Новости

09	Февраля 2008

- CSTB-2008
Наша компания приняла участие в юбилейной - 10-ой Международной выставке спутникового и кабельного телевидения CSTB, проходившей в выставочном центре Крокус-Экспо.

26	Декабря 2007

- Поздравляем с Новым Годом и Рождеством!
Компания ПМК "Сеть" поздравляет вас с наступающим Новым Годом и Рождеством!

Все новости

Публикации

Кабельное телевидение с нуля: глазами очевидца и участника
Для того, чтобы понять каким образом мы пришли к таким высокотехнологичным сооружениям, надо оглянуться достаточно далеко назад, надо окинуть ретроспективным взглядом всю историю этой отрасли...
(Экслер Б.С.)

Особенности проектирования систем кабельного телевидения высотных зданий.
Высотное здание – это особый мир, в котором переплетаются множество сложных коммуникаций и конструкций, где царят иные законы, не известные типовому домостроению.
(Колосков А.А.)

Все статьи

- Формирование телепорта для крупных систем кабельного телевидения.

А. А. Колосков
Теле-Спутник №9(71) Ноябрь 2001

Строительство крупных систем кабельного телевидения (СКТВ) является актуальной задачей на сегодняшний день.

Строительство крупных систем кабельного телевидения (СКТВ) является актуальной задачей на сегодняшний день [1]. С учётом требований, предъявляемых к современным СКТВ (интеграция услуг, применение гибридных (HFC) технологий, широкополосность, интерактивность и т.д.), создание таких систем без предварительного проектирования становится невозможным. По функциональному назначению, технической реализации и методам проектирования СКТВ можно условно (т.к. СКТВ – это единая система) разбить на три основные части. 1-телепорт, обеспечивающий приём всех необходимых радиоканалов (эфирных, спутниковых, ретрансляционных и т.д.).

2 – головное оборудование (включая оборудование провайдеров услуг), осуществляющее обработку и распределение в сети всех видов сигналов. 3 – распределительная сеть, доставляющая все эти сигналы абоненту и обратно (в случае интерактивной системы).

По второй и третьей частям существует довольно много публикаций [6,8,9,10]. Первая часть освещена слабее, видимо, из-за кажущейся простоты. Тем не менее, при проектировании крупных СКТВ автор столкнулся с рядом проблем, связанных с формированием телепорта (обоснованный выбор диаметров спутниковых антенн, приём эфирного телевидения в сложных условиях, расчёт ветровых нагрузок и т.д.). Систематизация материалов и накопленный опыт в решении данных вопросов могут оказаться полезными разработчикам СКТВ и кабельным операторам.

Чем определяется диаметр приемной спутниковой антенны? Как его выбирают?

Вначале кратко напомним некоторые теоретические обоснования, позволяющие с пониманием подходить к выбору диаметра приемной спутниковой антенны.
Во всех системах электрической связи, в том числе, естественно, и телевидения, качество приема сигнала, несущего информацию, определяется отношением уровня сигнала к уровню помехи. Основной помехой в системах НТВ является шум в телевизионном канале, который обусловлен собственными шумами приемных устройств спутниковой линии. Этот шум имеет флуктуационный характер и воспринимается на изображении в виде хаотически двигающихся мелких точек, а при малом уровне сигнала – в виде светлых и темных черточек. С увеличением уровня шума четкость изображения уменьшается. При телевизионной передаче принято определять отношение размаха сигнала, т. е. величину изменения напряжения от уровня черного до уровня белого, к эффективному напряжению взвешенного шума на выходе канала. Для определения последнего рекомендуются два взвешивающих фильтра. Один – для чёрно-белого и цветного телевидения в системе СЕКАМ (не универсальный фильтр с постоянной времени

=330 нс), а второй – универсальный для всех систем (с постоянной времени

=245 нс) [4].
В соответствии с ГОСТ 19463-89 «Магистральные каналы изображения радиорелейных и спутниковых систем передачи» отношение размаха сигнала изображения к эффективному значению напряжения взвешенного шума в полосе частот 6 МГц (полоса принятой у нас системы СЕКАМ с разложением изображения на 625 строк) при измерениях фильтром с

