Proč a jak se vyměňují antény u vysílačů
Manévry při výměně anténních systémů jsou zvenku krásně viditelné, a stávají se tak dokonalým efektním divadlem i pro většinovou populaci, která se jinak o samotné vysílání a vysílače příliš nezajímá. Nejviditelnější a asi nejpopulárnější byla výměna na pražském žižkovském vysílači. Je to pochopitelné, jeho umístění uprostřed jeden a půl milionové metropole si vyžadovalo manévry vskutku skoro vojenské. Málokdo však ví, že první anténní systémy byly vyměněny už v roce 2002 na vysílačích Kojál a Cukrák (v létě 2007 na Bukové hoře). Už tehdy byly vyrobeny a připraveny na digitální vysílání, nyní tedy stačí, obrazně řečeno, „pouze“ nainstalovat samotnou technologii dole ve vysílači a zapnout. Po žižkovském extempore pokračovaly výměny na dalších vysílačích jako je Javořice, Krašov a další, následovat budou všechny zbývající. U některých pomůže speciální vrtulník Kamov Ka-32, jinde bude stačit vrtulník klasický, případně pouze jeřáb (jako např. před měsícem na Klínovci).
Vysílač Brno-Barvičova před výměnou anténního systému, různý počet vysílacích jednotek do různých směrů (Foto: David Kříž)
Obecně u antén funguje princip reciprocity, tj. to, co platí pro vysílání, platí také pro příjem a naopak. Rozdílný je ale účel. S oblibou říkávám, že nejdůležitějším parametrem antény není nějaký technický údaj, jako je její zisk, vyzařovací úhel nebo impedance, ale účel. Podle účelu se řídí vše ostatní, a účelem vysílací televizní antény je dopravit signál tam, kam potřebujeme, a pokud možno nikam jinam. Při příjmu už je to o poznání jednodušší, stačí si vybrat ten správný vysílač a na něho nasměrovat anténu. Samotný vysílač však musí splnit přání těch, kteří bydlí v oblastech určených k pokrytí.
Jelikož digitalizace televize probíhá v našich končinách pouze v pásmu UHF, nebudeme se věnovat jiným frekvencím. Používá se několik typů anténních systémů, z nichž každý má své výhody a nevýhody.
Vysílač Brno-Barvičova po výměně anténního systému, na hlavní konstrukci jsou všesměrově umístěny jednotky pro DVB-T, systém pro analog byl přesunut na vedlejší konstrukci (Foto: David Kříž)
Jak se určuje směr šíření signálu
Základem většiny antén je vysílací dipól, ať už půlvlnný nebo celovlnný. Ten je většinou umístěn před odraznou plochou-reflektorem, který plní dvojí funkci. Dipólem vysílanou energii, která by směřovala do směru opačného, než je žádaný, usměrňuje dopředu a zároveň stíní dipól od prostředí umístěného za anténou (a naopak, prostředí za anténou odstiňuje od vysílacího dipólu). Energie se tak dostává jen tam, kam má. Vysílací dipóly se nejčastěji sdružují do vysílacích celků, tzv. patrových buzených soustav. Na stejném principu funguje známá přijímací anténa síto, nebo-li matrace. V dnešní době jsou UHF vysílací antény téměř výhradně vyráběny jako stavebnice modulů, ve kterých jsou umístěny samotné vysílací prvky. Tyto moduly, lidově zvané vaničky nebo rakvičky (případně na Slovensku i květináče), sestávají z plné zadní reflektorové stěny, na níž jsou vhodně upevněny samotné vysílací prvky. Celek je vodotěsně uzavřen v laminátovém krytu a chráněn tak proti povětrnostním podmínkám. V zadní části reflektoru je vyveden konektor pro připojení antény k vysílači.
