Κατευθυντική και μη-κατευθυντική κεραία στους πομπούς ραδιοφώνου

Υπάρχουν πολλαπλά κίνητρα για αυτό τo paper. Πρώτα απ' όλα είναι το γεγονός ότι η αμερικανική Ομοσπονδιακή Επιτροπή Τηλεπικοινωνιών (FCC) είναι στη διαδικασία της έγκρισης εκατοντάδων νέων σταθμών αναμετάδοσης FM και αναμένεται να εγκρίνει εκατοντάδες, αν όχι χιλιάδες νέες άδειες εγκατάστασης υπερ-τοπικών ραδιοφωνικών σταθμών FM χαμηλής ισχύος (LPFM) το 2014. Αυτό το επίπεδο της δραστηριότητας, σε συνδυασμό με τη συνεχιζόμενη εγκατάσταση νέων και την αντικατάσταση παλαιών κεραιών FM υψηλής ισχύος, αναμένεται να οδηγήσει σε μια άνευ προηγουμένου ζήτηση για προϊόντα κεραιών FM . Οι εμπειρίες του παρελθόντος από πελάτες καταδεικνύουν τη σημασία της επιλογής ενός συστήματος κεραίας που να ανταποκρίνεται πραγματικά στις ανάγκες του πελάτη.

ΠΡΟΣΔΟΚΙΕΣ ΚΑΙ ΑΝΑΛΥΣΗ

Πρόσφατα, ένας καλός πελάτης με τον οποίο έχουμε συνεργαστεί για χρόνια έκανε δήλωσε ότι ο ίδιος ποτέ δεν είχε αγοράσει έναν εμπορικό σταθμό FM με κατευθυντική κεραία, πιστεύοντας ότι ένας τέτοιος ραδιοσταθμός είναι κατώτερος από ένα μη κατευθυντικό σταθμό FM όσον αφορά την εμβέλεια. Η πρώτη μας αντίδραση ήταν να το θεωρήσουμε λογικό, αλλά με περαιτέρω σκέψη συνειδητοποιήσαμε ότι ένα κατευθυντικό σύστημα κεραίας FM, ως μέρος της διαδικασίας αδειοδότησης, έχει ένα μετρημένο σχέδιο που αποδεικνύει την πραγματική απόδοση της κεραίας. Μια μη-κατευθυντική εγκατάσταση κεραίας, εάν το σχέδιο δεν μετρήθηκε με μια σειρά δοκιμών ή δεν επιβεβαιώθηκε από μετρήσεις κεραίας, θα έχει συχνά μια περιοχή κάλυψης πολύ διαφορετική από ό,τι φαίνεται στον χάρτη κάλυψης που βασίζεται στο κυκλικό διάγραμμα ακτινοβολίας. Εάν αυτό συμβεί, ο ιδιοκτήτης του σταθμού με κατευθυντική κεραία θα μπορούσε να απολαμβάνει καλύτερη κάλυψη της αγοράς από τον ιδιοκτήτη του σταθμού με την μη-κατευθυντική κεραία.

Ένας πελάτης με 6 kW μη-κατευθυντική άδεια κατηγορίας Α στα νοτιοδυτικά των ΗΠΑ κατήγγειλε ότι το σήμα του σταθμού που αγόρασε ήταν αισθητά κατώτερο του σήματος ενός ανταγωνιστή. Ο διαγωνιζόμενος είχε το ίδιο ERP και  κέντρο ακτινοβολίας της κεραίας και ο ιστός τους ήταν περίπου 0,5 χλμ. από τον ιστό του πελάτη. Μετά από πολλή έρευνα, έγινε γνωστό ότι ο ραδιοφωνικός σταθμός του πελάτη είχε μια κεραία που είχε τοποθετηθεί για να ωθήσει το σήμα ακριβώς πάνω από την αγορά. Ωστόσο, μαθεύτηκε επίσης ότι ο ανταγωνιστής χρησιμοποιούσε κεραία από άλλο κατασκευαστή, ο οποίος είχε μια πολύ πιο επιθετική προσέγγιση για την μεγιστοποίηση του διαγράμματος ακτινοβολίας πάνω από την αγορά στο βαθμό που το ERP του ανταγωνιστή ήταν περισσότερο από το διπλάσιο του πελάτη πάνω από τον πυρήνα της αγοράς, ακόμη και αν και οι δύο σταθμοί ήταν αδειοδοτημένοι ως μη-κατευθυντικοί 6 kW.

