Радиоаппаратура және хабар тарату құралдары

Кіріспе

Радио хабарларын тарату аппараттары

Радио хабарларын таратушы – жалпыхалыққа таратуға арналған ақпаратты кодтаған радио толқындарын сәулелендіретін электрондық құрылғы. Мысалы, радио қабылдағыштарға (радиоларға) дыбысты (аудионы) немесе теледидар қабылдағыштарға (теледидарларға) бейнелерді (видеоны) жіберетін радио хабарларын таратушы немесе теледидарлық хабар таратушы. Бұл терминге көбінесе радио толқындарын сәулелендіретін антенна, сондай-ақ таратушымен байланысты ғимараттар мен жабдықтар да кіреді. Радио хабар тарату станциясы (радио станциясы немесе теледидар станциясы) – таратушыдан және хабарларды дайындаушы өндірістік студиядан тұрады. Хабар таратушылар үкіметтерден лицензия алуы тиіс және олар белгілі бір жиіліктермен және қуат деңгейлерімен шектеледі. Әр таратушыға бірегей идентификатор беріледі, ол әріптер мен сандардан тұратын шақыру таңбасы болып табылады және барлық хабарларда қолданылуы керек.

Қуанышы

Телерадио хабарларын тарату және телекоммуникация саласында осцилляторды, модуляторды және кейде аудио процессорды қамтитын бөлік "қоздырғыш" деп аталады. Көптеген таратушылар гетеродиндік принципін қолданады, сондықтан оларда жиілікті түрлендіру бірліктері де болады. Қызығы, қоздырғыштан қуат алатын жоғары қуатты күшейткішті тарату инженерлері көбінесе "таратушы" деп атайды. Соңғы шығыс қуаты таратушының шығыс қуаты (TPO) ретінде көрсетіледі, бірақ көптеген станциялар осы көрсеткіш бойынша бағаланбайды. Станцияның қамтуын есептеу үшін, тіпті эфирлік емес станциялар үшін де, тиімді сәулелену қуаты (ERP) қолданылады. Бұл TPO, антеннаға дейінгі сымдағы кез келген әлсіреуді немесе сәулелену жоғалтуларын ескеріп алып тастап, антеннаның көкжиекке қарайғы берген пайдасына (көбейткішіне) көбейтіледі. Бұл антеннаның пайдасы маңызды, себебі онысыз қажетті сигнал күшіне қол жеткізу таратушы үшін өте жоғары электр энергиясы есебіне және тым қымбат таратушыға әкелер еді. VHF және UHF диапазонындағы ірі станциялар үшін таратушы қуаты ERP-ның 20%-дан аспайды. VLF, LF, MF және HF үшін ERP әдетте жеке анықталмайды. Көбінесе таратушылар тізімінде көрсетілген тарату қуаты – таратушының шығыс қуатының мәні болып табылады. Бұл тек жарты толқын ұзындығынан кем немесе оған тең ұзындығы бар толық бағытты антенналар үшін ғана дұрыс. Басқа антенна түрлері үшін пайда коэффициенттері бар, олар қысқа толқынды бағытты сәулелер үшін максималды сәуле қарқындылығы бағытында 50-ге дейін жете алады. Кейбір авторлар 30 МГц-тен төмен жиіліктегі антенналардың пайда коэффициенттерін ескерсе, ал басқалары ескермейді, сондықтан таратылған қуат мәндерінде жиі айырмашылықтар болады.

Электрмен жабдықтау

Кейде тарату станцияларына электрмен жабдықтау желісінің қажеттіліктен жоғары кернеу деңгейінен қуат беріледі, бұл электрмен жабдықтаудың сенімділігін арттыру үшін жасалады. Мысалы, Allouis, Konstantynow және Roumoules тарату станциялары жоғары кернеу желісінен (Allouis және Konstantynow үшін 110 кВ, Roumoules үшін 150 кВ) қуат алады, тіпті электр желісінің орташа кернеу деңгейінен (шамамен 20 кВ) жеткілікті қуат беруге болар еді.