=330 нс должно быть не менее 54 дБ, а при измерениях фильтром с

=245 нс – не менее 50 дБ.
[2] рекомендует отношение размаха сигнала изображения к эффективному значению напряжения взвешенного шума для коллективного приема 50 или 46 дБ, а для индивидуального приема – 46 или 42 дБ соответственно для взвешивающих фильтров с

=330 нс или

=245 нс.
При субъективной экспертной оценке качества телевизионного изображения по пятибалльной системе в зависимости от уровня шумов, которые ведут к потере градаций и четкости, было определено [3], что отношение 54 (50) дБ оценивается почти в 5 баллов, отношение 50 (46) дБ – в 4,8 балла, а отношение 46 (42) дБ – в 4,4 балла.
При детектировании частотно-модулированного сигнала стандартным частотным детектором достигается выигрыш в отношении мощности сигнала к мощности шума на выходе приемника по сравнению с отношением на его входе. Этот выигрыш при частотной модуляции определяется выражением [3]:

(1)

где

f – ширина полосы пропускания приемного тракта до входа частотного детектора; fд – девиация частоты сигнала изображения; Fв – верхняя частота пропускания видеотракта на выходе частотного детектора.
При уменьшении отношения сигнала к шуму на входе частотного детектора (C/N) с некоторого значения нарушается постоянство величины выигрыша – происходит резкое увеличение шума на выходе – наступает так называемый порог. При этом не только возрастает мощность шума, но и меняется его характер, появляются отдельные пороговые импульсы, а при дальнейшем уменьшении сигнала число импульсов резко возрастает. Методы определения порогового отношения (C/N)пор для приёмных установок подробно изложены в [2].
Пороговое отношение сигнал/шум на входе стандартного частотного детектора составляет 10…12 дБ. Это отношение может быть улучшено применением синхронного фазового детектора, у которого оно составляет 6…8 дБ и даже меньше.
Итак, антенна должна быть выбрана такого размера, чтобы обязательно обеспечить на входе частотного детектора отношение сигнал/шум более порогового значения и требуемое отношение размаха сигнала изображения к эффективному значению напряжения взвешенного шума на выходе видеотракта.
Отношение размаха сигнала изображения на выходе приемника к эффективному значению напряжения взвешенного шума определяется выражением [4]

(2)

где Up – размах сигнала изображения на выходе тракта изображения; Uш.взв – эффективное значение напряжения взвешенного шума на выходе тракта изображения; Pс – мощность сигнала на входе конвертера приемной установки; Pш – суммарная мощность шумов на входе конвертера (мощность шумов антенны, элементов антенно-волноводного тракта и самого конвертера); Bчм – выигрыш при передаче сигналов изображения методом частотной модуляции; B – коэффициент взвешивания; a – выигрыш по шумам при введении предыскажений; b – коэффициент пересчёта размаха сигнала изображения к эффективному значению.
Обычно отношение сигнал/шум и выигрыш ЧМ принято выражать в децибелах. Тогда для фильтра с

=245 нс и полосой 6 МГц

	(3)
для фильтра с =330 нс и полосой 6 МГц	(4)

В системе «НТВ-Плюс» были приняты девиация частоты полным телевизионным сигналом 9 МГц, полоса приемника 27 МГц, Fв=6 МГц. Используя формулу (1), имеем: Bчм(9;27;6)=8,7дБ. Здесь нужно заметить, что размах видеосигнала от уровня гашения до уровня белого составляет 70% от величины полного телевизионного сигнала (с синхросмесью). Поэтому в (1) следует подставлять fд=0,7*9=6,3 МГц.
В большинстве зарубежных спутниковых систем передаются сигналы стандарта B/G и можно считать Fв=5 МГц. В системе ASTRA-1 с параметрами: девиация частоты полным ТВ-сигналом 8 МГц,

