Technika
Anteny w telewizji naziemnej, pomiary i porównania
W ostatnich miesiącach w czasie redakcyjnych dyżurów dość często poruszane były tematy związane z telewizją naziemną.
Padały na przykład pytania dotyczące możliwości odbioru VHF i UHF za pomocą jednej anteny, wyboru jej typu i miejsca montażu, sposobów ochrony instalacji przed wpływem warunków atmosferycznych oraz instalacji wieloantenowych. Co ciekawe, wielu rozmówców kładło nacisk na kwestie estetyki, które, wydaje mi się, nie zawsze były doceniane w takim stopniu. Oczywiście już dawniej byli odbiorcy, którzy bez entuzjazmu podchodzili do widoku anten na nowej elewacji, ale teraz wydaje się ich być więcej. Pojawiały się zatem pytania o instalację pełnowymiarowych anten zewnętrznych wewnątrz budynku tak, aby nie było ich widać (poddasze, strych), a także o możliwość kompensowania strat sygnału wynikających z takiego sposobu instalacji i o anteny pokojowe. Ciekawe były rozmowy na temat wzmacniaczy antenowych, których już same ulotki budziły podejrzenia, bo podawanych w nich parametrów inaczej niż na papierze osiągnąć się nie da.
Na pytania dotyczące antenowych instalacji telewizji naziemnej nie ma jednej uniwersalnej odpowiedzi. W przeciwieństwie bowiem do odbioru satelitarnego, gdzie zasady instalacji są ściśle określone, w przypadku telewizji naziemnej każdy przypadek trzeba rozpatrywać indywidualnie. Odbiór DVB-T zależy od wielu czynników, wśród których liczą się nie tylko odległość od nadajnika, jego moc i lokalizacja, ale także nie mające większego znaczenia w telewizji satelitarnej ukształtowanie terenu i zabudowa. Owszem, jest to ważne w aspekcie technicznych możliwości montażu anteny satelitarnej, ale, jeśli widoczny jest pożądany odcinek orbity, nie ma żadnego wpływu na odbiór. W telewizji naziemnej jest inaczej i mimo iż dość powszechnie uważa się, że blisko nadajnika programy można odbierać za pomocą kawałka drutu, nie zawsze tak jest. Przede wszystkim dlatego, że dochodzą zakłócenia i inne czynniki degradujące sygnał oraz odbicia i interferencje. Ponadto na terenach gęsto zabudowanych nie zawsze można zainstalować antenę w miejscu optymalnym pod kątem odbioru i to nie tylko z przyczyn technicznych, ale choćby takich, jak brak zgody zarządcy budynku.
Kiedy zaobserwowałem zwiększone ostatnio zainteresowanie odbiorem telewizji naziemnej, przyczyną wydawała się przede wszystkim migracja do DVB-T2 i związane z tym zmiany, które zaowocowały poprawą jakości po przejściu na emisję w HD (na razie bez multipleksu ósmego). Ale w trakcie rozmów okazało się, że choć istotnie był to jeden z najważniejszych powodów, to swój udział mają w tym także serwisy streamingowe. Okazało się bowiem, że część odbiorców rezygnuje z abonamentu satelitarnych platform cyfrowych i sieci kablowych i decyduje się na serwisy internetowe, a chcąc zachować kontakt z tradycyjną telewizją, chętnie sięgają po przekaz naziemny. Dotyczy to głównie użytkowników Netflixa czy Disney+, które nie zawierają w ofercie kanałów linearnych, w mniejszym stopniu dotyczy CANAL+ ONLINE, Polsat Box Go czy Playera, które obok treści VOD udostępniają także kanały online. Oczywiście grupa odbiorców telewizji satelitarnej i kablowej nadal dominuje w statystykach, ale model odbioru telewizji naziemnej w połączeniu z internetowymi serwisami filmowymi powoli zyskuje popularność. Takie są moje skromne obserwacje i wnioski z rozmów w trakcie redakcyjnych dyżurów, ale nie potrafię powiedzieć, jak to wygląda w skali globalnej.