Οι ιδιοκτήτες των ραδιοφωνικών σταθμών, ιδίως σε μικρότερες αγορές, συχνά αγοράζουν την κεραία ακολουθώντας συμβουλές από τον ΑΒΓΔ που χρησιμοποιεί την ίδια μάρκα κεραίας και έχει καλό σήμα. Ο ιδιοκτήτης συχνά δεν συνειδητοποιεί ότι η κάλυψη είναι άμεσα συνδεδεμένη με τη συχνότητα, την κατασκευή και το μοντέλο του ιστού, τον προσανατολισμό του ιστού σε σχέση με την αγορά και τη θέση τοποθέτησης της κεραίας FM πάνω στον ιστό. Η πραγματικότητα είναι ότι, όταν μια συγκεκριμένη μη-κατευθυντική κεραία έχει ένα Χ σήμα σε έναν ιστό, δεν υπάρχει καμία εγγύηση για το ίδιο καλό αποτέλεσμα σε άλλο σταθμό εκτός εάν ο χρόνος και τα χρήματα που δαπανώνται για τη μέτρηση της διάγραμμα κεραίας για τον πύργο και να αξιολογεί την προκύπτουσα περιοχή κάλυψης γίνεται με όρους που ανταποκρίνονται στην πραγματικότητα.

Μια λέξη σχετικά με τους χάρτες κάλυψης. Η FCC ανέπτυξε μεθοδολογία χαρτών κάλυψης δεκαετίες πριν, όταν οι υπολογισμοί απόστασης από το περίγραμμα γίνονταν με ένα κανόνα κύλισης και δεδομένα εδάφους που μεταφέρονταν με το χέρι από με τοπογραφικούς χάρτες ακρίβειας 7½ λεπτών. Οι χάρτες κάλυψης αυτοί αναπτύχθηκαν για κανονιστικούς σκοπούς και όχι για να απεικονίζουν τα πραγματικά επίπεδα σήματος. Σημαντικό είναι ίσως ως ότι τα περιγράμματα που απεικονίζονται στους χάρτες κάλυψης βασίζονται σε σε ένα ύψος κεραίας λήψης 9 μέτρων, αντί το ύψος από το έδαφος της κεραίας ενός τυπικού ραδιοφώνου αυτοκινήτου, κάτι που οδηγή σε μια γενικά χαμηλότερη προβλεπόμενη στάθμη σήματος.

Ο υπολογισμός της στάθμης του σήματος γίνεται χρησιμοποιώντας τη μεθοδολογία Longley - Rice με βάση το μετρημένο διάγραμμα ακτινοβολίας της κεραίας και είναι ο μόνος τρόπος για να επιτευχθεί μια λογική απεικόνιση της πραγματικής στάθμης σήματος. Η ακρίβεια πρόβλεψης της Longley - Rice στη στάθμη του σήματος αλλάζει ανάλογα με την ακρίβεια των δεδομένων  εδάφους που χρησιμοποιούνται και άλλες μεταβλητές, σε σύγκριση με τις πραγματικές τιμές στην μετρούμενη ένταση πεδίου. Αυτό είναι ένα θέμα από μόνο του, αλλά είναι καλύτερο να συνοψιστεί λέγοντας ότι πιστεύουμε πως θέλετε όσο το δυνατόν ακριβέστερη πρόβλεψη, και όχι μια προκατειλημμένη παρουσίαση, αν θέλετε να ξέρετε πραγματικό σήμα σας και θέλετε να παρέχετε τις πληροφορίες αυτές στο κοινό και τους διαφημιζόμενους.

ΠΡΑΓΜΑΤΙΚΑ ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑΤΑ

Ας δούμε μερικά παραδείγματα για την κατανόηση του πώς χρησιμοποιώντας μετρημένες πληροφορίες από το διάγραμμα ακτινοβολίας για την κεραία στον πραγματικό ιστό μπορεί να σας δείξει την πραγματική κάλυψη και πόσο διαφορετική είναι ότι από τη θεωρητική κάλυψη. Για αυτά τα παραδείγματα, πρόκειται να χρησιμοποιήσουμε κεραία που βρίσκεται σε αγρόκτημα στο Roxborough της Φιλαδέλφειας, 7,1 χλμ βορειοδυτικά από τις συντεταγμένες αναφοράς της πόλης της Φιλαδέλφειας. Ο σταθμός FM κατηγορίας Β που εξετάζουμε έχει άδεια λειτουργίας ως μη κατευθυντικός με HAAT από 350 μέτρα ενώ το ERP του είναι 9 κιλοβάτ.