f=26 МГц, Fв=5 МГц, ЧМ-выигрыш составит Вчм(8;26;5)=9,9дБ. В системе Intelsat Вчм(10;30;5)=12,5дБ и в системе Eutelsat Вчм(12,5;35;5)=15,07дБ.
Если необходимо обеспечить индивидуальный прием и отношение сигнал/шум на выходе 42 дБ, то на входе это отношение в системе «НТВ-Плюс» должно быть: (C/N)дБ=42-(8,7+23,3)=10 дБ, в системе ASTRA-1: (C/N)дБ=42-(9,9+23,3)=8,8 дБ, в системе Intelsat: (C/N)дБ=42-(12,5+23,3)=6,2дБ, а в системе Eutelsat: (C/N)дБ=42-(15,07+23,3)=3,63дБ.
Обратим внимание на полученные результаты. Как уже было сказано, пороговое отношение для современных фазовых детекторов имеет величину 8 дБ. Это означает, что в системах «НТВ-Плюс» и ASTRA-1 обеспечивается некоторое превышение над порогом, а в системах Intelsat и Eutelsat превышение не достигается, т.е. следует пойти на увеличение диаметра антенны для обеспечения работы над порогом, при этом увеличится отношение размаха сигнала к эффективному значению напряжения взвешенного шума на выходе системы. Полученные результаты можно объяснить и так: первые две системы оптимизированы для индивидуального приёма, а последние две для работы в коллективных и магистральных каналах спутниковой связи.
При работе через какой-либо спутник, с использованием приемников с полосой пропускания 27 МГц, девиацией 9 МГц и верхней частотой видеосигнала 6 МГц, отношение мощности сигнала к мощности шумов в приемном тракте (C/N), как следует из приведенных выше формул, должно быть для магистральных спутниковых каналов не менее 18 дБ, для коллективного приема – 14 дБ и для индивидуального приема – 10 дБ.
Приведенные выше соображения позволяют сделать очень важный практический вывод: антенна должна выбираться такого размера, чтобы обязательно обеспечить необходимое отношение сигнал/шум (C/N) на входе приемника.

Расчет диаметра приемной спутниковой антенны

Большое расстояние между спутником и приемной станцией обусловливает значительное ослабление передаваемого сигнала на линии ИСЗ – Земля. Если представить себе бортовой передатчик мощностью Pб находящимся в центре шара с радиусом l, равным расстоянию от ИСЗ до приемной антенны, то на 1 м2 поверхности этого шара будет приходиться поток энергии

(5)

В – затухание сигнала в атмосфере.
Для концентрации энергии в нужном направлении на спутнике применяют направленную антенну, коэффициент усиления которой Gб показывает, во сколько раз плотность потока мощности в направлении максимального излучения больше, чем при ненаправленной антенне (точечный, изотропный излучатель). Произведение Pо=PбGб называется эквивалентной изотропно излучаемой мощностью (ЭИИМ) и характеризует энергетический потенциал спутникового ретранслятора.
Мощность сигнала на входе приемника Pс пропорциональна эффективной площади приемной антенны Sэфф. Для параболической антенны диаметром D эффективная площадь равна произведению геометрической площади раскрыва антенны

D2/4 на коэффициент использования поверхности Кип. Подставляя в (5), получим


Мощность шума на входе приемной станции	(6)

где – постоянная Больцмана; Tо=Tа+Tмшу – суммарная шумовая температура станции, равная в первом приближении сумме шумовых температур антенны Tа и малошумящего входного устройства Tмшу;

F – шумовая полоса приемного тракта (обычно составляет от 24 до 36 МГц).
С учетом (6) уравнение связи приобретает вид:

(7)

Для удобства расчетов обычно оперируют величинами параметров, выраженными в логарифмических единицах. Полагая ЭИИМ=10*1g(Pо/1Вт), b=10*1gB, C/N=10*1g(Pс/Pш), получим формулу для расчета диаметра приемной антенны [4]:

(8)

Величина необходимого отношение C/N определяется пороговыми свойствами примененного демодулятора и требуемым качеством изображения на выходе (рассмотрено выше).
Дополнительные потери b зависят от частоты, угла места ИСЗ и интенсивности осадков и для 99 % времени на большей части российской территории могут быть приняты равными:

в диапазоне (Ku) 11…12 ГГц	2,0 дБ
в диапазоне (C) 4 ГГц	0,7 дБ

Наклонная дальность (расстояние от ИСЗ до приемной антенны) определяется взаимным расположением ИСЗ и антенны и может быть вычислена [4] по формуле

(9)

где H = 35 875 км – высота геостационарной орбиты; R = 6370 км – радиус Земли; y – разность долгот станции и подспутниковой точки; x – широта местоположения приемной станции.
Коэффициент использования поверхности антенны Кип и шумовая температура антенны с поляризатором Tа зависят от ее диаметра, диапазона частот, угла места ИСЗ над горизонтом, параметров поляризатора и для прикидочных расчетов могут быть выбраны равными

