Зачем нужен антенный усилитель?

[frend]

очевидно, что использование антенного усилителя мождет только компенсировать потери в кабельной линии связи, но никак не может увеличить отношение сигнал шум.

при одинаковом коэффициенте шума отсутствие и наличие антенного усилителя (если его коэффициент усиления не менее ослабления кабеля)----
как раз увеличит отношение сигнал шум на входе ТВ на величину равную ослаблению кабеля и не более


величина шумов(эдс в данной полосе частот) при данном сопротивлении (кабеля и входа усилителя благо они будем думать одинаковы) определяется коэффициентом шума усилителя(или ТВ)и как оговорились одинакова
имеем на входе антенны СШ =10дБ
далее если у нас кабель ослабляет на 6 дБ
то мы теряем в отношении СШ те же 6дБ до 4дБ
далее если мы усилим сигнал на стороне антенны до такой величины, что на входе ТВ он будет значительно больше его(ТВ) шумов,т.е.шумы ТВ уже можно не учитывать то мы получим на входе ТВ те же 10дБ отношения СШ( а не 4)

[vouk]

krian:

1. Уменьшение динамического диапазона можно объяснить на упрощенном примере. У приемника перегрузочная способность 1В, ДД=60дБ. Ставим на входе усилитель 20дБ. Теперь максимальный сигнал на входе, который достигнет порога перегрузки, будет уже 0,1В, т.е. перегрузочная способность стала на 20дБ меньше. ДД станет равным 40 дБ. Подробности можно узнать из многочисленных книг по радиоприемным устройствам.

Ваш пример можно понять и без чтения дополнительных книг. Но я спросил "А что в этом хорошего?", потому что подумал, что этим Вы обосновываете полезность антенного усилителя, ведь об этом идет речь. А это - скорее аргумент против.

2. Если в полосу пропускания попадут два сигнала 200мВ и 20мВ, а первый нам не нужен - мы хотим второй, то после усиления на 20дБ первый будет вызывать перегрузку приемника и "забъёт" второй. Вы его уже просто не обнаружите.

Здесь то же самое. Эффект "забития" - это совсем другой аспект, здесь нет ничего непонятного. А в отношении шума при приеме слабого сигнала (без всякого забития) по-прежнему неясно.

3. Антенна и антенный усилитель – это два различных устройства, которые независимо друг от друга согласуются с линией передачи. Поэтому антенный усилитель может быть включен в любом месте в разрыв линии передачи. И в целом это не нарушит работоспособность приемной системы. Лучше располагать его ближе к антенне, чтобы компенсировать потери линии передачи и улучшить с/ш. Но неизбежные потери на согласованиях импедансов остаются. Активная антенна построена так, что элементы антенны интегрированы с элементами усилителя и их разделение вызовет потерю работоспособности. Например, диполь может быть входным резонатором усилителя, а симметрирующее U-образное колено выходным резонатором, причем токи антенны будут определяться свойствами активных элементов. На высоких частотах (› 70МГц) это позволяет приближаться к оптимальному согласованию по шумам между собственно антенной и входом транзистора настолько, что эффективная шумовая температура усилителя будет значительно меньше, чем при использовании обычного антенного усилителя.

Я думаю, что хорошее согласование - это вопрос непринципиальный. Просто, применяя "активную антенну", мы уповаем на то, что специалисты на фирме как следует обо всем позаботились и согласовали все как надо. Но хорошего согласования можно добиться и с усилителем. Принципиальным же оказывается вопрос, ГДЕ стоит усилитель. Поскольку Вы упомянули об этом только вскользь и без обоснования, я скажу об этом в другом посте, где это будет больше к месту.

[vouk]

очевидно, что использование антенного усилителя мождет только компенсировать потери в кабельной линии связи, но никак не может увеличить отношение сигнал шум..

