CATV 수신대책(근거리) 및 안테나(Antenna)의 수신상태 대책

CATV 수신대책(근거리) 및 안테나(Antenna)의 수신상태 대책

 

 

1. CATV 수신대책의 개요

1) 수신상의 문제점

CATV 시설을 설치하는 경우는 방송파의 수신점에서 수신화상의 양부가 가장 중요한 문제이다.

충분한 수신화상을 얻기 위해서는 수신점의 선정, 안테나의 선택 및 여러 가지 수신장해에 대한 개선책을 충분히 검토해야 한다. 일정한 곳에 수신점을 선정하고 후에 수신점을 이동하고 시설을 대폭 변경하는 경우가 발생하기 때문이다.

현재 시가지에 설치된 CATV시설에서는 고층건물의 반사파로 인한 ghost 장해가 발생하며 방송파의 송신안테나에서 원거리에 있는 CATV 시설에서는 해상 및 산을 넘어 도달하는 回折波(회절파)를 수신하는 경우가 많아 저전계의 문제 및 Fading, Beat, 혼신, Ghost, 잡음 등이 발생하여 수신장해에 대한 대책이 필요하고 있다. 방송파 수신상의 문제로서 송신안테나에 가까운 거리에 있는 근거리 수신의 경우와 원거리 수신(벽지 공청시설포함)의 경우로 대별해서 그 대책을 설명한다.

 

 

2. 근거리 수신상의 문제점 및 대책

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1) 문제점

· 안테나 설치장소의 제약

건물의 옥상에서는 안테나설치 및 지주의 수와 높이가 제약되는 경우가 많고 또 시가지에서 도로의 케이블 횡단에 제약이 있어 용지인수곤란 등 수신상태가 좋은 장소에 수신점을 선정하는 것도 한계가 있으므로 안테나의 기종 및 사용방법을 충분히 검토해서 수신화질의 향상을 기하여야 한다.

· ghost 장해와 변동

시가지에서는 건축물의 고층화로 인해 ghost 장해가 증가하고 있다. 또한, 주변에 고층건물이 건축되면 ghost를 유발하는 경우가 증가하고 있다. 또 시가지의 ghost가 일시 및 천후 등에 따라서 변화하여 5단계 평가로 1~1.5 rank정도 변화된다. 따라서 ghost 원이이되는 반사파의 실태를 파악하는 것이 ghost 대책상 필요하다.

 

2) 대책

2-1) 근거리 수신점 선정시 고려사항

수신점의 측정은 말단화상의 양부를 결정하는 큰 요인으로 CATV 시스템에서도 중요한 의미를 가지고 있다. 시가지의 수신점은 전파장해가 적고 비교적 수신조건이 양호한 고층빌딩 옥상에 설치하는 경우가 많다. 건축물의 증가와 고층화로 반사,차폐에서 발생하는 ghost 장해는 수신점선정상에 최대문제가 되고 있다.

 

· 화상품위

수신하여 사용하는 전 채널의 입력레벨이 충분하여야 하고 ghost 및 잡음이 없는 양호한 화질을 얻을 수 있는 장소를 선정한다.

· 장해대책 실시상의 제약

장해가 있는 경우라도 그의 정도 및 반사파의 도래방향에 따라서 안테나의 위치와 높이의 조정, 기종의 선정, 사용방법 등에 따라서 개선이 가능하다. 이 상황은 대책실시상 제약이 많은 건물 옥상에서도 어느정도 개선책을 취할 수 있으므로 그의 적부를 결정해야 한다.

· 장래에 수신점의 주변에 고층빌딩의 건설계획이 있으면 전파장해를 유발하므로 충분한 배력가 있어야 한다.

· 건물옥상의 경우는 풍압이 있으므로 빌딩 구조상 충분한 강도의 수신점설비의 설치가 가능해야 한다.

· 신설건물의 경우 건물완성전에 안테나 지지주의 기초 및 앙카볼트를 설치하므로 그 위치를 적절하게 설치하여야 한다.

 

2-2) ghost 개선대책

ghost 개선대책으로서 CATV 수신점에서 현재 사용되고 있는 방법을 대별하면 방해파를 안테나로 제거하는 방법과 전기적으로 ghost를 제거하는 방법이 있다.

일반적으로 단순 ghost에 대해서는 비교적 간단하여 저렴한 안테나에 의한 대책이 채용되는 경우가 많으나 도시부에 의해 ghost 장해가 점점 복잡화하는 경향이 있는 지역은 안테나 대책 만으로는 충분한 효과를 얻지 못하는 경우도 있다. 이와같은 복잡한 ghost에 대해서는 移相器등을 사용해 ghost 신호를 전기적으로 제거방법 등을 병용하고 있다.