Po tym wprowadzeniu chciałem przejść do prezentacji anten i pomiarów, ale kilka rozmów skłoniło mnie do poruszenia jeszcze jednego tematu. Otóż w ich trakcie dość często padały pytania o „anteny HD” wynikające z pojawiających się czasem sugestii, że wraz z migracją do DVT-T2 i przejściem na emisję programów w wysokiej rozdzielczości, trzeba wymienić antenę na oznaczoną symbolem „HD”. Faktycznie, w wielu symbolach i opisach anten naziemnych pojawia się symbol „HD”, który wprost sugeruje, że służą one do odbioru telewizji wysokiej rozdzielczości. I niestety takie skojarzenia nasuwają się niemal automatycznie w kontekście ostatnich zmian. Ale bez względu na rzeczywisty powód, nic nie usprawiedliwia robienia ludziom wody z mózgu. Klasyfikowanie anten naziemnych jako HD czy SD to reklamowa bzdura. Dla anteny jest bowiem najzupełniej obojętne, jaka jest zawartość multipleksu i nie ma znaczenia, czy w jego składzie retransmitowane są kanały SD czy HD, czy jedne i drugie razem, a do tego jeszcze w 4K. Antena może nie mieć w nazwie symbolu HD, ale, jeśli jest sprawna i dostosowana do zakresu częstotliwości, to może mieć nawet kilkadziesiąt lat, a i tak poradzi sobie z odbiorem każdej rozdzielczości. Antena odbiera cały multipleks i bez względu na jego zawartość przekazuje go do odbiornika. I dopiero on zajmuje się resztą i to od jego możliwości zależy, czy odbiera DVB-T, DVB-T2, HD, SD czy 4K. Antena nie ma tu nic do rzeczy. Mam nadzieje, że to krótkie wyjaśnienie pozwoli uniknąć niepotrzebnej wymiany anteny.To tyle na temat reklamowych wątpliwości, przejdźmy teraz do głównego tematu, czyli do oceny skuteczności wybranych anten do odbioru telewizji naziemnej na podstawie porównania wyników ich pomiarów. Aby były one jak najbardziej rzetelne, wykonane zostały w takich samych warunkach, identycznej konfiguracji i za pomocą tych samych urządzeń pomiarowych, kabli i złączy. Testom poddano anteny pasywne, bez wzmacniaczy, rozdzielaczy czy jakichkolwiek innych elementów, które mogłyby mieć wpływ na wyniki pomiarów, a jedynym elementem dodatkowym był symetryzator, który musiał być stosowany w przypadku niektórych anten.Instalacja pomiarowa została zestawiona w taki sposób, aby umożliwić odbiór z trzech obiektów:
kierunek 1 – 19 kilometrów na północny-zachód
kierunek 2 – 42 kilometry na południowy-zachód
kierunek 3 – 80 km na południowy-zachód, 25 stopni w kierunku zachodnim od obiektu drugiego
Najlepiej wyjaśni to poniższy rysunek.
Pierwsze dwa obiekty to polskie nadajniki retransmitujące wszystkie multipleksy publiczne, a trzeci to ośrodek nadawczy naszych południowych sąsiadów, retransmitujący kanały czeskiej telewizji publicznej i stacje komercyjne. Ponieważ odległość kątowa drugiego i trzeciego kierunku jest niewielka (25 stopni), postanowiłem sprawdzić możliwość ich odbioru za pomocą jednej anteny. Wyniki pomiarów powinny pokazać, które anteny będą się do tego nadawały najlepiej, a te obserwacje mogą się przydać na przykład w strefach przygranicznych, gdzie sygnały telewizji naziemnej docierającej od sąsiadów są często odbierane przez tamtejszych mieszkańców. Jest to naprawdę liczna grupa, ponieważ jesteśmy krajem o długiej granicy lądowej. Według oficjalnych danych podawanych przez Komendę Główną Straży Granicznej granica z Czechami mierzy 795,91 km, ze Słowacją 540,84 km, z Niemcami 489,37 km, w tym odcinek lądowy – 467,15 km i odcinek rozgraniczający morze terytorialne Rzeczypospolitej Polskiej i Republiki Federalnej Niemiec – 22,22 km, z Litwą 104,38 km, z Ukrainą 535,18 km, z Rosją 232,04 km, w tym odcinek lądowy – 209,83 km i odcinek rozgraniczający morze terytorialne Rzeczypospolitej Polskiej i Federacji Rosyjskiej – 22,21 km oraz z Białorusią 418,24 km. Doświadczenia te można też wykorzystać daleko od granicy, na przykład tam, gdzie dostępne są stacje lokalne z sąsiednich regionów docierające z innych kierunków niż główne multipleksy i są widzowie zainteresowani ich odbiorem nawet, jeśli instalacja odbiorcza stanowi poważniejsze wyzwanie.
