Orbis pictus 21. století Tato prezentace byla vytvořena v rámci projektu

Orbis pictus 21. století Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky Domovní televizní rozvody Domovní televizní rozvodyNávrh Obor:Elektriář Ročník: 3. Vypracoval:Prof. Ing. Václav Říčný, CSc. OB21-OP-EL-ELZ-RIC-U-3-012

NÁVRH (ENERGETICKÁ BILANCE) TKR NÁVRH (ENERGETICKÁ BILANCE) TKR 1 Úvod Návrh TKR zajišťuje žádané výstupní parametry signálů na výstupních bodech rozvodu známé topologie. V menších a středních STA je to žádaná úroveň U výst, odstup signálu od šumu , příp. dynamický rozsah D signálu na výstupech účastnických zásuvek. U velkých distribučních TV sítí jsou předepsané parametry signálů v tzv. předávacích bodech - např. na vstupech domovních stanic. Vstupními parametry návrhu jsou úrovně přijímaných sig- nálů, topologie rozvodu a technické parametry použitých pasivních i aktivních součástí (útlumy, míry šumu, zisky zesilovačů apod.) Kontrola minimálních úrovní signálů ve STA s kanálovými zesilovači by se měla provádět na všech rozváděných kanálech – minimálně však na kanále s nejvyš- ším kmitočtem) a to na nejvzdálenější zásuvce od hlavní stanice. Maximální úroveň signálu se kontroluje naopak na kanále s nejnižším kmitočtem (nebo na kanále s největším vstupním signálem) na zásuvce nejbližší k hlavní stanici. Kontrola úrovní signálů v TKR se širokopásmovými zesilovači se obvykle pro- vádí na dolním a horním okraji kmitočtového pásma.

2 Postup návrhu Návrh se provádí ve třech krocích a) kontrola a zajištění požadovaných úrovní signálů U vmin v nejvzdálenějším bodě rozvodu dané konfigurace. V tomto kroku se rovněž kontroluje, příp. upravuje maximální povolená úroveň signálu U vmax v účastnických zásuvkách blízkých hlavní stanici, b) stanovení odstupu signálu od šumu  na výstupu nejvzdálenější účastnické zásuvky nebo v předávacím bodě domovního rozvodu, Povolené minimální a maximální úrovně signálu i odstupy signálu od šumu na výstupu účastnické zásuvky, příp. v předávacím bodě domovní stanice udávají normy nebo jiná doporučení. c) stanovení (kontrola) dynamického rozsahu D signálů na výstupu nejvzdále- nější účastnické zásuvky nebo v předávacím bodě domovního rozvodu se provádí pouze v případě, že ve velkých rozvodech je více zesilovačů zapo- jeno v kaskádě (v případě domovních STA téměř nikdy). Pro návrh se často používají speciální interaktivní počítačové programy.

3 Příklad návrhu) individuální televizní antény Zadání Zadání Topologie individuální STA Vstupní signály U a1 =U a2 = 65 dB  V 8. kanál (195 MHz) 24. kanál (500 MHz) U a3 = 70 dB  V 49. kanál (700 MHz) Parametry součástí rozvodu - koaxiální kabel VCCOD b 0dB = 10 dB/100 m při f 0 = 200 MHz - slučovač S b sdB = dB - rozbočovače R 1, R 2, R 3 b rdB = 4,5 dB - širokopásmový zesilovač Z A zdB = 33 dB, F zdB = 10 dB, U 2max = 110 dB  V - účastnické zásuvky průchozí ÚZP b pdB = 3,5 dB, b vdB = 14 dB - účastnické zásuvky koncové ÚZK b vdB = 14 dB (vazební útlum)

3.1 Kontrola úrovní signálů v rozvodu Útlumy dílčích částí rozvodu Pro minimální výstupní úrovně U vmin signálu nejvzdálenější účastnické zásuvky č.1,2 platí U vmin = U ai  b cdB  dB  V . Tedy pro 8. kanál U vmin = 65  (  6,2) = 71,2 dB  V 24. kanál U vmin = 65  (  1,4) = 66,4 dB  V 49. kanál U vmin = 70  0,6 = 69,4 dB  V. Pro maximální výstupní úrovně U vmax signálu na nejbližší účastnické zásuvce (6) obdobně pro 8. kanál U vmax = 65  (  8,5) = 73,5 dB  V 24. kanál U vmax = 65  (  5,1) = 70,1 dB  V 49. kanál U vmax = 70  (  4,0) = 74,0 dB  V

