آنتن مرکزی

در ساختمان هایی که تعداد زیادی گیرنده تلویزیونی وجود دارد (مانند هتل ها و برج های مسکونی) در صورتی که بخواهیم برای هر گیرنده یک آنتن مجزا نصب نماییم مشکلاتی مانند موارد ذکر شده در زیر بروز خواهد کرد:

•        محدودیت فضایی پشت بام برای نصب تعداد زیادی آنتن

•        اثر انعکاسی و القایی آنتن ها بر یکدیگر

•          هزینه بالای نصب آنتن برای تک تک گیرنده ها و سیم کشی آنتن تا گیرنده

•          از بین رفتن زیبایی ظاهر ساختمان و به وجود آمدن جنگلی از آنتن ها

•          حجم بالای سیم کشی آنتن ها تا گیرنده نیز مشکلاتی به وجود خواهد آورد.

با توجه به موارد ذکر شده راه کار پیشنهادی این است که از یک آنتن برای تمام گیرنده ها استفاده گردد و چون سیگنال دریافت شده توسط این آنتن برای تمام گیرنده ها کافی نخواهد بود لذا از تجهیزاتی برای افزایش مقدار سیگنال و توزیع آن بین گیرنده ها استفاده می کنیم.

عملی کردن این راه کار با استفاده از تجهیزات سیستم های آنتن مرکزی (MATV) انجام می پذیرد. از این سیستم ها به عنوان (COMMUNITY ANTENNA TV) (CATV) نیز نامبرده می شود. یک سیستم MATV مجموعه ای از تجهیزات اولیه سیگنال تلویزیونی و تجهیزات پردازش و تقویت سیگنال و توزیع آن از طریق کابل های کواکسیال بین گیرنده های تلویزیونی است و هدف از برقراری آن محیا کردن سطح سیگنال مناسب را برای هر گیرنده جهت دریافت تصویری با کیفیت قابل قبول می باشد. تجهیزات سیستم MATV به دو دسته تقسیم می گردد:

تجهیزات ابتدایی تهیه سیگنال (HEADEND equipment)

این تجهیزات شامل آنتن و تقویت کنند. فیلترها، مبدل های فرکانسی، تله موج ها و مچینگ ها می باشد که برای پردازش سیگنال تلویزیونی و رساندن آن به اندازه و کیفیت مطلوب برای گیرنده ها به کار می روند .

تجهیزات توزیع سیگنال (DISTRIBUTION equipment)

شامل قطعاتی چون تقسیم کننده های انشعابی یا تقسیم انتهایی (SPLITTER) و تقسیم کننده عبوری یا میانی TAP OFF و مقاومت های انتهایی (TERMINATOR) و غیره برای تحویل سیگنال به گیرنده ها و جدا سازی (ISOLOTION) هر گیرنده از سیستم می باشد.
اکنون به شرح تجهیزات مورد استفاده در سیستم های MATV می پردازیم.

آنتن (ANTENNA)

این وسیله دارای شاخه هایی از جنس آلومینیوم و به صورت لوله های توخالی می باشد که در اندازه های مختلف (بسته به فرکانس مورد دریافت) روی یک محور مرکزی و به صورت عمود بر آن چیده شده اند و امواج تلویزیونی موجود در فضا سیگنالی در آن القا می کند و این سیگنال توسط

به گیرنده منتقل می گردد. طبق تجربه برای دریافت تصویر با کیفیت مطلوب، آنتن باید حداقل سطح سیگنال 1000 میکرو ولت را محیا کند.

آنتن ها به دو صورت پهن باند (BROAD BAND) برای دریافت چندین کانال توسط یک آنتن و یا به صورت تک کانال برای دریافت یک کانال (معمولا آنتن یاگی) وجود دارند. هنگام انتخاب آنتن باید تعداد کانال های مورد دریافت جهت فرستنده های تلویزیونی و نوع سیگنال مورد دریافت و سطح سیگنال قابل دریافت را در نظر داشت. آنتن های مخصوص دریافت سیگنال های UHF معمولا دارای شاخه های بلندتری نسبت به آنتن های VHF می باشند. یک نوع از آنتن ها نیز ترکیبی می باشند یعنی دارای دو قسمت دریافتUHF  وVHF  می باشند.