Nasz punkt pomiarowy zlokalizowany został w miejskiej, niezbyt wysokiej zabudowie, stwarzającej podobne warunki do odbioru ze wszystkich trzech kierunków. Wśród znajdujących się w niedalekiej odległości budynków i przeszkód terenowych, nie ma wysokich i masywnych obiektów.
Parametry testowanych multipleksów oraz moce nadajników zostały ujęte w tabeli. Choć dotyczą one konkretnych obiektów, porównanie wyników może pozwolić na ocenę, które anteny będą się spisywać lepiej lub gorzej także w innych lokalizacjach. Trzeba wtedy tylko wziąć pod uwagę ewentualny wpływ lokalnych zakłóceń, które mogą pogorszyć odbiór nawet przy najlepszej antenie (stacje GSM, obiekty przemysłowe itp.).
Jeśli chodzi o odbiór polskich multipleksów, pamiętajmy, że ósmy wykorzystuje zakres częstotliwości VHF, a pozostałe nadawane są w UHF. Dla ich odbioru najłatwiej zastosować oddzielne anteny dla VHF i UHF, a następnie zsumować sygnał, ale wiele osób chce tego uniknąć i pyta, czy da się je odbierać jedną anteną. Jeśli wszystkie docierają z tego samego kierunku, to jest to możliwe, w handlu są bowiem anteny nazywane szerokopasmowymi, które radzą sobie z odbiorem VHF i UHF. Trzeba tylko pamiętać, aby również inne elementy (symetryzator, wzmacniacz itp.) też obsługiwały oba pasma, poza tym pozostaje jeszcze kwestia polaryzacji. Na niektórych obszarach stosuje się bowiem polaryzację pionową dla multipleksu ósmego oraz poziomą dla pozostałych. Na stanowisku pomiarowym mamy możliwość sprawdzenia obydwóch wariantów: wszystkie multipleksy z pierwszego i trzeciego kierunku docierają w polaryzacji poziomej, natomiast w przypadku drugiego, multipleks ósmy retransmitowany jest w polaryzacji pionowej, a reszta w poziomej. Na szczęście są sposoby, aby obydwie polaryzacje też dało się odbierać za pomocą jednej anteny. Więcej na ten temat później.
Aby uzyskać maksymalny zysk, antena powinna być dostosowana do zakresu odbieranych częstotliwości i właściwie powinna mieć inne wymiary dla każdego multipleksu. Tak byłoby idealnie, ale z wielu względów byłoby to rozwiązanie bez sensu i poza jednostkowymi przypadkami raczej się go nie stosuje. Anteny przeznaczone są zatem do odbioru szerszego zakresu częstotliwości i radzą sobie z tym doskonale. Może to być VHF lub UHF, ale są też anteny, za pomocą których można uzyskać odbiór całego pasma telewizyjnego. Nazywa się je antenami szerokopasmowymi i na wielu obszarach, szczególnie miejskich, radzą sobie całkiem dobrze i są rozwiązaniem całkowicie wystarczającym, a na pewno tańszym i łatwiejszym w instalacji, niż dwie oddzielne anteny dla VHF i UHF.