Porovnáním s žádanými úrovněmi signálů na odbočovacích výstupech účast- nických zásuvek (pro analogové signálym58 až 83 dB  V) je patrné, že úrovně vyhovují. Je třeba také zkontrolovat, zda úroveň signálu U z2 na výstupu zesilovače Z nepřekročí v případě největšího přijímaného signálu (U a3 = 70dB  V) výrobcem povolenou úroveň U 2max = 110 dB  V. Vzhledem k širokopásmovému zesilování signálů tří rozváděných kanálů je třeba tuto úroveň snížit na hodnotu U' 2max = 110 – 7,5 log(3 - 1) = 107,7 dB  V. Pro největší přijímaný signál U a3 (49. kanál MHz) tedy platí U' z2 = U a3 - b k1dB - b k2dB - b sdB +A zdB = 70- 0,48 - 0,64 - 2, = 99,4 dB  V  U' 2max 3.2 Kontrola odstupu signálu od šumu  v účast. zásuvkách Přesný výpočet celkového šumového čísla F cdB větve rozvodu od antény až po účastnickou zásuvku je složitý. Je v ní zapojena řada pasivních a aktivních součástí. Při velkém zisku zesilovače Z však části rozvodu za jeho výstupem na výsledné šumové číslo nemají prakticky žádný vliv. Z hlediska šumových poměrů je kritický vstupní signál antény A a2,který má relativně nízkou úroveň, vysoký kmitočet (24.kanál). Před zesilovačem jsou zapojeny tři pasivní prvky (3 m koaxiálního kabelu, slučovač S a další 4m koaxiálního kabelu).

Výpočet výsledného šumového čísla F c a) Koax. kabel (3m) b k0dB =16 dB/100 m  b k1dB = b k0dB.3/100 =16.3/100 = 0,48 dB výkonový přenos a k1 = 10 -b k /10 = ,48/10 = 0,895, šumové číslo F k1dB = a k1 -1 = 0, = 1,12. b) Slučovač S b sdB = 2,5 dB výkonový přenos a s =, míra šumu F sdB = b rmdB + 10 log n, kde útlum b rmdB = 1 dB a n je počet slučovaných signálů (n = 2). Po dosazení F sdB = log 2 = 4 dB  šumové číslo F s = c) Koax. kabel (4m) jako v bodě a) b k2dB = 0,64 dB, a k2 = 0,862 a F k2 = 1,16. d) Zesilovač Z A zdB = 33 dB  výkonové zesílení A z = míra šumu F zdB = 10 dB  šumové číslo F z = Pro výsledné šumové číslo F c kaskády těchto čtyř prvků tedy platí

Výpočet výsledného odstupu signálu od šumu Pro odstup  na výstupu zesilovače Z pro signál z antény A 2 platí  = U a2 /(U š1 ), kde U a2 = 1,78 mV (65 dB  V) a pro t = 20  C, B š = 8 MHz a R v = 75  je U š1 = = 1,56  V. Po dosazení dostaneme  = a tedy  dB = 20log  = 20 log 226,9 = 47,1 dB. Je patrné, že tato hodnota vyhovuje a zaručuje velmi kvalitní obraz na tomto i na dalších kanálech. Poznámka K jednoduššímu vyjádření odstupu signálu od šumu  dB lze užít i logaritmickou formu  dB = U a2  U š1  b k1dB  b sdB - b k2dB  F zdB a po dosazení  dB = 65  3,86 - 0,48  2,5  0, = 47,5 dB. Nepatrná odchylka od výsledku přesného výpočtu vzniká uvažováním stejné- vlivu útlumů obou úseků kabelů před a za prvním slučovačem S.

4 Příklad návrhu střední společné televizní antény 4 Příklad návrhu střední společné televizní antény Zadání Topologie STA Vstupní signály Signály kanálů C24 a C49 jsou kmitočtově U a1 = 70 dB  V (FM), U a2 = 80 dB  V (C06) konvertovány do III.TV pásma ( MHz) U a3 = 75 dB  V (C24), U a4 =65 dB  V (C49) Pametry součástí STA - kabel 1 VCCOD ,6 b k0dB = 8 dB/100 m při 200 MHz - kabel 2 VCCOY ,8 b k0dB = 12 dB/100 m při 200 MHz - rozbočovače R b rdB = 4,2 dB - účastnické zásuvky průchozí útlum b pdB = 1,2 dB vazební útlum b vdB = 15 dB - kanálové zesilovače a měniče kmitočtu maximální zisk A zdB = 50 dB šumové číslo F zdB = 8 až 10 dB U 2max = 120 dB  V nastavitelný útlum b udB = dB - slučovač ZJ6 v hlavni stanici HS průchozí útlum b psdB = 4 dB.

4.1 Kontrola úrovní signálů v rozvodu STA Útlumy dílčích částí domovního rozvodu STA za zesilovačem Zisk kanálové zesilovačů hlavní stanice musí vyrovnat útlum k nejvzdálenější účast- nické zásuvce. Jejich zisk je nastavitelný v rozsahu 25 dB. Je třeba kontrolovat, zda pro všechny vstupní signály (U a1 až U a4 ) lze dodržet požadované výstupní úrovně na nejvzdálenější účastnické zásuvce rozvodu a na jaké hodnoty je třeba nastavit zisky jednotlivých zesilovačů. Úroveň vstupních signálů U vi zesilovačů je snížena o útlum b k (f ) 10 metrů vstupního kabelu č.1 (b k0dB = 8 dB/100m pro f 0 = 200 MHz).

