LRTC

Poliarizacija, poliarizacija - vertikali ar horizontali ?
Dr.Jonas Meškauskas

Pirmosios radijo ir televizijos stotys, dirbusios ultratrumpųjų bangų diapazone naudojo horizontalios poliarizacijos antenas. Atlikus daug eksperimentų paaiškėjo, kad, naudojant horizontalią elektromagnetinės bangos poliarizaciją, galima sumažinti pramoninių trukdžių poveikį vaizdo ir garso kokybei. Tai ypatingai svarbu didelių miestų gyventojams kur yra daug pramonės, medicinos įstaigų, transporto bei ryšio priemonių ir vartotojams, gyvenantiems šalia tramvajų, elektrinių traukinių ar aukštos įtampos linijų. Krituliai, vėjas, apledėjimas, atmosferiniai išlydžiai - žaibai yra papildomi trukdžiai, kurių poveikis vaizdo ir garso kokybei priklauso nuo antenos technologinio įrengimo (horizontali ar vertikali). Iki Lietuvos Nepriklausomybės atkūrimo visos ultratrumpųjų bangų diapazono (68-74 MHz) transliavimo stotys Lietuvoje naudojo horizontalios poliarizacijos antenas. Siekiant efektyviai panaudoti natūralų gamtos resursą - radijo spektrą, padidinti išrišimą tarp stočių, dirbančių artimais dažniais, sumažinti koordinavimo nuotolius, bei atsižvelgiant į tai, kad Europoje radijo pramonė jau buvo pradėjusi automobilinių radijo imtuvų gamybą su ultratrumpųjų bangų diapazonu, 1984 metų Ženevos konferencijos akte (skirtingai nuo akto Stokholmas-61) buvo numatytos abi poliarizacijos rūšys.

Atstačius Lietuvos Respublikos narystę Tarptautinėje Elektros Ryšių Sąjungoje, Lietuvos Respublikos ryšių ir informatikos ministerijos Valstybinė elektros ryšių inspekcija, vadovaudamasi Tarptautinės Elektros Ryšių Sąjungos 1984 metų Ženevos konferencijos baigiamuoju aktu leido steigti ir eksploatuoti radijo transliavimo stotis, veikiančias 88,7 - 108 MHz dažnių diapazone. 1995 metais Lietuvos Respublikos ryšių ir informatikos ministerijos Radijo ryšių koordinacinė komisija patvirtino transliavimo techninius standartus (4-oji stereofoninė sistema su pilot tonu bei 75 kHz deviacija ). Galutinai tai buvo įteisinta Lietuvos Respublikos ryšių ir informatikos ministro 1997 10 10 d. įsakymu Nr.128 tvirtinant Nacionalinę Radijo Dažnių Paskirstymo Lentelę. Pagerėjus transliavimo kokybei bei pasikeitus radijo imtuvų parkui, 88,7 - 108 MHz dažnių diapazoną pradėta vadinti FM diapazonu, nors dauguma stočių, dirbančių ultratrumpųjų bangų diapazone, naudojo dažninę moduliaciją jau nuo antrojo pasaulinio karo pabaigos.

Atsiradus daugiau transliuotojų, tarp transliavimo paslaugų teikėjų, o kartais ir vartotojų, pradėjo kilti daug bereikalingų diskusijų; - kuri poliarizacija yra 'vertingesnė’, kurią reikia naudoti norint pasiekti tolimiausią žiūrovą ar klausytoją. Panagrinėkime šį klausimą, bet, kad tai nebūtų tik poleminė diskusija, pirma prisiminkime kas yra poliarizacija.

Bet kuriame elektrodinamikos vadovėlyje galima perskaityti: “Plokštuma, kurioje yra elektrinio lauko vektoriaus kryptis ir bangos sklidimo kryptis, vadinama bangos virpėjimo plokštuma. Tiesiškai poliarizuotos bangos E virpėjimo plokštuma, vadinama poliarizacijos plokštuma arba - poliarizacija.

Elementarus simetrinis L ilgio vibratorius, kuriuo teka kintamo dažnio f srovė I aplink savo ašį sukuria elektromagnetinį lauką, kuris elektromagnetine banga yra išspinduliuojamas į erdvę, arba kaip buvo ankščiau teigiama - į eterį. Akivaizdu, kad lauko dydis bet kurioje erdvės vietoje priklausys nuo atstumo R ir nuo kampo θ tarp išilginės vibratoriaus ašies ir tiesės, išvestos iš vibratoriaus centro į nagrinėjamą tašką. Lauko dydis aprašomas taip: E(R,θ)=ZIF(θ):2pR, kur Z - erdvės banginė varža lygi 377 Omams.