Вот и я так думал.. Если у усилителя приведенная ко входу эдс шума такая же, как у телевизора, то очевидно, что включать его перед телевизором нет никакого смысла. Если, например э.д.с. шума - 3 мкв, и сигнал тоже 3 мкв, то отношение с/шум будет 1 что с усилителем, что без него. Но если мы поставим тот же усилитель на антенне (по другую сторону кабеля), где уровень сигнала больше - 6 мкв, например, то отношение с/ш уже будет 2. Таким же почти оно останется и на входе телевизора, потому что шум усилителя "поглотит" входной шум телевизора.
Здесь уже несколько человек говорили про "компенсацию" затухания в кабеле снижения. Наверное, это не очень удачное слово, потому что дезориентирует: компенсировать, казалось бы, все равно где - до или после этого затухания. Но по отношению к шуму это не все равно, усилитель надо ставить там, где уровень сигнала больше.
Получается, что даже усилитель с таким же входным шумом, как у приемника, приведет к увеличению отношения с/ш, если его поставить на антенне! Таким образом, мы как бы выносим входной каскад приемника поближе к антенне, где сигнал больше.
Конечно, реальный выигрыш зависит от величины затухания в кабеле и, наверное, не так велик. Я взял разницу по напряжению в 2 раза, потому, что это соответствует тем 6 дб, которые кто-то привел здесь. Наверное, это - сильно завышенная величина, в реальности такого затухания нет.
В случае же, когда антенна стоит близко к приемнику и ощутимого затухания сигнала нет, польза от усилителя ПОКА не выявлена.

[ALEX__A]

Сообщение от ALEX__A

очевидно, что использование антенного усилителя мождет только компенсировать потери в кабельной линии связи, но никак не может увеличить отношение сигнал шум.

при одинаковом коэффициенте шума отсутствие и наличие антенного усилителя (если его коэффициент усиления не менее ослабления кабеля)----
как раз увеличит отношение сигнал шум на входе ТВ на величину равную ослаблению кабеля и не более


величина шумов(эдс в данной полосе частот) при данном сопротивлении (кабеля и входа усилителя благо они будем думать одинаковы) определяется коэффициентом шума усилителя(или ТВ)и как оговорились одинакова
имеем на входе антенны СШ =10дБ
далее если у нас кабель ослабляет на 6 дБ
то мы теряем в отношении СШ те же 6дБ до 4дБ
далее если мы усилим сигнал на стороне антенны до такой величины, что на входе ТВ он будет значительно больше его(ТВ) шумов,т.е.шумы ТВ уже можно не учитывать то мы получим на входе ТВ те же 10дБ отношения СШ( а не 4)

Пожалуйста поясните, что Вы подразумеваете под выражением "коэффициент шума телевизора".

Как было отмечено выше любой усилитель характеризуется двумя основными параметрами - коэффициентом шума и коэффициентом усиления. Согласно общеизвестному определению коэффициент шума есть отношение сигнал-шум на входе усилителя к отношению сигнал-шум на его выходе. Поэтому поскольку усилитель имеет собственные шумы, на его выходе отношение сигнал шум будет всегда хуже чем на входе. Причем это будет выполнятся всегда и в любом месте включения усилителя.

Вы говорите, что коаксиальный кабель ослабляет сигнал. Это так. Но помимо этого он добавляет и шум. На выходе кабеля мы получим отношение сигнал шум также всегда хуже, чем было на его входе. Т.е. если ослабление кабеля 10 раз, то на его выходе мы получем ослабление и входного сигнала и входного шума в 10 раз, но к выходному шуму прибавится шум созданный кабелем, ведь мы знаем, что кабель не идеален. Отсюда и ухудшение отношения с/ш.

Рассмотрим пример 1. Пусть отношение с/ш на выходе антенны равно 10. Уровень сигнала 10 мВ. Фидерная линия ослабляет сигнал в два раза. Коэф. шума фидерной линии - 1,1. Т.е. на выходе фидера отношение с/ш = 9,09. Уровень сигнала 5мВ. На выход фидерной линии подключен усилитель с коэф. шума - 2 и КУС - 5. Отношение с/ш на выходе усилителя 4,54, уровень сигнала 25 мВ.

Рассмотрим пример 2. Пусть отношение с/ш на выходе антенны также равно 10. Уровень сигнала как в примере 1. На выход антенны подключен усилитель с коэф. шума - 2 и КУС - 5. Отношение с/ш на его выходе 5. Уровень сигнала - 50 мВ. Далее подключена фидерная линия с коэф. шума 1,1 и ослаблением сигнала в два раза. Отношение с/ш на её выходе 4,54, уровень сигнала 25 мВ.

Мы получили интересный результат - место установки антенного усилителя с точки зрения отношения с/ш и абсолютного усиления не имеет определяющего значения!