Ας δούμε το περίγραμμα των 70 dBu ως μια απλή, πρώτη ανάλυση που αφορά λήψη σε εσωτερικούς χώρους. Ο πληθυσμός μέσα στο περίγραμμα των 70 dBu είναι 4.042.751 άτομα, αν το διάγραμμα ακτινοβολίας της κεραίας είναι ένας τέλειος κύκλος - που ισχύει σε μια ιδανική μη-κατευθυντική λειτουργία, κάτι το οποίο είναι μύθος.

Τα μοτίβα στο ΣΧ. 1 προέρχονται από την περιοχή δοκιμής ενός γνωστού και αξιόπιστου κατασκευαστή κεραίας FM. Το διάγραμμα ελήφθη μετά την τοποθέτηση τυποποιημένου πλέγματος κεραίας υψηλής ισχύος στο κέντρο της πρόσοψης ενός ιστού με ένα πλάτος όψης 1,2 μέτρων. Δεν χρησιμοποιήθηκαν παρασιτικά στοιχεία. Αυτό το διάγραμμα αφορά απλά την κεραία τοποθετημένη στο κέντρο της πρόσοψης του ιστού. Το οριζόντια πολωμένο διάγραμμα ακτινοβολίας σχεδιάζεται σε μπλε και το κάθετα πολωμένο διάγραμμα ακτινοβολίας σχεδιάζεται σε μωβ.

Ο χάρτης κάλυψης στο σχήμα 2 απεικονίζει το περίγραμμα των 70 dBu που βασίζεται σε μια ένα τέλειο σχέδιο κεραίας μη κατευθυντικής ακτινοβολίας με άδεια για ERP 9 kW σε μαύρο χρώμα. Το μπλε περίγραμμα είναι το οριζόντια πολωμένο μοτίβο ακτινοβολίας από το σχήμα 1 στραμμένο κατά 147 μοίρες δεξιόστροφα (σε αυτή την εφαρμογή, αυτό θα σήμαινε ότι η πρόσοψη του ιστού είναι προσανατολισμένη 147 μοίρες σε σχέση με τον πραγματικό Βορρά). Επειδή το σχέδιο είναι πραγματικά κατευθυντικό, έχει κέρδος και το μέγιστο ERP είναι τώρα 25 κιλοβάτ και ο πληθυσμός στο περίγραμμα των 70 dBu είναι 3.783.163 άτομα. Το μωβ περίγραμμα είναι το κάθετα πολωμένο διάγραμμα ακτινοβολίας από το σχήμα 1 στραμμένο 147 μοίρες δεξιόστροφα. Επειδή το διάγραμμα είναι κατευθυντικό, λόγω της επίδρασης του πύργου, έχει κέρδος και το μέγιστο ERP είναι τώρα 22 κιλοβάτ και η κάλυψη του πληθυσμού στο περίγραμμα των 70 dBu είναι 3.791.359 άτομα.

Τι κάνει λοιπόν ο δικαιούχος με αυτές τις πληροφορίες; Αν ο δικαιούχος θέλει να βελτιστοποιήσει το σήμα προς τα κάτω, πάνω από τη Φιλαδέλφεια και τα πυκνοκατοικημένα προάστια στο New Jersey ακριβώς νότια της πόλης, στη συνέχεια, χρησιμοποιώντας αυτή τη φυσική κατευθυντικότητα του διαγράμματος ακτινοβολίας έχει ένα σημαντικό όφελος και, ενδεχομένως, βελτιώνει το σήμα του σταθμού, σε σύγκριση με τους ανταγωνιστές. Δεν μπορεί κάποιος να κοιτάξει τον συνολικό πληθυσμό όταν κάνει υπολογισμούς αυτού του τύπου. Στη συνέχεια, υπάρχει η αντίθετη περίπτωση. Ορισμένοι ιδιοκτήτες μπορεί να αισθάνονται ότι η αγορά εξυπηρετείται καλύτερα από ένα πιο κυκλικό, μη-κατευθυντικό σήμα, και ότι πρέπει το διάγραμμα να βελτιστοποιηθεί για μη κατευθυντική λειτουργία, ή να πάνε είτε σε ένα σχέδιο πλέγματος η στήριξη στην κορφή του ιστού, αν είναι αναγκαίο, για να αποφευχθεί η σοβαρή επίδραση του ιστού.
 

