k47 Tr = - 37 dB                  
Zn. 7 f Nw k42 Tr = - 33 dB


Wykres 8. Charakterystyka zwrotnicy OP6 wej. 2 kanały 30,33,47.

Pasmo przepustowe wej2. kanały 30,33,47. Tr < 1,5dB                   Pasmo zaporowe kanały 23,40,42,57 tłumienie > 30dB
Zn. 4 f Nw k30 Tr = - 1,17 dB                                                                          Zn. 1 f Nw k23 Tr = - 34 dB
Zn. 5 f Nw k33 Tr = - 0,99 dB                                                                          Zn. 2 f Nw k40 Tr = - 37 dB
Zn. 6 f Nw k47 Tr = - 1,4 dB                                                                            Zn. 7 f Nw k42 Tr = - 33 dB
                                                                                                                             Zn. 3 f Nw k57 Tr = - 39 dB

Skonstruowana zwrotnica pozwala połączyć pięć anten: trzy pracują w tym samym pasmie częstotliwości UHF oraz dwie anteny pracujace w pasmie VHF i UKF.


Rys.7 Schemat instalacji antenowej zbudowanej za pomocą zwrotnicy antenowej OP6

Przedstawione przykłady pokazują złożoność problematyki w budowie instalacji antenowych. Każda zwrotnica musi być opracowana na konkretny teren i warunki odbioru.To instalator decyduje o właściwym rozwiązaniu i współtworzy potrzebne rozwiązania. Tylko na teren Opola firma "Waldi" opracowała ponad 20 rodzajów zwrotnic, na teren Trójmiasta ponad 10, a w sumie opracowaliśmy ich ponad 400.

2. Poziomy odbieranych częstotliwości i ich różnice.
Przy instalacji naziemnej do gniazda aboneckiego należy doprowadzić sygnał o poziomie 62-80dBuV. Zdobyte doświadczenie pozwala stwierdzić, że zajmowanie się sygnałem wyindukowanym w antenie poniżej 40dBuV jest ryzykowne, ze względu na zmiany propagacji fali, zakłócenia i odstęp sygnał-szum. Sygnał na poziomie 50 dBuV bez przedwzmacniacza gwarantuje poprawność działania naszej instalacji. Jakość obrazu przy tym sygnale oceniamy na mierniku z monitorem lub telewizorze, sprawdzając czy nie występują zakłócenia. Wykonujemy pomiary poziomów wszystkich kanałów i oceniamy czy różnice między nimi nie są zbyt duże. Teoretycznie nie powinny być one większe niż 3 dB. Jestem jednak zdania, że przy tak niewielkiej liczbie kanałów (od 6 do 10) różnica może wynosić nawet 6-7dB. Reguła ta nie dotyczy przypadku, gdy odbieramy programy na kanałach nadawanych blisko siebie np. 40 i 42 lub "kanał w kanał", gdyż tutaj nawet 3 dB mogą okazać się zbyt dużą wartością. Dotyczy to każdej instalacji, nawet wtedy, gdy wszystkie programy odbieramy z jednej anteny. Bez takich pomiarów i analiz nie można profesjonalnie wykonać instalacji antenowych.
3. Przykładowy pomiar poziomów sygnałów TV przy pomocy miernika Prolink3+.
Dla naszej pierwszej instalacji (rys. 2) wykonaliśmy pomiary w terenie i uzyskaliśmy wyniki:
- antena 1 kanał 30 (72dBuV), 33(73dBuV), 47(70dBuV);
- antena 2 kanał 23(60dBuV), 40(63dBuV), 57(62dBuV).
W pierwszej antenie indukuje się sygnał większy o 13dBuV. Aby wyrównać poziomy indukowane w antenach można wzmocnić sygnał w antenie 2 stosując wzmacniacz np. płytkowy lub stłumić sygnał w antenie 1. Rozwiązanie pierwsze jest niewłaściwe, ponieważ wzmacniacz nieekranowany w puszce narażony jest na uszkodzenia spowodowane wyładowaniami atmosferycznymi, deszczem, mrozem i wodą. Całe szczęście, że mija era wzmacniaczy plytkowych "silnych" jak Schwarzenegger, które często stają się nadajnikami!
W naszej instalacji należy stłumić sygnały z pierwszej anteny o 10dB otrzymując poziomy k30 (62dBuV), k33 (63dBuV), k47(60dBuV). Wyrównane sygnały sumujemy zwrotnicą kanałową i dopiero wzmacniamy wzmacniaczem budynkowym.
Dwie ulice dalej dla tych samych nadajników odczytujemy:
- antena 1 k30 (60dBuV), k33 (72dBuV), k47 (62dBuV);
- antena 2 k23 (60dBuV), k40( 63dBuV), k57 (62dBuV).
W tym przypadku należy stłumić sygnał kanału 33 o 10dB.


Wykres 9. Charakterystyki korektorów jednokanałowy k33(-10 dB) i dwukanałowy k33 (-12 dB), k47 (-5 dB)

Korektor kanał 33(-10dB)                    Korektor kanał 33(-12dB) i 47(-5dB)
Zn. 6 f Nw k33 Tr = - 10dB                    Zn. 5 f Nw k33 Tr = - 12dB
Zn. 7 f Nf k33Tr = - 9,54dB                    Zn. 6 f Nf k33 Tr = - 12dB
                                                                   Zn. 7 f Nw k47 Tr = - 5dB
                                                                   Zn. 8 f Nw k47 Tr = -5dB

Przedstawiony na wykresie korektor dwukanałowy, jak sama nazwa wskazuje, pozwala na korekcję dwóch kanałów. Przy tego rodzaju korektorach należy tłumić zarówno nośną wizji jak i fonii w celu zachowania właściwego odstępu między ich poziomami. Korektor może być umieszczony w zwrotnicy antenowej. Tym sposobem zwrotnica połączy nasze anteny i jednocześnie zniweluje różnice indukowanych sygnałów. Często spotykamy się z problemami zbyt dużej różnicy w sygnałach radiowych (UKF) i dla tych częstotliwości również można zbudować filtry i korektory. W artykule przedstawiliśmy wiele praktycznych rozwiązań z których wynika podstawowa zasada. Łącząc anteny obowiązkowo eliminujemy sygnały niepożądane, a dopiero później po zsumowaniu i wyrównaniu poziomów odbieranych sygnałów, wzmacniamy je w zależności od potrzeb. Postepując odwrotnie wzmacniamy wszystkie sygnały, zarówno te właściwe jak i zakłócające, a wtedy ich odpowiednia separacja może okazać się niemożliwa. Nie sposób było poruszyć wszystkich aspektów budowy instalacji antenowych. Mam jednak nadzieję, że choć w niewielkim stopniu przybliżyłem tę tematykę. Zasygnalizowane rozwiązania niewątpliwie pomogą instalatorom budować profesjonalne instalacje antenowe.


                                    Z poważaniem Waldemar Sztygiel