بالن  (BALUN)

آنتن ها معمولا امپدانس 300 اهم دارند در حالی که تجهیزات MATV دارای امپدانس 75 اهم می باشند لذا برای انتقال سیگنال با مقدار حداکثر باید از وسیله ای که بالون نامیده می شود استفاده گردد تا امپدانس 300 اهم آنتن با امپدانس 75 اهم سایر تجهیزات منطبق گردد. بالون را در نزدیک ترین فاصله نسبت به ترمینال آنتن وصل می کنند.

پیش تقویت کننده ها:

در محل هایی که سیگنال دریافت شده توسط آنتن ضعیف باشد برای اینکه سطح سیگنال لازم برای ورودی تقویت کننده را فراهم کنیم ممکن است مجبور شویم از پیش تقویت کننده استفاده کنیم. این پری آمپلی فایرها گاهی به عنوان مبدل امپدانس 300 به 75 اهم نیز عمل میکند و نیاز به بالون را مرتفع می سازند. پری آمپلی فایر باید با دقت و کیفیت بالا انتخاب گردد و نسبت سیگنال به نویز آن (S/N RATIO) بالا باشد چون نویز در پری آمپلی فایر مبنایی برای کل سیستم خواهد بود.

مبدل های VHF

از آنجا که به دلیل فرکانس بالاتر افت سیگنال UHF در سیستم نسبت به VHF بیشتر است لذا در سیستمهای MATV میتوان کانال های UHF را با استفاده از مبدل ها قبل از ورود به آمپلی فایر به کانال های استفاده نشده VHF تبدیل کرد. البته برای هر کانال یک مبدل مجزا مورد نیاز است.

در برخی از مبدل ها امکان میکس یک سیگنال ورودی دیگر با سیگنال تبدیل شده وجود دارد مبدل ها سیگنال تبدیل شده را تقویت نیز می کنند لذا باید در محاسبات سیستم مقدار این تقویت را نیز در نظر گرفت به دلیل اینکه تغییرات وسیع دما باعث عدم پایداری در خروجی مبدل می شود لذا باید مبدل را در مکانی با هوای متعادل نصب کرد .

تلفیق کننده ها Modulator 

از این وسیله برای تلفیق سیگنال صوتی و تصویری باهم و تبدیل آن به کانال RF استفاده می گردد. سطح خروجی برای بهترین حالت قابل تنظیم است.

فیلترها و مسدود کننده ها FILTERS AND TRAPS

از این وسایل برای حذف فرکانس های ناخواسته و دریافت سیگنال بدون تداخل و نویز استفاده می شود. همچنین می توان باند مربوط به یک کانال را مسدود کرده و یک کانال ویدئویی یا هر منبع دیگری به جای آن قرار داد.

تضعیف کننده ها ATTENUATORS

چون ممکن است سیگنال مربوط به بعضی کانال ها بسیار قوی تر از کانال های دیگر باشد و سیگنال های قوی سیگنال های ضعیف را تحت تاثیر قرار دهند و در نتیجه سطح سیگنال ها یکسان نباشد و این امر باعث ایجاد نویز گردد باید با استفاده از تضعیف کننده ها سیگنال های قوی را کاهش دهیم.

تضعیف کننده ها می توانند ثابت یا قابل تنظیم باشند. چون تضعیف کننده ها تمام سیگنال عبوری را به یک اندازه تضعیف می کند. لذا باید فرکانس هایی را که می خواهیم تضعیف شوند از سایر فرکانس ها جدا کنیم.