Najczęściej spotykanymi antenami szerokopasmowymi do odbioru VHF i UHF są anteny siatkowe i logarytmiczne. Jako pierwszą, pomiarom poddamy chyba najbardziej znaną i popularną konstrukcję szerokopasmową, jaką jest antena siatkowa. Nie zawsze cieszyła się ona szczególnym uznaniem specjalistów i nie była specjalnie polecana przez ich część. Obwiniano ją bowiem o stwarzanie problemów, na przykład generowanie uciążliwych dla sąsiadów zakłóceń. Choć odpowiadały za nie zazwyczaj nieekranowane i niespełniające żadnych wymogów wzmacniacze antenowe, anteny siatkowe znakomicie rozsiewały po okolicy generowane przez te wzmacniacze zakłócenia. Ale korzystanie z wersji pasywnej (bez wzmacniacza) lub stosowanie nowoczesnych wzmacniaczy ekranowanych praktycznie wyeliminowały ten problem i anteny siatkowe można obecnie kupić w każdym sklepie zajmującym się dystrybucją takiego sprzętu, również w sklepach największych i najbardziej uznanych firm tej branży.
Anteny siatkowe są płaskie (około 15 – 20 cm), dość wysokie (około 80 cm) i szerokie (około 55 cm). W określonych warunkach to atut, szczególnie tam, gdzie długa i rozbudowana antena Yagi czy jeszcze dłuższa logarytmiczna się nie zmieści. Anteny siatkowe mają przydatną w terenie zabudowanym umiejętność odbioru sygnałów odbitych z różnych kierunków, co z jednej strony może powodować problemy, ale bywa też pomocne i ułatwia ustawienie. Kiedyś miałem do czynienia z sytuacją, w której, kiedy już wszystkie anteny zawiodły, z odbiorem poradziła sobie tylko antena siatkowa. Chodziło o sytuację, w której bezpośredni dostęp z kierunku nadajnika nie był możliwy ze względu na bardzo wysokie zabudowania i tylko sygnały odbite od stojącego po drugiej stronie budynku dawały możliwość odbioru.
Anteny siatkowe nie są ciężkie (około 1 kg), a ich konstrukcja ułatwia stawianie czoła nawet silnym wiatrom. Przy prawidłowym mocowaniu nie ma raczej obawy, aby taką antenę urwała lub choćby przestawiła nawet silna wichura. Niektóre modele wykazują niestety słabą odporność na korozję, co powoduje, że po kilku latach zardzewiała antena szpeci miejsce, w którym jest zawieszona. Nie dotyczy to na szczęście wszystkich, dlatego przy zakupie warto sprawdzić, z czego jest wykonana i jak jest zabezpieczona. Pośrednio można się sugerować cenami oraz okresem gwarancji (zbyt niskie raczej nie powinny wzbudzać większego zaufania), ale do takich informacji i tak trzeba podchodzić z pewną dozą rezerwy.
Anteny siatkowe osiągają zysk na poziomie około 14 dBi, ale jest to wartość w wąskim zakresie częstotliwości, w pozostałym oscyluje ona w granicach od 7 do 12 dBi. Choć telewizja wykorzystuje obecnie częstotliwości do 700 MHz, wszystko co powyżej też jest ważne, bo znaczenie może mieć odbiór zakłóceń. Anteny siatkowe mają szeroki kąt połowy mocy (Half Power Beam Width), zwany też szerokością wiązki głównej, który ma znaczenie przy odbiorze kilku nadajników o niewielkiej odległości kątowej i może mieć pozytywny wpływ na odbiór w gęstej zabudowie. Ale może być też zupełnie odwrotnie, dlatego, o czym już wspominałem, do każdego przypadku trzeba podchodzić indywidualnie.
Innym rodzajem anteny szerokopasmowej, która radzi sobie z jednoczesnym odbiorem VHF i UHF jest antena logarytmiczno-periodyczna zwana najczęściej po prostu anteną logarytmiczną. Jest to antena kierunkowa wieloelementowa, która powstała, jak na tego typu wynalazki, całkiem niedawno, bo w 1958 roku. Jest ona mniej popularna niż siatkowa, ale w sklepach też można ją kupić bez problemów. Wydaje się, że mniejsza popularność wynika nie tyle z trochę niższego zysku niż anteny Yagi czy siatkowej, ale przede wszystkim z faktu, że jest po prostu mniej znana. A szkoda, ponieważ w niektórych sytuacjach może być rozwiązaniem optymalnym, nawet lepszym niż zestawy składające się z oddzielnych anten dla VHF i UHF. Oczywiście nie wszędzie będzie skuteczna, ale tam, gdzie się sprawdzi, może przynieść wymierne oszczędności (trzeba wziąć pod uwagę nie tylko cenę anteny, ale także koszty pozostałych elementów) i uprościć instalację.