Но в литературе все написано иначе!!! Так, авторы книги "100 и одна" кнструкция антенн - Никитин В.А., Соколов Б.Б., Щербаков В.В. пишут,- "Тем не менее использование антенного усилителя в некоторых случаях позволяет улучшить прием, но для этого он должен быть установлен не около телевизора, а около антенны, на мачте между антенной и фидером или в разрыв фидера, в непосредственной близости от антенны. В чем тут разница? Дело в том, что сигнал, проходя к фидеру, претерпевает затухание, уменьшается его уровень. Затухание зависит от марки кабеля, из которого выполнен фидер. Кроме того, затухание тем больше, чем больше длина фидера и чем больше частота сигнала, т. е. номер канала, по которому принимается передача. Когда антенный усилитель установлен около телевизора, на его вход поступает сигнал, уже ослабленный прохождением по фидеру, и отношение уровня сигнала к уровню шумов на входе антенного усилителя оказывается меньше, чем если бы антенный усилитель был установлен около антенны, когда сигнал не ослаблен фидером. При этом, конечно, проходя по фидеру, сигнал также ослабляется, но во столько же раз ослабляются и шумы. В результате отношение сигнала к уровню шумов не ухудшается.".

Любопытная точка зрения - сначала авторы утверждают, что проходя по фидеру сигнал ослабляется и уменьшается отношение с/ш, а потом считают, что после усилителя установленного у антенны сигнал пройдет по фидеру также с ослаблением, а отношение сигнал шум останется неизменным! Иными словами в первом случае кабель вносит собственный шум, а во втором нет!

Разумеется есть некоторые моменты которые делают применение усилителя непосредственно у антенны более предпочтительным, но об этом, на мой взгляд, следует поговорить несколько позднее.

Уважаемый frend, я попрошу Вас если Вы не согласны с каким либо моим утверждением, четко указать то место, где у Вас возникают противоречия, это позволит нам более четко понять друг друга. Помимо этого мне интересно мнение всех участников данного форума по поводу поднятой темы.

С уважением, Алексей.

[ALEX__A]

Сообщение от frend

очевидно, что использование антенного усилителя мождет только компенсировать потери в кабельной линии связи, но никак не может увеличить отношение сигнал шум..

Вот и я так думал.. Если у усилителя приведенная ко входу эдс шума такая же, как у телевизора, то очевидно, что включать его перед телевизором нет никакого смысла. Если, например э.д.с. шума - 3 мкв, и сигнал тоже 3 мкв, то отношение с/шум будет 1 что с усилителем, что без него. Но если мы поставим тот же усилитель на антенне (по другую сторону кабеля), где уровень сигнала больше - 6 мкв, например, то отношение с/ш уже будет 2...

А вот здесь следует остановится и задуматься. Вы сказали, что на выходе фидера отношение с/ш = 1. Теперь Вы перемещаете усилитель к выходу антенны, где действует сигнал большего уровня 6 мкВ. и утверждаете, что уровень с/ш возрастает поскольку считаете уровень шума на выходе антенны равным 3 мкВ., но кабель, пусть он будет идеальным (собственных шумов нет), одинакого ослабил как сигнал на выходе антенны, так и шум на выходе антенны. Поэтому отношение с/ш на входе усилителя (выходе антенны) будет неизменно и равно единице, т.о. на входе кабеля присутствует уровень сигнала 6 мкВ и уровень шума 6 мкВ.


С уважением, Алексей.

[bakhmat]

Сообщение от vouk

Сообщение от frend очевидно, что использование антенного усилителя мождет только компенсировать потери в кабельной линии связи, но никак не может увеличить отношение сигнал шум.. Вот и я так думал.. Если у усилителя приведенная ко входу эдс шума такая же, как у телевизора, то очевидно, что включать его перед телевизором нет никакого смысла. Если, например э.д.с. шума - 3 мкв, и сигнал тоже 3 мкв, то отношение с/шум будет 1 что с усилителем, что без него. Но если мы поставим тот же усилитель на антенне (по другую сторону кабеля), где уровень сигнала больше - 6 мкв, например, то отношение с/ш уже будет 2...