ترکیب کننده ها

در صورتی که از سیستم MATV بیش از یک آنتن مورد استفاده قرار گیرد باید قبل از اعمال سیگنال به تقویت کننده از ما را توسط میکسر با هم ترکیب کنیم. میکسر شامل تعدادی فیلتر با باند گذر مشخص می باشد که کانال های TV جداگانه توسط این فیلترها در یک خروجی مشترک ظاهر شده و به آمپلی فایر اعمال می گردد. علاوه بر آن فرکانس های مزاحم نیز توسط این دستگاه ها فیلتر می گردند .برای مثال در صورتی که یک میکسر برای کانال 2 و 4 تنظیم شده باشد در صورت وجود کانال 3 این کانال توسط میکسر فیلتر خواهد شد.

البته در چنین موردی که کانال های باند پایین و غیر پشت سر هم (یعنی 2 و 4) به میکسر اعمال شده اند اگر کانال 3 قوی باشد باعث ایجاد تداخل می شود و لازم می گردد یک مسدود کننده (TRAP) برای کانال 3 نصب گردد. میکسر همچنین می تواند به صورت معکوس برای جدا کردن سیگنال های حاصل از آنتن به صورت خطوط مجزا استفاده گردد تا سیگنال های قوی تا سطح سیگنال های ضعیف تضعیف شده و سپس به تقویت کننده اعمال شوند.

تقویت کننده ها AMPLIFIERS

برای بالا بردن سطح سیگنال دریافت شده توسط آنتن از تقویت کننده استفاده می گردد تا افت سیستم توزیع جبران شود و سیگنال مناسب به هر تلویزیون برسد. مقدار توانایی آمپلی فایر در تقویت کننده برحسب دسی بل بیان می شود و ضریب بهره تقویت سیگنالGAIN  نام دارد. هنگام انتخاب آمپلی فایر باید مشخصات آن را دقیقا مورد مطالعه قرار داد نباید مجموع سیگنال ورودی و ضریب تقویت آمپلی فایر از مقدار قابلیت خروجی آمپلی فایر بیشتر شود چون این امر باعث حالت اضافه بار در خروجی (over load) و خرابی سیگنال می گردد. آمپلی فایر ها یا به صورت پهن باند هستند که چندین کانال را به طور یکسان تقویت می کنند یا به صورت تک کانال که برای مهیا کردن یک سیگنال با سطح یکنواخت به کار می روند و در هر کانال تنظیم سطح خروجی تک تک کانال ها به کمک مدار کنترل تقویت اتوماتیک (AGC) امکان پذیر است. آمپلی فایرها بسته به محل مورد استفاده به دو نوع تقسیم میگردند:

الف: آمپلی فایر توزیع  (DISTRIBUTION AMP)

ب: آمپلی فایر خط  (LINE AMP)

آمپلی فایر توزیع در ابتدا برای توزیع سیگنال بین شاخه ها استفاده می گردد ولی آمپلی فایر خط در طول خطوط برای تقویت سیگنال در محل هایی که سطح سیگنال به قدری افت کند که کیفیت تصویر لازم را ایجاه نکند و افت بقیه سیستم را جبران ننماید استفاده می شود.

در حقیقت هر گاه افت های سیستم آن قدر زیاد باشد که آمپلی فایر ها ساخته شده قادر به جبران آن نباشد باید سیگنال را بعد از فرستاده شدن به خط توزیع در جاهایی که سطح آن از مقدار مورد نیاز پایین می آید به کمک آمپلی فایرهای خط تقویت کنیم. در زیر چند نمونه آمپلی فایر و دیاگرام اتصال یک نوع خانگی (ATBC124) را می بینید که برای استفاده 4 تلویزیون از یک پریز کاربرد دارد.

تقسیم کننده انشعابی

کابل هایی که سیگنال را از تجهیزات اولیه (HEAD END) به دستگاه های گیرنده می رسانند خطوط اصلی TRUNK نامیده می شود. اسپلیترها قطعات الکترونیکی هستند که روی خطوط اصلی قرار می گیرند و یک ورودی اصلی دارند که سیگنال را دریافت کرده و بین چندین خط خروجی به تساوی تقسیم می کنند. در حقیقت برای گرفتن انشعاب از خطوط اصلی از اسپلیتر استفاده می گردد. اسپلیتر ها در انواع 2 راه، 4 راه، 8 راه، 12 راه، 14 راه و 16 راه ساخته شده اند که این اعداد تعداد خروجی های آن را مشخص می کنند.