Соңғы сатыларды салқындату

Төмен қуаттылықтағы хабар таратушылар арнайы салқындату жабдығын қажет етпейді. Қазіргі заманғы хабар таратушылар өте тиімді, тиімділігі 98%-дан асып түседі. Дегенмен, 98%-ын антеннаға жеткізетін мегаватттық қуат сатысы бар хабар таратушыны 20 киловатттық электр жылытқыш ретінде қарастыруға болады. Орта қуаттылықтағы таратушыларда, бірнеше ондаған киловатқа дейін, соның ішінде 50 кВт AM және 20 кВт FM, көбінесе мәжбүрлі ауа салқындату қолданылады. Осы қуат деңгейлерінен жоғары қуатты таратушыларда шығару сатысы автомобильдің салқындату жүйесіне ұқсас мәжбүрлі сұйық салқындату жүйесімен салқындатылады. Салқындатқыш тікелей түтікшелердің жоғары кернеулі анодтарына тиетіндіктен, салқындату контурында тек дистилленген, деионизацияланған су немесе арнайы диэлектрлік салқындатқыш қолданылуы керек. Бұл жоғары тазалықтағы салқындатқыш өз кезегінде жылу алмастырғыш арқылы салқындатылады, онда екінші салқындату контуры энергиямен байланысты бөліктерге жанаспайтындықтан, қарапайым сапалы суды пайдалана алады. Кішкентай физикалық өлшемді, өте жоғары қуатты түтікшелер анодқа жанасқан сумен буландыру немесе бу арқылы салқындатуды қолдануы мүмкін. Будың пайда болуы шағын кеңістікте жоғары жылу ағынын қамтамасыз етеді.

Қорғау құралдары

Жоғары қуатты берілістерде (40 кВ дейін) қолданылатын жоғары кернеулерге кең ауқымды қорғау жабдықтары қажет. Сонымен қатар, берілістер найзағайдан зақымдануға ұшырауы мүмкін. Берілістер антеннасыз жұмыс істесе зақымдануы мүмкін, сондықтан қорғау тізбектері антеннаның жоғалуын анықтап, берілісті дереу өшіруі керек. Лампадағы берілістерде қуатты дұрыс реттілікте қосу керек, анод кернеуінен бұрын қыздыру кернеуін қосу керек, әйтпесе лампалар зақымдануы мүмкін. Шығару сатысы тұрақты толқындарға қадағалануы керек, себебі бұл генерирленген қуаттың сәулеленбей, керісінше беріліске қайтарылып жатқанын көрсетеді. Беріліс пен антенна арасында найзағайдан қорғау қажет. Бұл беріліс терминалдарындағы кернеуді шектеу үшін ұшқыш тізбектер мен газға толы қорғағыштардан тұрады. Кернеудің тұрақты толқынының коэффициентін өлшейтін басқару құралы, егер найзағайдан кейін жоғары тұрақты толқын коэффициенті анықталса, берілісті қысқа мерзімге өшіреді, себебі шағылысу найзағайдың зақымдауынан болуы мүмкін. Егер бірнеше рет әрекеттенгеннен кейін сәтті болмаса, антенна зақымдануы мүмкін және беріліс өшірілген күйде қалуы керек. Кейбір беріліс станцияларында маңызды жерлерге ультракүлгін детекторлар орнатылған, егер доға анықталса, берілісті өшіру үшін. Жұмыс кернеулері, модуляция коэффициенті, жиілік және басқа беріліс параметрлері қорғау және диагностика мақсатында бақыланады және жергілікті немесе қашықтан басқару бөлмесінде көрсетілуі мүмкін.