А вот здесь следует остановится и задуматься. Вы сказали, что на выходе фидера отношение с/ш = 1. Теперь Вы перемещаете усилитель к выходу антенны, где действует сигнал большего уровня 6 мкВ. и утверждаете, что уровень с/ш возрастает поскольку считаете уровень шума на выходе антенны равным 3 мкВ., но кабель, пусть он будет идеальным (собственных шумов нет), одинакого ослабил как сигнал на выходе антенны, так и шум на выходе антенны. Поэтому отношение с/ш на входе усилителя (выходе антенны) будет неизменно и равно единице, т.о. на входе кабеля присутствует уровень сигнала 6 мкВ и уровень шума 6 мкВ.


С уважением, Алексей.

Ну удивил! Интересно, почему же тогда никто не ставит LNB (Low Noise Blockconvertor) непосредственно в SAT-приёмнике (установка для приёма спутникового телевидения)? Было бы неплохо! Удобно то как: (всё в одной коробке и при комнатной температуре! И никаких мучений при проектировании с диапазоном температур от -40 до 60!
В библиотеку! Любую книгу по приёмникам!
Если антенный усилитель будет стоять после фидера, а не после антенны, то он принесёт заметно меньше пользы именно в плане шумов. Для расчёта шумов (коэф. шума) каскадно включенных блоков существует формула Фриза:
F=F1+(F2-1)/K1+(F3-1)/(K1*K2)+..+(Fn)/(K1*...*Kn-1)
где: Fn-коэф шума каскада с номером n (в разах), Kn-усиление каскада с номером n (в разах).
Обычный ТВ кабель обладает достаточно большим затуханием (например 15dB на 100м на частоте 500МГц) Это в свою очередь значит, что на частоте 500 МГц 20 м кабеля ослабят сигнал на 3dB, т.е. ослабят сигнал по мощности в 2 раза, и не приложат никаких усилий, чтобы ослабить шумы!

[frend]

чтоб понять почему происходит увеличение отношения СШ
нужно понять что тепловые шумы резистора (да и усилителей, транзисторов)есть всегда a*К*Т*R *delta F
чему равно а уже не помню то ли 2 то ли 4
ГРУБО считаем что антенный кабель уменьшает ТОЛЬКО СИГНАЛ!
шум какой был такой и остается (шумы пойманные из эфира антенной не в счет)

[bakhmat]

...
ГРУБО считаем что антенный кабель уменьшает ТОЛЬКО СИГНАЛ!
шум какой был такой и остается (шумы пойманные из эфира антенной не в счет)

В точку.
Уточнение: формула Фриза работает для активных компонентов. Если имеется пассивный компонент (фидер, фильтр, аттенюатор), то его шумы суммируются (если даны в dB) с шумами следующего активного каскада.
Для проверки всего этого можно применить AppCAD (бесплатная программа от Agilent)

[vouk]

ALEX__A:

Мы получили интересный результат - место установки антенного усилителя с точки зрения отношения с/ш и абсолютного усиления не имеет определяющего значения!

Неправильно считали.

Как было отмечено выше любой усилитель характеризуется двумя основными параметрами - коэффициентом шума и коэффициентом усиления. Согласно общеизвестному определению коэффициент шума есть отношение сигнал-шум на входе усилителя к отношению сигнал-шум на его выходе. Поэтому поскольку усилитель имеет собственные шумы, на его выходе отношение сигнал шум будет всегда хуже чем на входе. Причем это будет выполнятся всегда и в любом месте включения усилителя.

