Komponenten und Technologie von terrestrischen TV-Empfangssystemen

Komponenten eines Systems für den terrestrischen TV-Empfang

Die Komponenten können in drei Hauptabschnitte unterteilt werden:

1. Signalerfassungssysteme: Elemente, die elektromagnetische Wellen von Sendern (oder Repeatern) empfangen und für den TV-Empfang verteilen.
2. Vorverstärker
3. Kopfstation (Headend)

Antenne

Die Antenne ist das letzte Element, das Radiowellen aussendet, und das erste Element des Empfangssystems. Sie wandelt die eingefangene elektromagnetische Energie der TV-Sender in elektrische Energie um. Eine korrekt installierte Antenne erhöht die Systemleistung.

Grundlagen der Antennenfunktion

Antennen basieren auf dem Dipol, der aus zwei halbleitenden Stäben oder Drähten besteht, die hintereinander angeordnet sind. Die Antenne erfasst Signale am besten, wenn sie exakt auf den Ausgangspunkt des Signals ausgerichtet ist.

Antennenrohre bestehen oft aus Aluminium, da es leicht ist, nicht korrodiert, ein guter Leiter ist und kostengünstig. Es wird auch Duraluminium verwendet, eine Legierung aus Aluminium, Kupfer und Mangan.

Bestandteile einer Antenne

• Dipol: Empfängt elektromagnetische Wellen mit ausreichender Stärke für den Fernsehempfang. Seine Länge entspricht der halben Wellenlänge der abgestrahlten elektromagnetischen Wellen und muss in Richtung des Signalursprungs ausgerichtet werden.
• Reflektor: Wird hinter dem Dipol platziert. Er verhindert den Empfang elektromagnetischer Wellen von der Rückseite des Dipols und verstärkt den Empfang von vorne. Er wirkt wie ein Schirm, um die Wirksamkeit zu erhöhen.
• Direktor (Direktoren): Wird vor dem Dipol platziert, um schmale Empfangskeulen (Lappen) zu erzeugen und die Reichweite für den Signalempfang zu vergrößern. Direktoren sind kürzer als der Dipol und lenken die Wellen zum Dipol. Der Abstand zwischen den Elementen hängt vom Hersteller ab.

Wichtige Antenneneigenschaften

• Verstärkung (Gain): Dieser Wert gibt an, um wie viel der Pegel des TV-Signals im Vergleich zu einer Referenzantenne erhöht wird. Referenzantennen sind oft der isotrope Strahler oder der Halbwellendipol (½ Dipol).
• Richtcharakteristik: Beschreibt den Winkel, in dem die Antenne das TV-Signal rechts und links von der Richtung der maximalen Verstärkung empfängt, wobei der Gewinn nicht weniger als 3 dB unter dem maximalen Gewinn liegt.
• Vor-/Rück-Verhältnis: Liegt zwischen 90° und 270° der maximalen Signalempfangsrichtung. Die Empfangskeulen auf der Rückseite sind für den Empfang uninteressant und werden gedämpft, um die Erfassung von Störsignalen oder Reflexionen zu verhindern. Der Reflektor hat hierbei zwei Funktionen: Er verhindert den Signalempfang von der Rückseite und verstärkt das Signal von der Vorderseite.
• Breitbandigkeit: Feste Frequenzbereiche, innerhalb derer die Antenne ihre Eigenschaften beibehält. Auf dem Markt gibt es Schmalband- oder Breitbandantennen.
• Impedanz (Z): Der Widerstand, den ein Stromkreis dem Wechselstrom entgegensetzt. Es ist wichtig, dass alle Elemente der TV-Installation die gleiche Impedanz aufweisen. Sind die Impedanzen nicht gleich, führt dies zu Signalverlust und schlechtem Empfang.

Antennentypen

• Yagi-Antenne: Besteht aus einem Dipol als Sensorelement, einem oder mehreren Direktoren vor dem Dipol und einem Reflektor hinter dem Dipol. Sie kann für Breitband- oder Multiband-Anwendungen verwendet werden.
• Logarithmisch-periodische Antenne: Besteht aus einer Reihe aktiver Dipole, was zu einer Multiband-Antenne führt. Diese werden häufig in Einzelanlagen eingesetzt.
• Panel-Antenne: Eine Ansammlung vertikal angeordneter Antennen. Sie wird verwendet, wenn ein schwaches Signal empfangen werden soll oder mehrere Sender in der Nähe erfasst werden.