 

2-2-1) 단기 안테나에 의한 개선대책

단기의 안테나로 ghost를 개선할 때에는 그 수신점의 환경과 ghost의 상태에 따라서 적절한 안테나의 기종과 설치장소를 선택하면 상당한 효과가 있다.

· 수신안테나 설치장소의 선정

수신점에서의 희망파와 방해파의 전계강도는 수평면 및 수직면에서 각각 파의 형태에 따라 변화하는 경우가 많고 그의 수신강도는 양파의 벡터를 합성해서 나타난다.

지금 수신안테나의 높이를 일정하게 하고 수평방향에 안테나 위치를 이동시킨 경우 희망파와 방해파 강도의 변화 및 DU 比의 변화예는 그림2.8(a)와 같고, 수신안테나의 수평위치를 고정하고 그 높이를 변화하는 경우 양파의 변화예는 그림 2.8(b)와 같다.

2개의 패턴은 양파의 전달통로 차이에 의해서 변화하고 보통 수신하는 전파의 주파수에 따라서 다르므로 수신점을 결정하는 경우에는 각 채널 모두 안테나의 위치 및 높이를 조금씩 변화시켜 DU比가 최대가 되는 위치를 조정한다. 또한 동시에 안테나 방향을 미세하게 변화해서 DU比 최대가 되는 방향도 조정하여야 한다.

 

 

3. 수신안테나의 기종선정과 대책

1) 바람직한 안테나의 특성

방해파의 제거에 유효한 안테나의 지향특성은 主 rope가 예민하고(반치폭이 적은), 폭rope가 적은(전후비가 큰)것이 요구되므로 多소자의 안테나를 사용하는 방법이 유리하다. 일반적으로 소자수가 많으면 반치폭은 적게 되므로 전방향의 방해파에 대해서는 유효하다.

corner 안테나는 전후비가 크므로 前방향에서 방해파를 제거하는 경우에 특히 유효하다.

수신주파수 대역이 좁은 안테나는 반치폭이 좁고 전후비가 크게 되므로 유해파의 제거에 적합하다 따라서 전대역용에는 광대역용(low ch용, high ch용)이 우수하며 또한 ch 전용방식도 우수한 안테나다.

 

[표]VHF 및 UHF 수신안테나의 특성"예"

 

2) 안테나의 선정

수신점을 결정하는 경우 DU比가 최대로 되는 위치 및 방향을 조정하면 전 채널은 거의 차이가 없다. ghost가 경미한 경우는 전대역용 안테나를 사용한다. 그러나 low ch와 high ch에서 양호한 지점이 다른 경우와 ghost가 강한 경우에는 low ch용(7소자 이상)과 high ch(10소자 이상)의 2기의 광대역 안테나를 조합해서 수신하여야 한다.

또한. ch의 단위 및 방향이 다른 경우와 ghost가 매우 심한 경우에는 각각 ch 전용 안테나를 조합하여 사용하여야 한다.

◆ 성능이 좋은 안테나를 설치하여 수신화질을 개선한 "예" ◆

[예1]

희만파와 방해파의 도래각도가 30도, 반치폭이 68도의 안테나와 36도의 안테나를 비교하면 후자의 방법이 화질평가가 1 rank정도 개선된다.

[예2]

후 방향에서 방해파가 있는 경우 전후비가 약 10dB와 20dB의 안테나에서는 후자의 화질이 약 1 rank 개선된다.

[예3]

VHF의 광대역용 5소자 안테나를 채널 전용의 8소자 안테나로 바꿔 설치하는 경우 화질은 1~2 rank 개선된고 또, UHF 대에서는 8소자 안테나 대신 1.8m 의 parabola 안테나를 사용하는 경우 1~2 rank 개선된다.

 

3) 수신점부근의 차폐물체 이용

방해파를 제거하는 데에는 수신점 부근의 적당한 차폐물체 예로 펜트하우스 및 인접건조물, 지형 등을 이용하는 경우도 있는데 화질은 1~2 rank 정도 개선된다. 그러나 희망파와 방해파의 도래방향이 근접할 때에는 單基 안테나에 의한 대책만으로 충분하지 않은 경우가 있다. 이때에는 다기합성 안테나로 개선한다.

 

 

4. 다기합성 안테나에 의한 개선대책

희망파와 방해파의 도래각도차가 적은 경우 방해파를 제거하기 위해서는 지향성이 예민한 안테나가필요하고, 단기의 안테나로는 한계가 있으므로 일반적으로 2기 이상의 안테나를 사용하는 多基합성 수신방식이 사용되고 있다. 이 방식은 배열하는 안테나의 수가 많은 만큼 主 rope의 반치폭은 적게되어 방해파의 제거에 유효하며 space가 넓으므로 일반적으로 2기 합성이 많이 사용되고 있다.