Ένα δεύτερο παράδειγμα φαίνεται στο Σχήμα 3. Ο κόσμος συχνά πιστεύει ότι η τοποθέτηση μιας κεραίας σε έναν πάσαλο  οδηγεί στην πλέον μη-κατευθυντική ακτινοβολία. Αυτό μπορεί να ισχύει σε σχέση με το οριζόντια πολωμένο διάγραμμα ακτινοβολίας, αλλά δεν είναι η περίπτωση για το κάθετα πολωμένα διάγραμμα ακτινοβολίας. Το διάγραμμα φαίνεται επίσης στις δοκιμές μιας γνωστής και αξιόπιστης κατάσκευάστριας εταιρίας για κεραίες FM. Το διάγραμμα ελήφθη με την τοποθέτηση τυποποιημένου πλέγματος κεραίας υψηλής ισχύος τους σε έναν πάσαλο διαμέτρου 12 ιντσών.  Δεν χρησιμοποιήθηκαν παρασιτικά στοιχεία. Αυτό το διάγραμμα προέρχεται αν η κεραία απλά τοποθετηθεί στην πρόσοψη του ιστού. Το οριζόντια πολωμένο διάγραμμα ακτινοβολίας σχεδιάζεται σε μπλε και το κάθετα πολωμένο μοτίβο ακτινοβολίας σχεδιάζεται σε μωβ. Ανάλογα με τις ανάγκες των σταθμών, ο κάτοχος της άδειας μπορεί να βελτιστοποιήσει είτε το οριζόντια ή κάθετα πολωμένο διάγραμμα ακτινοβολίας.

Ο χάρτης κάλυψης στο σχήμα 4 απεικονίζει το περίγραμμα των 70 dBu ποτ βασίζεται σε ένα τέλειο διάγραμμα μη κατευθυντικής ακτινοβολίας κεραίας με άδεια ERP για 9 kW σε μαύρο χρώμα, όπως και στο πρώτο παράδειγμα μας. Το μπλε περίγραμμα είναι το οριζόντια πολωμένο διάγραμμα ακτινοβολίας από το σχήμα 3. Επειδή η οριζόντια πόλωση είναι μόνο ελαφρώς κατευθυντική, η μέγιστη οριζόντια πολωμένη ERP είναι 11 κιλοβάτ και ο πληθυσμός στο περίγραμμα των 70 dBu είναι 4.042.755 άτομα. Το μωβ περίγραμμα είναι κάθετα πολωμένο διάγραμμα ακτινοβολίας από το σχήμα 3 . Επειδή το σχέδιο είναι περισσότερο κατευθυντικό λόγω της επίδρασης του πασάλου, το σχέδιο έχει περισσότερο κέρδος, το μέγιστο ERP είναι τώρα 15 κιλοβάτ και η κάλυψη του πληθυσμού στο περίγραμμα των 70 dBu είναι 4.010.351 άτομα.

ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑ

Εκφράζεται η ελπίδα ότι το paper αυτό είναι χρήσιμο για τη διαχείριση του σταθμού, προκειμένου να υπάρξει κατανόηση της σημασίας της επένδυσης χρόνου και χρήματος στο σχεδιασμό και την υλοποίηση του συστήματος κεραίας FM ενός σταθμού για να επιτευχθεί η καλύτερη δυνατή κάλυψη. Θα χαρούμε να επεκτείνουμε αυτό το paper ως απάντηση στις ερωτήσεις των πελατών και των άλλων ενδιαφερομένων μερών.

Clarence M. Beverage and Laura M. Mizrahi, πρόεδρος και αντιπρόεδρος αντίστοιχα της Communication Technologies Inc,  εταιρίας τεχνικών συμβούλων στο Mariton του New Jersey

Πηγή: Radio World