Ғимарат

Коммерциялық хабар таратушы нысанда әдетте хабар таратушы компоненттер мен басқару құрылғыларын қорғау үшін басқару ғимараты болады. Бұл көбінесе радио және теледидар хабар таратушыларына арналған құралдарды қамтитын, тек функционалдық ғимарат. Хабар тарату желісіндегі жоғалтуды азайту үшін хабар таратушы ғимарат VHF және UHF нысандары үшін әдетте антеннаға тікелей жақын орналасқан, бірақ төмен жиіліктер үшін ғимарат пен антенна арасында бірнеше ондаған немесе бірнеше жүз метр қашықтық болуы ыңғайлы. Кейбір хабар тарату мұнараларында радиорелейлік байланыс таратушыларын немесе басқа, салыстырмалы түрде аз қуатты таратушыларды орналастыру үшін мұнараның ішіне құрылған жабық кеңістіктер болады. Аз ғана хабар таратушы ғимараттарда шектеулі хабар тарату мүмкіндіктері қарастырылуы мүмкін, бұл станцияға негізгі нысан істен шыққан жағдайда ғимаратты қосалқы студия ретінде пайдалануға мүмкіндік береді.

Құқықтық және нормативтік аспектілер

Радио толқындары шекарадан өтетіндіктен, халықаралық келісімдер радио хабарларын реттейді. Германия сияқты Еуропа елдерінде көбінесе ұлттық пошта мекемесі реттеуші орган болып табылады. АҚШ-та хабар тарату және өнеркәсіптік таратуды Федералдық байланыс комиссиясы (FCC) реттейді. Канадада хабар таратушылардың және радио таратушылардың техникалық аспектілерін «Индустрия Канада» бақылайды, ал хабар тарату мазмұнын Канаданың радиотелевизия және телекоммуникация комиссиясы (CRTC) жеке реттейді. Австралияда таратушылар, спектр және мазмұн Австралияның коммуникация және медиа органы (ACMA) арқылы реттеледі. Халықаралық телекоммуникация одағы (ITU) радио жиілік спектрін халықаралық деңгейде басқаруға көмектеседі.