Úroveň signálu na vstupu jednotlivých kanálových zesilovačů hlavní stanice U v1 = U a1 - b kdB ( f 1 ) = 70 dB  V - 0,6 dB = 69,4 dB  V pro f 1 = 100 MHz (FM rozhlas), U v2 = U a2 - b kdB ( f 2 ) = 80 dB  V - 0,8 dB = 79,2 dB  V pro f 2 = 175 MHz (kanál C06), U v3 = U a3 - b kdB ( f 3 ) = 75 dB  V - 1,4 dB = 73,6 dB  V pro f 3 = 500 MHz (kanál C24), U v4 = U a4 - b kdB ( f 4 ) = 65 dB  V - 1,6 dB = 63,4 dB  V pro f 4 = 700 MHz (kanál C49). Zisk každého kanálového zesilovače se nastavuje tak, aby na nejvzdálenějších účastnických zásuvkách (přízemí sekce B) byla alespoň požadovaná úroveň signálu U výstmin pro analogovou televizi 58 dB  V, pro FM rozhlas 50dB  V. Pracovní zisk zesilovačů je útlumovými členy nastaven tak, aby úrovně signálu na nejvzdálenější zásuvce byly co nejvyšší a přibližně stejné pro všechny rozváděné signály. Lze ji proto zvýšit na všech kanálech o 5,4 dB - což je omezeno maximálním ziskem zesilovače pro kanál C49 (A z4max = 50 dB). A zidB = U výstmin  U vi + b cmaxidB a po dosazení A z1dB  50  69,4 + 46,0 = 26,6 dB, A z2dB  58  79,2 + 48,0 = 26,8 dB, A z3dB  58  ,0 = 34,4 dB, A z4dB  58  63,4 + 50,0 = 44,6 dB. Ve všech případech jsou zisky A zidB  A zmaxdB (50 dB) v rozsahu nastavitelného útlumového článku v zesilovačích hlavní stanice (viz zadání).

Kontrola výstupních úrovní signálu U výst na nejbližší účastnické zásuvce U výst1 = A z1dB + U v1 - b cmin1dB = 26,6 + 69,4 - 33,5 = 62,5 dB  V  U výstmax (= 80 dB  V), U výst2 = A z2dB + U v2 - b cmin2dB = 26,8 + 79,2 - 34,1 = 71,9 dB  V  U výstmax (= 83 dB  V), U výst3 = A z3dB + U v3 - b cmin3dB = 34,4 + 73,6 - 34,4 = 73,6 dB  V  U výstmax (= 83 dB  V), U výst4 = A z4dB + U v4 - b cmin4dB = 44,6 + 63,4 - 34,4 = 73,6 dB  V  U výstmax (= 83 dB  V). Nejvyšší úrovně signálů rozváděných kanálů na nejbližších zásuvkách nesmí přesáhnout povolenou úroveň 83 dB  V. Je nutno také zkontrolovat maximální úroveň výstupního napětí U z zesilovačů hlavní stanice na kanálu, pro který bude nastaven největší zisk zesilovače - v tomto případě C49 (A z4dB = 44,6 dB). Úroveň výstupního napětí U z4 bude U z4 = A z4dB + U v4 = 44,6 + 63,4 = 108 dB  V  U 2max (120 dB  V). 4.2 Kontrola odstupu signálu od šumu v rozvodu STA 4.2 Kontrola odstupu signálu od šumu v rozvodu STA Celkové šumové číslo F c větve rozvodu k nejvzdálenější účastnické zásuvce je vyjádřeno vztahem F c =.

Kontrola by měla být prováděna na všech rozváděných kanálech. V tomto pří- padě je provedena pouze na kanálu s nejvyšším kmitočtem, na kterém lze předpokládat největší šumové číslo zesilovače. Pro kanál C49 tedy platí b kdB (f i ) = b kdB (f 4 ) = 1,6 dB, b cmaxdB = 50 dB, A zdB = A z4 = 44,6 dB, F zdB = 10 dB. Pro celkové šumové číslo platí F c = = 1, ,04 + 5,02 = 19,5. Pro odstup signálu od šumu  na kanálu C49 platí (pro U š1 = 1, V)  = = 258,4 nebo  dB = 20 log 298,6 = 48,2 dB. Tato hodnota zajišťuje z hlediska šumu velmi kvalitní obraz. Z uvedených příkladů je patrné, že návrh televizních kabelových rozvodů je poměrně složitý a časově náročný. Existují však speciální programy, kterými lze návrh automatizovat.

Děkuji Vám za pozornost Václav Říčný Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky Střední průmyslová škola Uherský Brod, 2010