Na pierwszy rzut oka antena logarytmiczna przypomina antenę Yagi, ale jest to tylko pozorne podobieństwo. Kiedy przyjrzeć się bliżej, widać, że ma ona inną konstrukcję, niż antena Yagi. Zupełnie inna jest też jej zasada działania (podarujemy sobie szczegółowy opis, ponieważ wykraczałoby to poza zakres tego artykułu). Anteny logarytmiczne są dość długie, szczególnie te o większym zysku i mają trochę mniejsze wzmocnienie niż podobnej wielkości anteny Yagi. Jednak ze względu na aluminiową konstrukcję mimo sporej długości są lekkie. A ponieważ są do tego płaskie, nie stawiają większego oporu wiatrowi. Na uwagę zasługują znajdujące się z przodu, a nie jak w innych antenach z tyłu (czyli w okolicach mocowania do masztu) zaciski do podłączenia kabla, w związku z czym jest on poprowadzony przez całą antenę (zazwyczaj w środku elementu nośnego). Jeśli antena jest zawieszona niestarannie i przód skierowany jest do dołu, spływająca woda może wpłynąć na jakość połączenia z kablem, a nawet je uszkodzić. Dlatego nawet, jeśli ten element wydaje się dobrze zabezpieczony przez producenta, warto poświęcić mu (i starannemu montażowi anteny) więcej uwagi. W myśl zasady, że trochę ostrożności nie zaszkodzi.
W niektórych modelach anten logarytmicznych konstruktorzy montują jednak zaciski lub gniazdo „F” do podłączenia kabla z „tyłu anteny”, czyli blisko jej mocowania do masztu. Nie ma tu jednak żadnej sprzeczności z tym, co napisałem wcześniej, po prostu, aby ułatwić instalację, producenci montują fabrycznie wewnątrz anteny odcinek kabla łączący rzeczywiste wyjście anteny, które zawsze znajduje się z przodu, z dodatkowym gniazdem z tyłu konstrukcji. W takim wypadku mamy do czynienia z dodatkowym złączem, trzeba się liczyć z pewnym tłumieniem sygnału. Niewielkim, ale ponieważ w skrajnie niekorzystnych warunkach odbioru nawet to może mieć znaczenie, warto o tym pamiętać.
Antena logarytmiczna nie wymaga stosowania symetryzatora, ponieważ jest dopasowana impedancyjnie do klasycznego kabla koncentrycznego 75 omów. Przy niższym zysku brak każdego elementu tłumiącego ma znaczenie, bo może wpływać na odbiór słabszych sygnałów.
Konstrukcja niektórych modeli anten logarytmicznych umożliwia odbiór VHF i UHF w różnych polaryzacjach. W ich wypadku, w razie potrzeby należy obrócić jedną część anteny w stosunku do drugiej o 90 stopni, co umożliwia specjalna łączówka kątowa. Operacja jest odwracalna i w każdym momencie można wrócić do odbioru jednej polaryzacji. W przypadku anten logarytmicznych z możliwością odbioru obydwóch polaryzacji, trochę więcej uwagi trzeba poświęcić prowadzeniu kabla w miejscu łączenia segmentów.
Zysk anten logarytmicznych podawany jest z reguły oddzielnie dla VHF i UHF a jego wartości osiągają najczęściej poziom 8~9 dBi dla VHF i 9~13 dBi dla UHF. Są one trochę niższe lub na poziomie anten Yagi (około 11~13 dBi dla UHF) i siatkowych (czasem nawet 14 dBi dla UHF), ale trzeba pamiętać, że w każdym wypadku charakterystyki znacznie odbiegają od ideału, a podane wartości to maksimum w wąskiej części pasma. Dlatego dopiero w trakcie pomiarów można się przekonać, jakie są realne osiągi i jak przekładają się one na odbiór w konkretnych warunkach.W następnym odcinku pomiary anten siatkowej i logarytmicznej i ich porównanie.
Zdjęcia: dipol.com.pl, satsklep.pl