1) 수평 2기합성수신방식

 

사용하는 2기의 특성이 같은 것을 선택하고 소정의 위치에 바르게 설치하여 양 안테나의 희망파출력이 同위상에서 합성되도록 안테나에서 합성기까지의 케이블길이를 같게 해야한다.

합성기는 T형 콘넥터 또눈 혼합기(2분배기를 역접속해서 사용가능)가 사용되고 있다. 2기의 안테나 간섭을 변화하면 主 rope와 副 rope의 발생상태가 변화되므로 그 경우 主 rope의 반치폭과 null점의 각도 변화상태는 그림 4.1과 같이 된다.

 

즉, 안테나 간격이 넓은 만큼 主 rope는 예민해지고 null점은 희망파의 방향에 이동한다. 그러나 반면에 副 rope의 수와 진폭이 증대해서 방해파가 복수방향에서 도래하는 경우는 오히려 방해파를 수신하게 된다. 그러므로 이같은 현상은 副 rope의 진폭이 너무 커지지 않는 범위내에서 안테나 간격을 1~1.5λ 정도로하면 복수 방해파를 제거할 수 있다. 또한 방해파가 일방향에서만 도래하는 단순 ghost의 경우는 방해파의 방향과 null점의 각도가 일치되는 안테나 간격을 선정하면 상당히 강한 유해파도 경감할 수가 있다.

일반적으로 2기합성 안테나의 지향특성은 수신전파의 주파수에 따라서 변화하며 null점을 이용해서 방해파를 제거할 때는 원칙적으로 방해채널에 대응할 수 있는 전용 안테나가 사용된다. 그러나 방해파의 상황으로 필히 전용 안테나를 사용할 필요는 없다. 광대역 또는 전대역 안테나를 사용하여도 유효한 경우가 있기 때문이다. 만약 방해파가 대단히 복잡해서 불안정한 경우 희망파의 각도차가 대단히 적은 경우 등은 합성수신방식이라도 효과를 기대할 수 없는 경우가 있다. 그럴 때는 지연회로 및 移相番등을 사용하여 전기적으로 ghost를 제거하는 방식이 개발되고 있다.

 

2) stack 수신방식

수신안테나의 설치점의 상황으로서 대지 및 가까운 건조물 등에 의해 반사된 방해파가 전방의 上 또는 下方向에서 들어오는 경우가 있다. 이와같은 방해파를 제거하는데는 수직방향에 2기이상의 동일특성의 안테나를 배열해서 출력을 합성하면 수직면 지향성이 예민하여 효과를 볼 수 있다.

실제 안테나의 지주의 높이도 한계가 있기 때문에 일반적으로 2단 stack가 제일 많이 사용되고 있다.

 

 

5. 他의 ghost 개선대책

1) 지연회로에 의한 제거장치

희망파 신호는 거의 손실이 아닌 것만 통과하고 ghost 신호에 대해서는 희망파의 일부를 지연시킨 신호와 역상으로 합성에 의해 ghost를 경감하는 방식으로 파형等化器의 일종이다. 지연회로에 의해 실제 ghost를 제거하는 장치로는 고조파대 반사형 ghost cancel과 중간주파대 반사형 ghost cenal이 있다. 그 구성은 그림 4.2와 4.3과 같다.

 

 

2) 이상기(移相器)에 의한 제거장치

ghost 제거를 목적으로 한 다기 안테나 합성은 전부터 실시해 오고 있으나 합성법은 사용하는 안테나 위치의 약간 이동 및 합성하는 케이블 길이의 조정 등 대단한 어려움이 따르기 때문에 충분한 효과를 얻기가 어렵다. 이것을 용이하게 하기 위하여 이상기를 사용하면 양호한 결과를 얻을 수 있다.

 

그림 4.4는 채널전용의 고정 이상기의 관례를 나타낸다.

단자 A,B에 안테나 출력을 단자 C,D에 level 計를 출력단자에 TV수신기를 접속해서 감쇄기와 이상기를 조정하여 개선할 수 있다.

 

3) ghost 자동제거장치

 

ghost제거를 목적으로 한 多基안테나 합성수신방식의 결점으로 설치조정의 복잡 및 장기적 의미를 성능노화 등이 있어서 이를 개선하기 위해 안테나와 자동응동전자회로를 조합시킨 일종의 자동합성수신방식이다. 이 방식은 2基 수신안테나에서 입력신호가 각각 임의의 위상에서도 기준발진기의 위상에 자동적으로 일치시켜 합성하는 방식이다.

그림 4.5는 동작회로도를 나타낸 것이다.

 

4) ghost 제거용 Loop 안테나

 

저항이 부하된 loop 안테나는 광대역에 지향성이 있고 입력 임피던스도 대체로 일정치가 된다.

그림 4.6와 같이 給合된 광대역에 있어서 반치폭이 40도, 전후비 25~30dB의 것이 용이하게 얻을 수 있다. 그러나 이득이 0~-2dB이하이므로 강전계지역에서 사용은 한계가 있다.