تقسیم کننده های عبوری

اگر بخواهیم از یک خط اصلی در طول مسیر انشعاب هایی بگیریم و سپس خط را ادامه دهیم باید از TAP OFF استفاده کنیم. تپ آف دارای یک ورودی اصلی و یک خروجی اصلی با افت کم نسبت به ورودی است و دارای چند خروجی فرعی نیز می باشد که سطح سیگنال آن ها نسبت به ورودی اصلی خیلی پایین است و این خروجی های فرعی برای مسیر های انشعابی استفاده می گردند. به عنوان مثال برای انشعاب گرفتن از خط اصلی در طبقه چهارم و سوم از دو عدد تپ آف خط استفاده می شود که خط اصلی از خروجی تپ آف طبقه چهارم به ورودی تپ آف طبقه سوم اتصال می یابد و از خروجی تپ آف طبقه سوم نیز به طبقات پایین تر می رود. انشعابات لازم برای دستگاه های گیرنده در هر طبقه نیز از خروجی های فرعی تپ آف آن طبقه گرفته می شود.

بعضی از تپ آف ها به صورت توکار در داخل دیوار قرار می گیرند (WALL TAP) و دارای خروجی 300 یا 75 اهم و یا هر دو می باشند .بعضی تپ آف ها ممکن است قادر باشند ولتاژ DC/AC را از خود عبور دهند تا قابلیت تغذیه تجهیزات را از طریق خط سیگنال فراهم آورند. تپ آف ها در انواع یک راه – 2 راه – 3 راه – 4 راه و غیره ساخته شده اند و تعداد راه ها تعداد خروجی های فرعی تپ آف را نشان می دهد .

پریز ها

پریزهای آنتن معمولا به صورت تو کار نصب می گردند و قابلیت تطبیق امپدانس را بین خط سیگنال 75 اهم و ورودی 300 اهم تلویزیون دارند. بعضی از تپ آف های دیواری(WALL TAP)  نیز دارای خروجی 300 اهم می باشند ولی بهتر است در محل هایی که سیگنال قوی است برای جلوگیری از سایه روی تصویر و برداشت مستقیم سیگنال توسط تپ آف ها و جلوگیری از بروز اختلال در تصویر از مبدل 75 به 300 اهم جداگانه استفاده گردد. پریزها در دو نوع میانی و انتهایی ساخته می شوند. نوع میانی دارای امکان انشعاب گرفتن برای پریز بعدی نیز می باشد و برای آخرین پریز در مسیر پریز انتهایی استفاده می شود.

جدا کننده های باند

برای جدا کردن سیگنال UHF از VHF قبل از اعمال آن به تلویزیون یا برای جدا کردن باند FM و VHF در سیستم های VHF/FM  از جدا کننده ها استفاده می گردد. دو مدل DIPLEXER  را در زیر می بینید:

انتهایی ها

برای پایان دادن به هر خط 75 اهمی در سیستم MATV یا پورت های استفاده نشده در تجهیزات باید یک مقاومت 75 اهمی برای جلوگیری از برگشت سیگنال به خط و ایجاد شبح در تصویر استفاده گردد. در صورتی که تغذیه برق تجهیزات از طریق خط سیگنال انجام شده باشد باید از ترمیناتور بلوکه کننده ولتاژ استفاده می شود .