F (θ) - antenos kryptingumo diagramos koeficientas, kuris priklauso tik nuo geometrinių matmenų, aprašomas formule:

λ bangos ilgis, λ_---m

Ši priklausomybė yra labai svarbi kiekvienai antenai, todėl jos išraišką nuo kampo θ , kaip pavyzdį, esant vibratoriaus ilgiui L-1.38 m., dažniui - 108 MHz (l=300/f) pateiksime 1 pav. Nuo vibratoriaus diametro priklauso išspinduliavimo varža, bet priimkime, kad nagrinėjamas vibratorius yra suderintas (R vib. = Z ) ir visa siųstuvo galia yra išspinduliuojama. Mus domina du klausimai:

- kaip geriau bus priimamas signalas ?

- horizontaliai ar vertikaliai talpinti vibratorių anteniniame bokšte ?

Suprantama, kad vienu ir kitu atveju į mūsų nagrinėjamą tašką pateks ir banga, atsispindėjusi nuo žemės paviršiaus. Atlikę pakankamai sudėtingus skaičiavimus, gausime elektrinio lauko lygtis

E- horizontalios poliarizacijos elektromagnetinės bangos elektrinio lauko stipris

U - vertikalios poliarizacijos elektromagnetinės bangos elektrinio lauko stipris

δ-bangos spindulio į žemę kampas δ – 0.05 rad

Įvertinkime, kaip priklauso E(R) ir U(R), kai R kinta nuo 2 iki 30 km, vibratoriumi teka 3 A srovė, dažnis - 108 MHz. Skaičiavimus atlikime esant priėmimo antenai 2 m (2pav.), 5 m (3pav.), 7.2 m (4 pav.), 12 m (5 pav.) aukštyje.

Dviejų metrų aukštyje vertikalaus vibratoriaus sukurtas laukas yra ženkliai didesnis už horizontalaus vibratoriaus sukurtą lauką, tačiau jau 7.2 metro aukštyje šie laukai susilygina Keliant priėmimo anteną aukščiau, pradeda ryškėti horizontalios poliarizacijos privalumai. Kartojant skaičiavimus kas ketvirtį bangos ilgio matyti, kad vertikalios poliarizacijos elektrinis laukas turi ryškiai išreikštus maksimumus ir minimus, tarp kurių skirtumas mažėja didėjant aukščiui (elektrinio lauko stiprio priklausomybė nuo atstumo taip vadinamoje tolimoje zonoje pateikta 2-5 pav.). Tačiau automobilių radijo imtuvai kartais ‘negirdi’ stoties būdami visai šalia jos. Kodėl taip yra? Atlikę skaičiavimus pagal aukščiau pateiktas formules ( 6 pav.) matome, kad atsispindėjusi elektromagnetinė banga interferuoja su kritusia ir tokiu būdu atsiranda lauko minimumai ir maksimumai. Imtuvui tolstant nuo stoties, skirtumas tarp jų mažėja, o jam esant 400m atstumu nuo stoties - beveik išnyksta. Bangų interferencija galima paaiškinti ir padidėjusį sanitarinės zonos plotą

6 pav. Elektrinio lauko priklausomybė nuo atstumo tarp imtuvo ir stoties.

E - vertinant tik potencialų lauką;

U - vertikalios poliarizacijos banga;

W - horizontalios poliarizacijos banga.

Ultratrumpųjų bangų radijo ir televizijos stotys Stokholmo 61 plane buvo suprojektuotos naudojant horizontalios poliarizacijos antenas, tačiau buvo ir išimčių. Prieš dvidešimt metų, pastačius Vilniaus TV bokštą, dėl pasikeitusio antenų aukščio teko atlikti Vilniaus televizijos stoties transliavimo kanalų tarptautinį perkoordinavimą. Kadangi gretimose valstybėse 2 ir 4 kanalais dirbo didelės galios siųstuvai, norint aprėpti didesnę teritoriją, reikėjo pakeisti horizontalią poliarizaciją į vertikalią. Pavyko suderinti taip, kad (imkim kaip pavyzdį) 2-ojo kanalo vaizdo siųstuvo efektyvi spinduliavimo galia padidėjo nuo 50 kW iki 150 kW. Didžiajai gyventojų daliai teko pasukti antenas, bet už tai kitai daliai atsirado galimybė priimti radijo ir televizijos programas.

Vertikali poliarizacija turi privalumų mobiliems radijo - televizijos įrenginiams (radijo ir televizijos imtuvai, sumontuoti automobiliuose, traukiniuose, lėktuvuose…). Vertikali antena pagal radialinę plokštumą nereaguoja į kryptį, todėl, keičiantis transporto judėjimo krypčiai, vaizdas ir garsas išlieka stabilus. Tačiau jos trūkumas yra tas, kad medžiai, įvairios statmenos metalinės kliūtys sukelia papildomus atspindžius ir slopina signalą.

Kiekvienas transliuotojas, prieš pradėdamas veiklą, turėtų gerai pagalvoti kas bus pagrindinis jo produkcijos vartotojas ir pagal tai pasirinkti tinkamą antenos poliarizaciją, o Radijo ir Televizijos Komisija, paskelbdama konkursą licenzijai gauti, turėtų įvertinti transliuotojo pasirinkimą.