Введение

Телевизионный передатчик – это передатчик, используемый для наземного (эфирного) телевизионного вещания. Это электронное устройство, излучающее радиоволны, несущие видеосигнал, представляющий движущиеся изображения, вместе с синхронизированным звуковым каналом, принимаемым телевизионными приемниками («телевизорами» или «ТВ»), принадлежащими зрителям, и отображающим изображение на экране. Телевизионный передатчик вместе со студией вещания, производящей контент, называется телевизионной станцией. Телевизионные передатчики подлежат лицензированию государственными органами и ограничены определенным частотным каналом и мощностью. Они вещают на частотных каналах в диапазонах VHF и UHF. Поскольку радиоволны этих частот распространяются по прямой видимости, дальность их приема ограничена горизонтом и составляет 40–60 миль, в зависимости от высоты передающей станции. Телевизионные передатчики используют одну из двух технологий: аналоговую, в которой изображение и звук передаются аналоговыми сигналами, модулированными на несущую радиоволну, и цифровую, в которой изображение и звук передаются цифровыми сигналами. Изначальная аналоговая технология телевидения начала заменяться цифровым телевидением (DTV) в переходный период, начавшийся в 2006 году во многих странах. Системы DTV передают изображения в новом формате, называемом HDTV (телевидение высокой четкости), которое имеет более высокое разрешение и широкое соотношение сторон экрана по сравнению с аналоговым. DTV более эффективно использует ограниченную полосу пропускания радиочастотного спектра, поскольку в той же полосе пропускания, что и один аналоговый канал, можно передавать несколько каналов DTV. В аналоговом и цифровом телевидении разные страны используют несколько несовместимых стандартов модуляции для наложения видео- и аудиосигналов на несущую радиоволну. Принципы, главным образом, аналоговых систем обобщены, поскольку они, как правило, сложнее цифровых передатчиков из-за мультиплексирования стадий модуляции VSB и FM.

Стандарт системы

Международный план МСЭ (Международного союза электросвязи) по стандартам вещания, обычно известный как Стокгольмский план (1961), определяет стандарты, используемые в вещании. В этом плане наиболее важными параметрами для передатчиков являются радиочастота, разделение частот между звуковым и зрительным несущими, а также полоса пропускания.

Входной этап передатчика

Аудио (AF) вход (или входы в случае стереофонического вещания) обычно представляет собой сигнал с максимальной полосой пропускания 15 кГц и максимальным уровнем 0 дБм. Временная константа предварительного акцентирования составляет 50 мкс. Сигнал после прохождения буферных каскадов подается на модулятор, где он модулирует несущую промежуточной частоты (IF). В качестве метода модуляции обычно используется частотная модуляция (FM) с типичным максимальным отклонением 50 кГц (при входном сигнале 1 кГц на уровне 0 дБм). Видеовход (VF) представляет собой составной видеосигнал (видеоинформация с синхронизацией) с максимальным уровнем 1 вольт на импедансе 75 Ом. (Предел в 1 В относится к сигналу яркости. Некоторые операторы могут принимать цветовые сигналы, наложенные на видео, немного превышающие 1 В.) После буферных каскадов и схемы ограничения 1 В сигнал подается на модулятор, где он модулирует сигнал промежуточной частоты (который отличается от используемого для звукового сигнала). Модулятор является амплитудным модулятором, который модулирует сигнал IF таким образом, что 1 В VF соответствует низкому уровню IF, а 0 В VF – высокому уровню IF. Амплитудный модулятор создает две симметричные боковые полосы в модулированном сигнале. Таким образом, полоса пропускания IF в два раза больше полосы пропускания видеосигнала. (То есть, если полоса пропускания VF составляет 4,2 МГц, то полоса пропускания IF составляет 8,4 МГц.) Однако за модулятором следует специальный фильтр, известный как фильтр с усеченной боковой полосой (Vestigal sideband, VSB). Этот фильтр используется для подавления части одной боковой полосы, что позволяет уменьшить полосу пропускания. (Поскольку обе боковые полосы содержат идентичную информацию, такое подавление не приводит к потере информации.) Хотя подавление вызывает проблемы с фазовым сдвигом, каскад VSB также включает в себя корректирующие схемы для выравнивания фазы.

Этапы производства

Модулированный сигнал подается на смеситель (также известный как преобразователь частоты). Другой вход смесителя, обычно формируемый генератором, стабилизированным кварцевой печью, называется несущей поддиапазона. Два выхода смесителя представляют собой сумму и разность частот входных сигналов. Нежелательный сигнал (обычно сумма) отфильтровывается, а оставшийся сигнал является радиочастотным (РЧ) сигналом. Затем сигнал подается на каскады усиления. Количество последовательно включенных усилителей зависит от необходимой выходной мощности. Последний каскад обычно представляет собой усилитель, состоящий из множества параллельно включенных силовых транзисторов. Однако в более старых передатчиках также применяются тетроды или клистроны. В современных твердотельных передатчиках ВЧ и УВЧ диапазона, LDMOS силовые транзисторы являются предпочтительным выбором для выходного каскада, а в новейших разработках используются 50-вольтовые LDMOS транзисторы для повышения эффективности и удельной мощности. Дальнейшее повышение энергоэффективности возможно при использовании схемы Envelope Tracking, которая в вещательной индустрии часто называется "дренажной модуляцией".

Выходная мощность

Выходная мощность передатчика определяется как мощность во время синхроимпульса (фактическая выходная мощность варьируется в зависимости от передаваемого контента). Измеряемая мощность передающего оборудования и антенны не совпадают. Выходная мощность антенны известна как ЭИРП (ERP), которая рассчитывается по формуле

где Po – выходная мощность, а Ga – усиление антенны.