	Кип	Tа
в диапазоне 11…12 ГГц	0.65	50 K
в диапазоне 4 ГГц	0.6	42 K

При малых уровнях шума (Кш)дБ

1, удобно пользоваться понятием шумовой температуры Тш, измеряемой в Кельвинах. Коэффициент шума и шумовая температура связаны между собой зависимостью: Тш=Т0(100,1(Кш)дБ -1), где Т0 – температура окружающей среды (293 К). Шумовые характеристики конвертеров в С-диапазоне заявляются как шумовая температура, а в Кu-диапазоне, как коэффициент шума, выраженный в дБ. Для быстрого перевода одной величины в другую можно воспользоваться графиком, приведённым на Рис.1.
Вычисления по формуле (8) с учётом (9) удобно производить в системе Mathcad. В качестве примера результаты расчётов диаметра антенны, как функции ЭИИМ в диапазонах С и Ku для точки приёма с координатами Москвы и спутников в орбитальной позиции 13

в.д., полосой пропускания приёмника 36 МГц и различными шумовыми характеристиками конвертеров приведены на Рис.2 и Рис.3.

_______________________________________

Для быстрого подбора необходимой антенны для индивидуального и коллективного приёма можно воспользоваться, также, таблицей 1 (данные рассчитаны по формуле (8)), в которой учтены и различные полосы пропускания приёмника (27 и 36 МГц).

таблица 1

Приёмные антенны наземного телевизионного вещания.

Обычно системы кабельного телевидения создаются в районах с высокой плотностью населения (городах), именно там они наиболее эффективны. Но именно в городах существуют неблагоприятные условия приёма, характеризующиеся высокой интенсивностью отражённых сигналов и наличием теневых зон с низким уровнем напряжённости электромагнитных полей. Поэтому при создании телепорта для СКТВ, во-первых, необходимо уделять должное внимание изыскательским работам по выбору места расположения приёмных антенн и, во-вторых, применять высокоэффективные антенны, обладающие хорошей помехозащищённостью с обратного и боковых направлений, возможно более узким главным лепестком диаграммы направленности (ДН) в горизонтальной плоскости и требуемым коэффициентом усиления. Эти параметры являются основными и обязательно должны указываться в технической документации на антенны.
Требования к антенным устройствам должны выполняться во всех диапазонах, выделенных для ТВ вещания. Создать одну антенну с высокими параметрами во всём диапазоне рабочих частот невозможно т.к. антенна является резонансным устройством и её геометрические размеры пропорциональны длине рабочей волны. За универсальность антенны (т.е. её широкополосность) приходится расплачиваться ухудшением основных параметров по сравнению с узкополосными антеннами. Мифы о "чудесных" малогабаритных, полнодиапазонных антеннах с высокими коэффициентом усиления, направленностью и помехозащищённостью следует считать мифами. Поэтому в СКТВ оправданно применять ряд антенн, каждая из которых обеспечивает приём в полосах одного или нескольких ТВ каналов. Назначение и условия эксплуатации, основные характеристики, по которым классифицируются приёмные антенны, приведены в [5].
В сложных условиях приёма, при наличии повторных сигналов из-за отражений, происходящих в переднем полупространстве, использование антенн, рекомендованных для крупных систем кабельного телевидения в ряде "тяжёлых" случаев не даёт желаемого результата. Для борьбы с такими отражениями необходимо сужать главный и уменьшать уровень боковых лепестков ДН. Однако в антенне типа волновой канал" это практически невозможно из-за недопустимого увеличения её габаритов. Более эффективные антенные устройства создают из нескольких одиночных антенн. Простейшим примером является синфазная антенная решётка из двух (и более) антенн, фазовые центры которых расположены на горизонтальной или вертикальной прямой в плоскости, перпендикулярной направлению прихода волны. Обычно в городских условиях проблема приёма состоит в наличии отражённых сигналов, приходящих с боковых направлений в горизонтальной плоскости, поэтому наибольший интерес представляет избирательность антенны (её ДН) в горизонтальной плоскости (считается, что проблему помехозащищённости в заднем полупространстве мы решили, применив антенны с рефлекторами). ДН синфазной антенной решётки в указанной плоскости определяется ДН самих антенн, входящих в решётку, и, кроме того, параметрами решётки (количеством антенных полотен и расстоянием между ними).
Моделирование синфазных антенных решёток удобно вести в системе Mathcad, что и было проделано. Для упрощения расчётов в качестве составляющих антенн использовались горизонтальные полуволновые вибраторы (ДН которых хорошо известны) с рефлекторами, отнесёнными назад на