Жоспарлау

Кез келген қымбат жоба сияқты, жоғары қуатты таратушы орнын жоспарлау үлкен мұқияттықты талап етеді. Бұл орынды таңдаудан басталады. Адамдарды радиожиілік энергиясынан қорғау үшін таратушы жиілігіне, қуатына және таратушы антенналардың конструкциясына байланысты ең аз қашықтық сақталуы керек. Антенна мұнаралары көбінесе өте биік болады, сондықтан ұшу жолдары бағалануы тиіс. Жоғары қуатты таратушылар үшін жеткілікті электр қуаты болуы қажет. Ұзақ және орта толқынды таратушыларға жақсы жерге тұйықталу және жоғары электр өткізгіштігі бар топырақ қажет. Теңіз жағалауындағы немесе өзен аңғарларындағы жерлер қолайлы, бірақ су тасқыны қаупі ескерілуі керек. UHF үшін таратушылар қашықтықты жақсарту үшін биік тауларда орналасқандары тиімді (радио таралуын қараңыз). Антеннаның сәулелену схемасы ескерілуі керек, себебі ұзақ немесе орта толқын антеннаның сәулелену схемасын өзгерту қымбатқа түседі. Ұзақ және орта толқынды таратушы антенналар әдетте тік антенна ретінде жүзеге асырылады. Шағын өлшемді ұқсас антенналар қысқа толқынды таратушыларда да қолданылады, егер олар дөңгелек сәулелену жүйесін жіберсе. Бос тұрған болат мұнараларда сәулеленуді реттеу үшін жазық массивтер бекітіледі. UHF және теледидар таратушыларына арналған радио мұнаралары негізінен жерге тұйықталған конструкциялар ретінде жүзеге асырылуы мүмкін. Мұнаралар болаттан жасалған торлы конструкциялардан немесе жоғары жағында антенналары бар темір бетон мұнаралардан болуы мүмкін. UHF үшін кейбір тарату мұнараларында жоғары биіктіктегі операциялық бөлмелер және/немесе лифтпен қол жетімді мейрамханалар мен байқау платформалары сияқты құрылғылар бар. Мұндай мұнаралар әдетте телемұнара деп аталады. Микротолқындар үшін көбінесе параболалық антенналар қолданылады. Бұларды FM тарату мұнараларында радиорелелік байланыс жүйелерін жүзеге асыру үшін арнайы платформаларға орнатуға болады. Мысалы, теледидар спутниктері мен ғарыш кемелеріне сигнал беру үшін 3 метрден 100 метрге дейінгі диаметрі бар үлкен параболалық антенналар қажет. Қажет болған жағдайда радиотелескоп ретінде де пайдаланылатын бұл құрылғылар бос тұрған конструкцияларға орнатылады, сонымен қатар көптеген арнайы жобалар бар, мысалы Аресибодағы радиотелескоп. Құрылыстың және таратушы орнының жоспарлауымен қатар, оның шығысы қолданыстағы таратумен қалай үйлеседі де маңызды. Екі таратушы бір аймақта бірдей жиілікте таратуға болмайды, өйткені бұл бір арнадағы кедергіге әкеледі. Арналарды жоспарлаушылардың әртүрлі таратушылардың шығысын қалай үйлестіргенінің жақсы мысалы үшін Crystal Palace UHF телеарналарын қараңыз. Бұл сілтеме топталған таратушының да жақсы мысалын береді, бұл жағдайда A тобы. Яғни, оның барлық шығысы Ұлыбританияның UHF теледидар тарату жолағының төменгі үштен бірінде орналасқан. Қалған екі топ (B және C/D) жолақтың ортаңғы және жоғарғы үштен бірін пайдаланады, графикті қараңыз. Бұл топтаманы бүкіл елде қайталау арқылы (жақын орналасқан таратушылар үшін әртүрлі топтарды пайдалану арқылы) бір арнадағы кедергілерді барынша азайтуға болады, сонымен қатар шеткі қабылдау аймақтарында топталған қабылдау антенналарын тиімдірек пайдалануға болады. Өкінішке орай, Ұлыбританияда бұл мұқият жоспарланған жүйе цифрлық таратудың пайда болуымен байланысты болды, ол (кем дегенде ауысу кезеңінде) тағы да көп арна кеңістігін қажет етеді, сондықтан қосымша цифрлық тарату арналарын әрқашан таратушының қолданыстағы тобына орналастыруға болмайды. Осылайша көптеген Ұлыбританиялық таратушылар "кең жолақты" болды, содан кейін қабылдау антенналарын ауыстыру қажет болды (сыртқы сілтемелерді қараңыз). Цифрлық ауысу (DSO) болғаннан кейін, жоспар бойынша, көпшілік таратушылар өздерінің бастапқы топтарына қайта оралады, Ofcom 2007 жылдың шілде айындағы дереккөз. Қосымша қиындық көршілес таратушылар бірдей жиілікте таратуы керек болған кезде пайда болады және осы жағдайларда тарату сәулелену схемалары тиісті бағытта әлсірейді. Бұған жақсы мысал Ұлыбританияда, онда Уолтхамның тарату станциясы жоғары қуатымен Sandy Heath тарату станциясының жоғары қуатымен бірдей жиіліктерде таратуды жүзеге асырады, екеуі тек 50 миль қашықтықта орналасқан. Осылайша, Уолтамның антенна массиві осы екі арнаны Сэнди Хит бағытында және керісінше таратпайды. Егер белгілі бір қызмет кең қабылдау аймағына ие болуы керек болса, бұл әдетте әртүрлі жерлерде орналасқан бірнеше таратушыларды пайдалану арқылы жүзеге асырылады. Әдетте, бұл таратушылар кедергіге жол бермеу үшін әртүрлі жиіліктерде жұмыс істейді. Мысалдарға ұлттық тарату желілері және ұялы желілер жатады. Соңғысында, қабылдағыш қажет болған жағдайда автоматты түрде жиілікті ауыстырады, ал алғашқысында, қолмен қайта баптау жиірек кездеседі (бірақ Радио деректер жүйесі тарату желілерінде автоматты жиілік ауыстырудың мысалы болып табылады). Көптеген таратушыларды пайдалану арқылы қабылдау аймағын кеңейтудің тағы бір жүйесі - квази синхронды тарату, бірақ қазіргі уақытта бұл сирек қолданылады.