Если коэффициент усиления является действительно характеристикой самого усилителя, то коэффициент шума (как отношение с/ш на входе к с/ш на выходе ) таковой не является и будет зависеть от того, что подано на вход. В этом просто убедиться, если представить себе реальный усилитель, на который в одном случае подали сильный сигнал, но с плохим отношением с/ш (скажем, 1:1), а во втором – чистый сигнал (с/ш = 100, например), но слабый. В первом случае мы получим, что отношение с/ш практически не изменится (уровень сигнала намного превышает уровень шумов усилителя) и коэффициент шума усилителя определится, как величина, очень близкая к 1. Во втором случае сигнал будет безнадежно испорчен шумами усилителя ( с/ш может стать 1 и меньше), а коэффициент шума тогда определится равным 100 и больше . Поэтому, если на какой-то усилитель задан такой параметр «коэффициент шума», то он может быть действительным только для какого-то типового назначения (применения) или для стандартных условий измерения. Вы же положили в основу своего расчета гипотезу, что конкретный усилитель ВСЕГДА ухудшает отношение с/ш в одно и тоже число раз, поэтому и получили запрограммированный результат. Если и усилитель и кабель всегда ухудшают с/ш в одно и то же число раз, то от их перемены. естественно, ничего не меняется.
Гораздо лучше в данном случае пользоваться характеристикой «напряжение шума, приведенное ко входу усилителя». Эта величина определяется физическими процессами, происходящими в самом устройстве, инвариантна к тому, что подано на вход и имеет понятную физическую интерпретацию. Она имеет смысл и в том случае, если вход усилителя закорочен , тогда как коэффициент шума теряет смысл. Она имеет смысл и для телевизора, для которого «коэффициент шума», как Вы справедливо заметили, смысла не имеет. То есть, мы условно заменяем реальный приемник (усилитель) идеальным (нешумящим), ко входу которого подключен источник шума. Это близко к реальности: ведь на самом деле-то только первый каскад и шумит.
Вот если рассматривать ситуацию с этих позиций, то станет понятным и то, что написали Никитин с соавторами, и что написано у меня в предыдущем посте, который Вы, по-видимому еще не успели прочесть.
Никитин ничего не говорил про шумы в кабеле. Разница при двух способах включения усилителя у них обусловлена разным уровнем сигнала в двух местах. Мне кажется, я это доходчиво изложил (в прошлый раз), если у Никитина это не понятно. А про шумы кабеля я вообще не думаю, что стоит говорить. Конечно, формально все шумит, даже табуретка. Но при расчете же нужно учитывать сопоставимые величины. У Вас есть реальные данные о том, как шумит кабель?

А вот здесь следует остановится и задуматься. Вы сказали, что на выходе фидера отношение с/ш = 1. Теперь Вы перемещаете усилитель к выходу антенны, где действует сигнал большего уровня 6 мкВ. и утверждаете, что уровень с/ш возрастает поскольку считаете уровень шума на выходе антенны равным 3 мкВ., но кабель, пусть он будет идеальным (собственных шумов нет), одинакого ослабил как сигнал на выходе антенны, так и шум на выходе антенны. Поэтому отношение с/ш на входе усилителя (выходе антенны) будет неизменно и равно единице, т.о. на входе кабеля присутствует уровень сигнала 6 мкВ и уровень шума 6 мкВ.

Я не говорил, что отношение с/ш на выходе фидера антенны равно 1. Я сказал, что сигнал на выходе фидера равен 3 мкв, а шум усилителя, приведенный ко входу – тоже 3 мкв. Т.е. это - шум усилителя, а не антенны, он не идет по кабелю!
Я еще в вопросе предложил шум антенны не считать, иначе в антенном усилителе еще меньше смысла. Давайте разберемся хотя бы с шумами усилителя и телевизора. Конечно, антенна шумит, как резистор 75 ом (если не считать наведенных помех), но я думаю, что шумы реально определяются усилителями. Если подключить антенну к телевизору, не настроенному на какую-то станцию, то вряд ли шум изменится.

[vouk]

Bakhmat:

Это в свою очередь значит, что на частоте 500 МГц 20 м кабеля ослабят сигнал на 3dB, т.е. ослабят сигнал по мощности в 2 раза, и не приложат никаких усилий, чтобы ослабить шумы!

Frend:

ГРУБО считаем что антенный кабель уменьшает ТОЛЬКО СИГНАЛ!
шум какой был такой и остается (шумы пойманные из эфира антенной не в счет)

Конечно, кабель ослабляет ЛЮБОЙ электрический сигнал без разбора, он просто в силу своей тупости не может отличить сигнал от шума Я думаю, что иллюзия того, что кабель ослабляет только сигнал, появляется вот отчего.
Все-таки кабель шумит меньше реального усилителя (разве что взять какой-нибудь квантовый усилитель при температуре жидкого гелия)и даже меньше антенны. Если посмотреть сигнал на входе и выходе бухты кабеля, то мы увидим, что сигнал ослабляется. А шум останется тем же, потому что определяется не источником и не кабелем, а тем, что подключено к его выходу. Когда мы "смотрим" сигнал от ТВ антенны с помощью телевизора, то именно это и происходит: по мере удлинения кабеля полезный сигнал будет слабеть, а шум нет, потому что это - шум телевизора (усилителя).