/4. Известно [7], что функция направленности многовибраторной синфазной антенной решётки в горизонтальной плоскости представляет собой произведение трёх сомножителей F(ф)=А(ф)*В(ф)*С(ф), где:

- выражение для ДН по напряжённости поля одиночного симметричного полуволнового вибратора.

- нормированный множитель эквидистантной решётки в горизонтальной плоскости (характеризует усиление направленности антенны за счёт вибраторов (n) и относительного разноса между ними d, расположенных в одном этаже).

- множитель, учитывающий влияние рефлектора у каждого вибратора (на графиках - кардиоида).

- d=L/, где L - расстояние между антеннами в ряду, - длина волны.
- n - число антенн расположенных в одном этаже.

Графики приведённых зависимостей при различных значениях n и d изображены на рисунках 4-9. Видно, что при разносе между антеннами, равном половине длины волны (d=0,5) диаграмма (рис.4) имеет один лепесток с шириной по уровню 0,7 (уровень половинной мощности) порядка 50

. Для сравнения можно указать, что ширина диаграммы направленности одиночного полуволнового вибратора на том же уровне вдвое шире, т.е. 100

. Это означает значительное увеличение коэффициента усиления антенной решетки по сравнению с одиночной антенной. Улучшается также пространственная избирательность антенны. При поступлении помехи под углом ф=45

, наведенная ЭДС в решетке составляет 0,28 от максимума, а в одиночном полуволновом вибраторе 0,63. Таким образом, помеха ослабляется на 7 дБ.

Диаграммы показывают, что при разносе между антеннами, превышающем половину длины волны (d

0,5), появляются боковые лепестки. Если разнос равен 0,75

, диаграмма содержит два боковых лепестка (рис.5) с уровнем 0,19 от максимума. С дальнейшим увеличением разноса антенн растет и уровень боковых лепестков. Если разнос превышает 1,5

, вместо двух диаграмма приобретает четыре боковых лепестка. Так, при d=2 (рис.6), два лепестка имеют уровень 0,29 (ф=27

) и два других – 0,83 (ф=61

). Боковые лепестки большого уровня крайне вредны, так как сильно ухудшают пространственную избирательность антенны не только к индустриальным помехам, но и к отраженным сигналам, что может привести к повторам на экране телевизора. Правда, при этом главный лепесток получается очень узким: его ширина на уровне 0,7 не превышает 15

. Однако интенсивные боковые лепестки сводят это достоинство на нет. Поэтому рекомендуется выбирать разнос между антеннами в пределах от 0,5 до 0,75 длины волны принимаемого канала. В крайнем случае, если нужен особенно большой коэффициент усиления решетки, можно увеличить разнос до длины волны, что приведет к сужению главного лепестка диаграммы направленности до 28

или использовать решётки с числом антенн больше двух. Диаграммы направленности антенных решёток из четырёх антенн в ряду приведены на рисунках 7-9.

Приведенные ДН были рассчитаны для синфазной решетки, собранной из полуволновых вибраторов с рефлекторами, как простейшей антенны, для которой и аналитическое выражение диаграммы является наиболее простым. Однако основные свойства диаграмм направленности (положение нулей функции направленности, помехозащищённость в заднем полупространстве) остаются такими же и для синфазных решеток из более сложных узкополосных антенн, рассчитанных на прием одного определенного частотного канала.
Требуемый разнос антенн определяется углом прихода отражённого сигнала. Наибольшие трудности возникают при отражённом сигнале, принимаемом с направления, близкого к главному. Приравняв нулю выражение для множителя решётки (В(ф)=0), можно получить зависимость нулей ДН от разноса антенн:

где k – порядковый номер нуля функции направленности, считая от главного направления.

График этой зависимости для n=2 представлен на рисунке 10.
В качестве примера, приведём жёсткий случай, когда отражённый сигнал или помеха приходит с направления, отличного от главного всего на 10

(т.е. ф=80

). Из рис. 10 находим d=2,9. Подставляя найденное значение в выражение для ДН, находим общий вид ДН решётки из двух антенн рисунок 11.