Vysílač Velká Javorina, hlavní vysílací systém na vrcholu pro programy STV 1 a 2 na kanálech 39 a 56, výkon v řádu stovek kilowattů. Zakroužkovány jsou nízkovýkonové silně směrové systémy samostatných vysílacích jednotek směřujících na Moravu pro programy ČT 2 a Nova, kanály 47 a 21. (Foto: David Kříž)
Největším úkolem při návrhu nové vysílací antény je vždy správné sfázování jednotlivých modulů tak, aby bylo dosaženo vhodné a předem dané vyzařovací charakteristiky. V horizontální rovině je nutno směřovat signál do žádaných směrů a do ostatních ho potlačit. Ve vertikální zase zajistit, aby vysílač zbytečně nesvítil do nebe nebo pod sebe do země. Dosahuje se toho změnou délky vedení od anténního rozbočovače umístěného uvnitř nástavce na úrovni samotných vysílacích jednotek. Pomocí fázování je také nutno potlačit efekt, který vzniká kvůli nerovnoměrnosti vysílacích laloků jednotlivých anténních jednotek. To, co se na vertikálním vyzařovacím diagramu jeví jako boční laloky, se projeví na území pod vysílačem v některých místech někdy i úplným vymizením signálu. A to i přes přímou viditelnost na vysílač a nevelkou vzdálenost od něho. Tato místa jsou nazývána nulami, tedy s nulovou úrovní signálu.
Válce pro nové antény jsou duté
Některé anténní nástavce jsou řešeny jako samonosné laminátové válce. V nich jsou na středovém kovovém nosníku umístěny samotné vysílací jednotky. V prostoru mezi válcem a středovým nosníkem je prostor pro žebřík kvůli činnosti obsluhy. To umožňuje provádět uvnitř servisní práce i při nepříznivých povětrnostních podmínkách. Takový nástavec mají např. vysílače Kojál, Žižkov, Cukrák, Praděd a další. Samotné anténní jednotky mohou být různé konstrukce. Kromě klasických trubkových dipólů také dipóly diskové, jak napověděl např. pohled do tubusu sejmutého z vysílače Javořice, dále motýlkové, trychtýřové atd. Někdy se používají také antény typu superturnstile, které vypadají jako motýlí křídla. Jejich výhodou je výborná kruhová charakteristika při horizontální polarizaci.
Vysílač Lysá hora, v hlavním laminátovém tubusu anténní systém pro program ČT 1, kanál 37, výkon 300 kW. Zakroužkován směrový nízkovýkonový systém pro program Nova, kanál 52, výkon 0,25 kW, kolize s blízkým vysílačem Žilina-Krížava na stejném kanále TV Joj, 300 kW. (Foto: David Kříž)
Ve většině případů se však v dnešní době používají výše uvedené modulové anténní jednotky – vaničky. Jejich výhodou je velikost a větší univerzálnost. Používaly se běžně už dříve na televizních převaděčích, pro malé výkony a většinou v malém počtu jen pro dokrytí malých oblastí. Při vhodném seskupení do velkých celků však jsou stejně tak vhodné pro výkonné anténní systémy a dnes se používají i tam, kde byly původně laminátové tubusy. Jde např. o vysílače Krašov, Javořice, Klínovec. Výrobce je dnes totiž dokáže umístit na celokovový nosník nevelkého průřezu, avšak dostatečného, aby jím mohl prolézt servisní technik. Díky menšímu průřezu, než mají objemné laminátové tubusy, tak vytváří menší odpor větru, a tím zmenšují namáhání konstrukce. Samonosné laminátové tubusy mají ještě jednu nevýhodu, a tou je v porovnání s vaničkami výrazně větší útlum elektromagnetických vln. Tubus plní i funkci pevnostní, nosnou, proto má značnou tloušťku, naproti tomu u vaniček plní laminátový kryt jen funkci ochrannou, a je tak neporovnatelně tenčí.