As in any costly project, the planning of a high power transmitter site requires great care. This begins with the location. A minimum distance, which depends on the transmitter frequency, transmitter power, and the design of the transmitting antennas, is required to protect people from the radio frequency energy. Antenna towers are often very tall and therefore flight paths must be evaluated. Sufficient electric power must be available for high power transmitters. Transmitters for long and medium wave require good grounding and soil of high electrical conductivity. Locations at the sea or in river valleys are ideal, but the flood danger must be considered. Transmitters for UHF are best on high mountains to improve the range (see radio propagation). The antenna pattern must be considered because it is costly to change the pattern of a long wave or medium wave antenna. Transmitting antennas for long and medium wave are usually implemented as a mast radiator. Similar antennas with smaller dimensions are used also for short wave transmitters, if these send in the round spray enterprise. For arranging radiation at free standing steel towers fastened planar arrays are used. Radio towers for UHF and TV transmitters can be implemented in principle as grounded constructions. Towers may be steel lattice masts or reinforced concrete towers with antennas mounted at the top. Some transmitting towers for UHF have high altitude operating rooms and/or facilities such as restaurants and observation platforms, which are accessible by elevator. Such towers are usually called TV tower. For microwaves one frequently uses parabolic antennas. These can be set up for applications of radio relay links on transmitting towers for FM to special platforms. For example, large parabolic antennas ranging from 3 to 100 meters in diameter are necessary to pass on signals to television satellites and space vehicles. These plants, which can be used if necessary also as radio telescope, are established on free standing constructions, whereby there are also numerous special designs, like the radio telescope in Arecibo. Just as important as the planning of the construction and location of the transmitter is how its output fits in with existing transmissions. Two transmitters cannot broadcast on the same frequency in the same area as this would cause co channel interference. For a good example of how the channel planners have dovetailed different transmitters' outputs, see Crystal Palace UHF TV channel allocations. This reference also provides a good example of a grouped transmitter, in this case an A group. That is, all of its output is within the bottom third of the UK UHF television broadcast band. The other two groups (B and C/D) utilise the middle and top third of the band, see graph. By replicating this grouping across the country (using different groups for adjacent transmitters), co channel interference can be minimised, and in addition, those in marginal reception areas can use more efficient grouped receiving antennas. Unfortunately, in the UK, this carefully planned system has had to be compromised with the advent of digital broadcasting which (during the changeover period at least) requires yet more channel space, and consequently the additional digital broadcast channels cannot always be fitted within the transmitter's existing group. Thus many UK transmitters have become "wideband" with the consequent need for replacement of receiving antennas (see external links). Once the Digital Switch Over (DSO) occurs the plan is that most transmitters will revert to their original groups, source Ofcom July 2007. Further complication arises when adjacent transmitters have to transmit on the same frequency and under these circumstances the broadcast radiation patterns are attenuated in the relevant direction(s). A good example of this is in the United Kingdom, where the Waltham transmitting station broadcasts at high power on the same frequencies as the Sandy Heath transmitting station's high power transmissions, with the two being only 50 miles apart. Thus Waltham's antenna array does not broadcast these two channels in the direction of Sandy Heath and vice versa. Where a particular service needs to have wide coverage, this is usually achieved by using multiple transmitters at different locations. Usually, these transmitters will operate at different frequencies to avoid interference where coverage overlaps. Examples include national broadcasting networks and cellular networks. In the latter, frequency switching is automatically done by the receiver as necessary, in the former, manual retuning is more common (though the Radio Data System is an example of automatic frequency switching in broadcast networks). Another system for extending coverage using multiple transmitters is quasi synchronous transmission, but this is rarely used nowadays.