دسی بل

مقدار سیگنال تلویزیونی را عموما با واحد میکرو ولت اندازه می گیرند و برای سادگی محاسبات و کم شدن اعشار از دسی بل (db) استفاده می گردد. در حقیقت دسی بل چند مرتبه بزرگ یا کوچک بودن سیگنال را نسبت به یک سطح مبنا نشان می دهد. در سیستم های MATV این سطح مبنا (E2) را برابر 1000 میکرو ولت میگیرند لذا برای خروجی 1000 میکرو ولت بهره برابر صفر دسی بل میشود. تمام مقادیر ضریب تقویت آمپلی فایرها و افت های سیستم و مقادیر ایزولاسیون به db بیان می شود. در محاسبات بر حسب دسی بل به راحتی می توان مقادیر را جمع یا تفریق کرد. در ادامه بحث ما مبنای بالا را در نظر میگیریم. لازم به ذکر است در بعضی سیستمها ولتاژ مبنا(E2)  را برابر یک میکرو ولت میگیرند و از رابطه db = 20 log El مقدار بهره را به دست می آورند و بر حسب دبی میکرو ولت بیان میکنند که برای ولتاژ خروجی (El) یک میکرو ولت مقدار بهره برابر صفر دبی میکرو ولت بدست می آید. در این صورت برای مقدار مبنای 1000 میکرو ولت که در حالت قبلی صفر دسی بل به دست می آمد 60 دبی میکرو ولت بیان میشود.

کابل های مورد استفاده در  MATV

در کابل کشی سیستم های MATV از کابل کواکسیال 75 اهمی استفاده می گردد .این کابل ها که به آن ها کابل هم محور هم اطلاق می شود دارای یک هادی مرکزی از جنس مس می باشند که وظیفه حمل سیگنال را به عهده دارد و یک شیلد به صورت بافته مسی که دور کابل را گرفته و از اثر القا و تداخل روی سیگنال توسط عوامل خارجی جلوگیری می کند و امکان جذب مستقیم سیگنال توسط هادی مرکزی را از بین می برد. برای اتصال کابل های کواکسیال به تجهیزات MATV  از کانکتور های نوع F استفاده می گردد که بسته به نوع کابل سایز آن انتخاب می گردد. کابل های مورد استفاده در سیستم MATV برای خطوط اصلی RG6 – RG11 – RG59 می باشد که تفاوت آن ها در مقدار افت کابل به ازای طول مشخص می باشد .برای فواصل طولانی (بین چندین ساختمان) و یا برای مواردی که نیاز به خاک کردن کابل باشد کابل RG11/U استفاده می گردد. در داخل ساختمان نیز معمولا برای تمام مسیرها به طور یکسان کابل RG59 به کار می رود.

برای اتصال پریزها به سیستم بین تپ آف و پریز و یا بین اسپلیتر و پریز بسته به فاصله و تعداد پریزهای مسیر از کابل های 3C-2V  و 4SC-2V  و 5C-2V  استفاده می گردد هرچه ضریب حرف C بالاتر باشد افت کابل کمتر است. در شکلهای زیر سه نوع کابل با نمودار مقدار تضعیف سیگنال بر حسب طول کابل و انواع کانکتورها را میبینید:

طراحی سیستم MATV

از آنجا که افت سیستم توزیع آنتن مرکزی در انتخاب تجهیزات اولیه (HEAD END) موثر است لذا باید ابتدا سیستم توزیع را طراحی و محاسبه نمود. قدم اول تهیه نقشه ساختمان و علامت گذاری محل پریزها و محل آمپلی فایر است. نحوه توزیع کابل ها نیز از نظر عمودی یا افقی بودن نسبت به شکل ساختمان باید تعیین شود و سپس کابل های لازم تعیین شود.

از کابل کشی طولانی و کابل کشی زیگزاگ و حلقوی باید اجتناب کرد و کابل ها را حد الامکان به طور مستقیم کشید. بعد محل تپ آف ها و اسپلیتر ها را تعیین می کنیم. طولانی ترین کابل یا کابل با بیشترین تعداد تپ آف ها و اسپلیتر ها را باید برای محاسبه افت سیستم در نظر گرفت. در صورت عدم اطمینان در مورد شاخه با بیشترین افت باید در چندین شاخه افت را محاسبه کرد و شاخه با بیشترین افت را انتخاب نمود.