Vysílač Mikulov-Děvín (Pálava), v hlavním laminátovém tubusu anténní systém pro program ČT 1, kanál 26, výkon 260 kW. Zakroužkován směrový anténní systém pro program Prima, kanál 30, výkon 1 kW. (Foto: David Kříž)
Kudy vede signál do antény
K anténnímu nástavci přivádí signál z vysílače u pásem UHF téměř výhradně koaxiální kabel. Má značný průměr a jako dielektrikum slouží vzduch. Vnitřní vodič je vůči stínící trubce vymezen plastovými rozpěrkami a do kabelu je vháněn suchý vzduch, aby uvnitř nedocházelo ke kondenzaci vody, a tím korozi vodičů. Do jednoho koaxiálního kabelu – napáječe, může být pomocí sdružovače sloučeno více koncových stupňů televizních vysílačů, které poté vysílají ze stejných anténních jednotek. Ty musí být dostatečně širokopásmové, aby dokázaly s nízkým poměrem stojatých vln zpracovat různé frekvence. Poměr stojatých vln (PSV) vyjadřuje, kolik energie se na vedení kvůli nepřizpůsobení odrazí od antény zpět k vysílači. U jakýchkoli vysílačů je poměr stojatých vln velmi důležitý parametr, v tomto případě doslova kritický. Neměl by přesáhnout hodnotu 1,05, což je například pro radioamatéry u jejich zařízení hodnota doslova v říši snů. Pokud by se poměr stojatých vln zhoršil, došlo by k degradaci vysílaného signálu a případně i k poškození koncového stupně vysílače. Dnešní moderní vysílače měří PSV samy, takže na ovládacím displeji je tato hodnota neustále dostupná a kdyby došlo např. k poškození nějaké části systému a PSV překročilo kritickou hodnotu, vysílač se sám odpojí, resp. vypne. Takže až si zas někdo budete stěžovat, že má nějaký vysílač výluku, vězte že jednou z věcí, kterou technici dělají, je měření tohoto veledůležitého parametru.
Polský vysílač Skrzyczne, v hlavním tubusovém anténním systému jsou umístěny antény pro výkonné analogové vysílače, zakroužkován nízkovýkonový směrový vysílací systém pro DVB-T, kanál 38. (Foto: Karol Ďuriš)
Samotné vysílací jednotky dnes vyrábí jen několik málo firem. Nejznámější je asi německá Kathrein, ta dodává většinu vysílacích systémů. Výrobou se však zabývá i naše Tesla, který byla v dobách minulých takřka výhradním dodavatelem vysílacích technologií včetně antén. Kromě Československa dodávala do ostatních socialistických států a i dnes dodává např. do Polska nebo Ruska. Dalším výrobcem je firma RFS, která dodala (podle fotografií pořízených na místě) mimo jiné nový laminátový nástavec pro Ještěd.
Vysílací alchymie
Podrobné konstrukční parametry jednotlivých anténních systémů nemá smysl rozebírat, protože každý z nich je pro každý vysílač unikátem vyrobeným na míru. Některé jsou všesměrové, jiné silně směrové pro vysílače v pohraničí tak, aby zbytečně nepokrývaly i území jiného státu. U vysílačů s laminátovým tubusem se při pohledu nedá usoudit, jak je systém konstruován, protože je skryt uvnitř. Systémy složené ze samostatných jednotek jsou odhadnutelné více, podle počtu a směru jednotlivých vaniček, ale i tak nevíme, jak jsou navzájem fázovány, takže je to vždy jen odhad. Proto se nedá posuzovat vysílač jen podle vysílacího výkonu a vzdálenosti, vyzařovací charakteristika totiž může zrovna naším směrem být velmi nevýhodná, a znemožnit tak příjem. Diagram záření není jednoduché někde zjistit, jisté vodítko může dát koordinační dokument. Tam jsou uvedeny útlumy do různých odstupňovaných směrů a z toho se dá vyvodit žádaný směr vysílání. Hezky je to vidět třeba na fotkách nové antény pro Klínovec, kde do dvou směrů na nosném čtyřhranu nejsou anténní jednotky vůbec osazeny. Tento směr je evidentně na Německo, kam nemá smysl drahocennou energií plýtvat. Naopak, je třeba ji ze skoro pohraničního kopce vyzářit směrem do vnitrozemí. Pokud by takovýto vysílač měl například 50kW instalovaného výkonu, dosáhne tak v žádaném směru dále než vysílač se stejným výkonem ale kruhovou-všesměrovou vyzařovací charakteristikou.
Vysílač Hodonín-Babí lom (Stražovský kopec), nahoře je rozeznatelné, jak je do různých směrů použit různý počet anténních jednotek. (Foto: Karol Ďuriš)
Tento článek se neměl zabývat konkrétními technickými aspekty vysílacích antén, spíše měl nastínit aktuální problematiku při výměně anténních systémů. Pokud bude mezi čtenáři a v redakci zájem, je možno v něm pokračovat už konkrétnějším a odbornějším popisem, podpořeným případně nákresy a diagramy.
ČLÁNKY DO MAILU