Негізгі және релелік (қайталаушы) хабар таратушылар

Тарату станциялары әдетте негізгі станциялар немесе релелік станциялар (оларды қайталаушылар, аудармашылар немесе кейде "транспозерлер" деп те атайды) болып жіктеледі. Негізгі станциялар – базалық жолақты (модуляцияланбаған) кірістен өздерінің модульденген шығыс сигналын жасайтын станциялар. Әдетте негізгі станциялар жоғары қуатпен жұмыс істейді және кең аумақтарды қамтиды. Релелік станциялар (аудармашылар) әдетте тікелей қабылдау арқылы эфирден бастапқы станцияның модульденген кіріс сигналын алады және оны басқа жиілікте қайта таратуға жібереді. Әдетте релелік станциялар орташа немесе төмен қуатпен жұмыс істейді және негізгі станцияның қызмет көрсету аймағында немесе оның шетінде нашар қабылданатын жерлерді толтыру үшін қолданылады. Негізгі станция өзінің кіріс сигналын басқа станциядан тікелей эфирден алатынын ескеріңіз, бірақ бұл сигнал алдымен толық демодуляцияланып базалық жолаққа келтіріледі, өңделеді, содан кейін тарату үшін қайта модульдендіріледі.

Өсімдіктегі таратушылар

Еуропаның кейбір қалалары, мысалы Мюллахкер, Исманинг, Лангенберг, Калундборг, Хёрби және Аллуис, қуатты хабар тарату орталықтары ретінде танымал болды. Мысалы, Голиаф таратушысы – Германияның Саксония-Анхальт аймағындағы Кальбе-ан-дер-Милде маңында орналасқан, екінші дүниежүзілік соғыс кезіндегі нацистік Германияның Кригсмарине әскери-теңіз күштерінің VLF (өте төмен жиілікті) таратушысы. Берлин радио мұнарасы немесе Штутгарт теле мұнарасы сияқты кейбір хабар тарату мұнаралары қалалардың айқын белгілеріне айналды. Көптеген хабар тарату станцияларында инженерлік шеберлікпен салынған, өте биік радио мұнаралары бар. Әлемдегі ең биік ғимаратқа ие болу ел, штат, провинция, қала сияқтылар үшін мақтан тұтуға лайық нәрсе саналған. Көптеген биік ғимараттарды салушылар ең биік ғимаратқа ие болу үшін хабар тарату антенналарын пайдаланған. Тарихи мысал ретінде Нью-Йорктегі Крайслер және Эмпайр Стейт ғимараттары арасындағы «ең биік ғимарат» үшін болған талас-тартысты атауға болады. Кейбір мұнараларда туристерге қолжетімді бақылау алаңдары бар. Мысалы, 1967 жылы Октябрь революциясының 50 жылдығына орай аяқталған Мәскеудегі Останкино мұнарасы Совет Одағының техникалық мүмкіндіктерін көрсету мақсатында салынды. Кез келген конструкциялық типтегі өте биік радио мұнаралары айқын көрінетін нысандар болып табылады, сондықтан оларды мұқият жоспарлау және салу қажет. Ал жоғары қуатты таратушылар, әсіресе ұзақ және орта толқын диапазондарында, қашықтықтан қабылдануы мүмкін болғандықтан, мұндай нысандар үгіт-насихат материалдарында жиі кездесетін. Басқа мысалдар – Герцберг/Эльстер және Варшава радио мұнарасы. 1963 жылы құрылысы аяқталғанда Солтүстік Дакота штатының Бланшард қаласының жанында орналасқан KVLY телеарнасының мұнарасы әлемдегі ең биік жасанды құрылыс болды. 1974 жылы Варшава радио мұнарасы одан биік болды, бірақ 1991 жылы ол құлағаннан кейін KVLY мұнарасы қайтадан ең биік атанымын иеленді. 2009 жылдың басында Бурдж Халифа аспан қызылшасы одан да биік болды, бірақ KVLY теледидар мұнарасы әлі де ең биік таратушы болып табылады.