Отметим следующее: формирование синфазной антенной решётки всегда есть поиск компромисса между техническими решениями и экономическими возможностями. Кроме того, проблемы переотражённых сигналов могут быть успешно решены при переходе на цифровые методы эфирного вещания (например, в стандарте DVB-T), где защита от переотражений заложена в самом алгоритме обработки сигналов. Но это дело будущего (будем надеяться недалёкого).

Расчёт ветровых нагрузок.

Телепорт является той частью системы кабельного телевидения, которая всегда подвержена воздействию окружающей среды, в том числе и ветровым нагрузкам. От прочности и устойчивости приёмных антенн к ветровым нагрузкам во многом зависит общая надёжность всей системы. Ниже приведены краткие методики соответствующих расчётов.

Описание расчета для параболической антенны.
1. Расчет на прочность шпильки (шпильками основание опоры крепится к несущей поверхности).
Сила ветра, действующая на зеркало антенны, вычисляется по формуле:

[11]

где, qz=q0k– нормативный скоростной напор, k – высотный коэффициент (справочное значение), q0=V2/1.6 – нормативный скоростной напор ветра на высоте 10 метров над поверхностью земли, V– скорость ветра, Fa – площадь апертуры зеркала, cx – аэродинамический коэффициент. В данном случае cx=(1,1+1,35?н) [12], где ?н=D/16f, D – диаметр антенны, f – фокусное расстояние параболоида антенны.
Максимальное напряжение, действующее в шпильке, определяется как отношение силы, действующей на шпильку, к площади поперечного сечения:

[14]

где, 1.3– учитывает закручивание шпильки, R– нагрузка на шпильку, R=QaL0/L (определяется из уравнения моментов), L0 – высота установки антенны над основанием опоры, L – расстояние от шпильки до опоры антенны, d – минимальный диаметр шпильки.
Прочность шпильки определяется отношением:

где, Кзап – коэффициент запаса Кзап = 0,6; [?] – допускаемое напряжение, равно пределу текучести материала шпильки (справочное значение).

2. Расчет на прочность опоры.
Максимальное напряжение возникающее в трубе определяется как:

[13]

где, Мизг– максимальный изгибающий момент, возникающий в месте крепления опоры к основанию, Мизг=QaLТ, Wизг– момент сопротивления изгибу, Wизг = 2J/dн , J = ??R3 – момент инерции сечения трубы [13], ? – толщина стенки трубы, R – радиус средней линии сечения трубы, dн – наружный диаметр трубы, LТ – высота трубы.
Прочность трубы определяется отношением:

где, [?] – допускаемое напряжение, равно пределу текучести материала трубы (справочное значение).

3. Расчет на жесткость опоры.
Угол наклона антенны это угол наклона опоры в точке крепления антенны. Он определяется методами сопромата и в данном случае равен:

где, Lт – длина трубы, Е – модуль упругости первого рода (для стали Е = 2?105 МПа [3]), J – момент инерции сечения трубы.
Условие жесткости: антенна не должна отклоняться более, чем на половину ширины диаграммы направленности по уровню половинной мощности т.е.:

где, ??0.5– ширина диаграммы направленности на уровне половинной мощности (в градусах), ??0,5=70?/D, ? – длина волны, D – диаметр антенны.
Расчёты по данной методике удобно вести в программе Excel. Пример расчёта приведён на рисунке 12.

Описание расчета мачты с эфирными антеннами.

Мачта крепится в центре сварного квадратного основания (рамы) на шарнире, позволяющем поднимать и опускать мачту. Оттяжки маты крепятся за углы основания и натягиваются талрепами. Там же крепятся пригрузы. Всю конструкцию можно перемещать по плоской крыше. Исходные и расчётные величины обозначены на пояснительном рисунке 13.
1. Расчет на прочность оттяжки.
При расчете оттяжек мачты на ветровую нагрузку определяется сила ветра действующая на антенну:

[11]

где, qz = q0k – нормативный скоростной напор, k – высотный коэффициент, q0 = V2/1,6 – нормативный скоростной напор ветра на высоте 10 метров над поверхностью земли, V – скорость ветра, Fa– площадь затенения антенны, cx– аэродинамический коэффициент.
Определяется сила ветра действующая на мачту:

[11]

где, Fм = D(Н+Нк) – площадь затенения мачты, D – диаметр мачты, Н – высота мачты, Нк – высота консоли на которой установлена антенна. Остальные величины прежние.
Сила натяжения в оттяжке Т, определяется из условия равенства нулю суммы моментов относительно точки крепления мачты к раме (при этом предполагается что ветер имеет направление - по оттяжке):

Напряжение в оттяжке вычисляется как отношение силы натяжения к площади поперечного сечения оттяжек:

где d – диаметр оттяжек,

– угол наклона оттяжек к горизонту.
Прочность оттяжек определяется отношением:

где, Кзап– коэффициент запаса Кзап=0,6; [?] – допускаемое напряжение, равно пределу текучести материала шпильки (справочное значение).

2. Проверка устойчивости мачты на опрокидывание.
При проверке устойчивости мачты на опрокидывание предполагается, что ветер имеет направление перпендикулярное стороне основания (наихудший случай).
Проверка устойчивости мачты осуществляется путем сравнения опрокидывающего и удерживающего момента (удерживающий момент должен быть больше чем опрокидывающий). Удерживающий момент:

где: N – количество пригрузов на конце каждой оттяжки, m – масса одного пригруза, g – ускорение свободного падения, L – расстояние между креплениями оттяжек, М – масса платформы с мачтой.
Опрокидывающий момент вычисляется через опрокидывающую силу:

где:

1 – угол между наклонной плоскостью, образованной двумя оттяжками и плоскостью горизонта, ?1= arctg(2H/L).

Пример расчётного листа для расчёта прочности и устойчивости к ветровым нагрузкам мачты с эфирной антенной, выполненного в программе Excel приведён на рисунке 14.

Литература:

А. Колосков, "Некоторые вопросы проектирования крупных систем кабельного телевидения". – Ж-л "625" №3, 2000 г.
ГОСТ Р 50788-95, "Установки непосредственного приёма программ спутникового телевизионного вещания (классификация, основные параметры, технические требования, методы измерений)" – Госстандарт РФ, 1995 г.
А.М. Бонч-Бруевич, В.Л. Быков, Л.Я. Кантор и др.; Под ред. Л.Я. Кантора, "Системы спутниковой связи". – М.: Радио и связь, 1992г.
Л.Я. Кантор, Э.И. Кумыш, А.В. Соколов и др.; Под общей редакцией А.В. Гороховского и А.В. Соколова.; "Принимаем ТВ непосредственно из космоса". . – М.: ЗАО "Журнал "Радио"", 1998г.
ГОСТ Р 51269-99. Антенны приёмные телевизионного и звукового радио вещания в диапазонах ОВЧ и УВЧ. Общие технические требования. – М.: Изд-во стандартов, 1999г.
Н.А. Реушкин, "Системы коллективного телевизионного приёма." – М.: Радио и связь, 1992г.
Г.Б. Белоцерковский "Основы радиотехники и антенны. Часть II. Антенны". – М.: Советское радио, 1969г.
В. Чулков, "Основы проектирования гибридных интерактивных сетей кабельного телевидения". – Ж-л "BROADCASTING" №№3-5, 2000 г.
С. Песков, В. Таценко, А. Шишов, "Критерии выбора головного оборудования при построении кабельных сетей коллективного телевизионного приёма (КСКТП)". – Ж-л "Телеспутник" №№ 3-4,1999г..
С. Песков, В. Таценко, А. Шишов, "Выбор усилительного оборудования при построении кабельных сетей коллективного телевизионного приёма (КСКТП)". – Ж-л "Телеспутник" №№ 6-7,1999г.
О. И. Крахин. Конструирование антенн в примерах и задачах. - М. 1986 г.
Е. А. Теленков, О. И. Крахин, Н. С. Диняева. Конструкции и технология производства земных и бортовых антенн спутниковой связи. – М. 1994 г.
В. И. Феодосьев. Сопротивление материалов: Учебник для втузов. – М. 1986 г.
Под. ред. В. Н. Кестельмана, Г. И. Рощина. Основы расчета и конструирования деталей и механизмов летательных аппаратов. – М. 1989 г.

NetCat