Vorverstärker

Die Funktion des Vorverstärkers besteht darin, den Pegel des von der Antenne erfassten Signals zu erhöhen, um einen Wert zu erreichen, bei dem das TV-Bild perfekt ist. Die Notwendigkeit eines Vorverstärkers hängt von der Signalstärke ab, die die Antenne empfängt.

Er wird direkt an der Antenne oder am Mast montiert, wobei der Abstand zwischen dem Dipol und dem Eingang des Vorverstärkers so kurz wie möglich gehalten werden sollte. Vorverstärker sind in der Regel Breitbandgeräte und enthalten Impedanzadapter sowie einen Breitbandverstärker.

Modelle von Vorverstärkern

• Breitbandverstärker: Verfügt über einen Eingang und einen Ausgang. Wird verwendet, wenn die Antenne Multiband-fähig ist und eine Impedanz von 75 Ω aufweist.
• Breitbandverstärker mit mehreren Eingängen: Bietet Verstärkung in mehreren Frequenzbändern. Es ist zu beachten, dass der Gewinn bei niedrigeren Kanälen oft geringer ist.

Eigenschaften von Antennen-Vorverstärkern

• Verstärkungsfaktor (dB): Die Differenz zwischen dem Signalpegel am Eingang und dem Signalpegel am Ausgang.
• Rauschfaktor (dB): Zeigt den Rauschpegel an, den der Eingangsverstärker hinzufügt. Je höher das Rauschen, desto schlechter das Bild. Zur Bewertung des Rauschfaktors wird das Signal-Rausch-Verhältnis verwendet.
• Maximale Ausgangsspannung (mV, dBmV): Der höchste Signalpegel, den der Verstärker ohne Verzerrung liefern kann.
• Rückflussdämpfung Eingang/Ausgang (dB): Misst die Anpassung zwischen dem Vorverstärker und dem nachgeschalteten Verteilungsnetzwerk (Kopfstation).

Kopfstation (Headend)

Die Kopfstation besteht aus allen Elementen, die das von der TV-Antenne empfangene Signal verarbeiten.

Verstärker in der Kopfstation

Verstärker sind Komponenten der Kopfstation, deren Aufgabe es ist, die Pegel der empfangenen TV-Signale zu erhöhen. Hierbei ist dem Rauschfaktor besondere Aufmerksamkeit zu schenken.

Das zentrale Merkmal ist die hohe maximale Ausgangsspannung, um sicherzustellen, dass das Verteilungsnetzwerk mit den erforderlichen Signalpegeln versorgt wird.

Klassifizierung der Verstärkerelemente

• Breitbandverstärker: Verstärken mehrere Kanäle desselben Bandes oder verschiedener Bänder. Sie werden normalerweise verwendet, wenn die empfangenen Signale ähnliche Pegel aufweisen. Sie verfügen über mehrere Eingänge (einen oder mehr pro Band) und benötigen eine Stromquelle. Intern gibt es zwei Möglichkeiten der Anwendung: gemeinsame oder separate Eingänge.
• Einkanalverstärker: Verstärken nur einen einzigen TV-Kanal. Dies ist wichtig für die Selektivität, da alle anderen Kanäle, die auf derselben Frequenz empfangen werden, unterdrückt werden.

  Die Anlage besteht aus mehreren Verstärkern, die jeweils den gewünschten Kanal verstärken. Sie werden in RITS (Rack-Einheiten) installiert. Für die Installation einer Reihe von Einkanalverstärkern ist eine Stromversorgung erforderlich, die Gleichstrom liefert.

  Die Funktionsweise (Z-Technik) erfordert die Trennung der zu verstärkenden Kanäle am Eingang durch geeignete Bandpassfilter, die nur den Durchgang des TV-Kanalsignals zur Verstärkung erlauben.

  Es gibt zwei Modelle:

  1. Einkanalverstärker mit einem Eingang und zwei Ausgängen: (Belastet mit 75 Ω). Die Ausgänge aller Verstärker werden gemischt (Z-Mischung), um einen einzigen Ausgang für die Einspeisung in das Netz zu erhalten.
  2. Einkanalverstärker mit zwei Eingängen und Ausgängen: Verfügt über zwei Eingänge. Einer empfängt das gesammelte Signal (mit 75 Ω abgeschlossen), und der TV-Signaleingang ist mit dem Eingang des nächsten Verstärkers verbunden, bis zum letzten, der einen Lastwiderstand aufweist.