 

5) 2 防射器付 야기안테나

 

주로 후방과 측방의 ghost에 대하여 고려된 것으로 그 구조는 그림 4.7과 같다. 진폭조정기와 이상기의 조정으로 지향성의 절단 각도를 조정하는 것으로 전후비도 좁은 각도에서 40dB 이상된다.

 

6) Hybrid 급전형 안테나

2개의 반파장 안테나와 hybrid 회로를 조합한 것으로 후방에 corner형 반사기가 부착되어 있으며 전후비 개선에 효과가 있다. 그 구조 및 동작원리는 그림 4.8과 같다.

 

7) Ferrite 비가역 회로를 사용한 안테나

2개의 반파장 안테나와 ferrite 비가역회로를 조합한 것으로 그림 4.9에 구성을 표시한다. 반사파에 대해서는 높은 임피던스로 직접파에 대해서는 통전상태가 되고 광대역에서는 높은 전후비(25dB 이상)를 얻는다.

 

 

6. Ghost 대책의 구체적인 "예"

1) 안테나의 설치위치를 변경하여 개선한 예

1-1) 안테나 방향의 조정

· 수신상황

방송파도래방향과 동일방향에 급수탑이 건설되어 ghost가 발생

· 개선대책

안테나 방향을 조정하여 ghost가 최소가 되는 방향에 고정

1-2) 안테나 높이변경

· 수신상황

방송파도래방향에 14층 빌딩이 건설되어 전파음지가 되어 전계가 저하하여 ghost가 현저하게 발생

· 개선대책

안테나 높이를 높게(약2m)하여 실용상 지장이 없는 정도로 개선

1-3) 안테나를 수평으로 이동

· 수신상황

옥상 펜트하우스 위에 안테나를 설치하였으나 인접건물에서 반사파로 전 채널에서 ghost가 발생

· 개선대책

안테나를 펜트하우스 아래로 내려 펜트하우스가 반사파에 대해 차폐체로 되는 위치에 변경하여 개선

 

2) 안테나의 형식변경 또는 다기합성하여 개선된 예

2-1) 안테나의 형식변경

· 수신상황

방송파 도래방향에 산이 있어 그 영향으로 각 채널에 도래하는 방향이 서로 달라 1기의 전대역 안테나로는 ghost가 현저하게 발생

· 개선대책

각 채널에 전용안테나를 세워 가장양호한 방향에 고정하여 해소

2-2) 안테나의 다기합성 예1

· 수신상황

근처에 연돌이 있고 또 고층빌딩에서 생기는 프랜킹 ghost가 8,10,12의 각 채널에 나타나고 이밖에도 ghost가 발생하고 있다. 사용안테나는 21m의 지지주 2개를 조합시켜 아래 안테나를 설치한 것이다.

- low ch용 광대역 안테나 (5소자) : 1기

- high ch 용 광대역 안테나(8소자) :1기

- 4,6ch 전용 안테나(8소자) : 각 1기

- UHF 중대역용 안테나 : 1기

특히 8ch 이 불량하고 화질평가는 2+ ~ 3- 정도

· 개선대책

특히 불량한 8ch 는 8ch 전용 안테나 2기를 합성수신한 결과 1 rank정도 개선되고 화질평가는 3+로 개선되었다.

2-3) 안테나 다기합성 예2

· 수신상황

70도 방향에서 들어오는 1波의 ghost

· 개선대책

high ch용 광대역 안테나를 사용해서 수평 2기 합성에 의해 수신개선을 하였으나 효과는 없었다. 후에 제거안테나 법을 시도한 결과 어느정도 개선효과를 얻었다. 이 방법은 1개 채널의 단순 ghost에 유효하다.

 

3) 증폭기 이상기 등을 이용하여 개선된 예

3-1) 증폭기

· 수신상태

low ch에 비해 high ch의 전계가 약해 균질의 화면을 얻기가 어렵다.

· 개선대책

low ch, high ch를 분파기로 나누고 high ch를 증폭해서 level를 일치시켜 개선

3-2) 이상기

· 수신상황

약 70도 방향에서 고층빌딩의 반사파가 들어오고 있다. 전대역용 10소자 야기 안테나로 측정점 ①~⑥(그림 4.10참조)을 측정한 결과 표4.3의 수신레벨과 화질평가를 얻었다. 이것으로 판단한 결과 수신점을 변경하여도 전 채널이 모두 불량하고 1,3,4,12 ch이 특히 불량하였다.

· 개선대책

low ch용 광대역 5소자 야기안테나 2기, high ch 광대역 8소자 야기 안테나 3기를 그림4.11과 같이 구성하여 사용한 결과 특히 불량한 1,3,4,12 ch에서는 이상기를 사용하여 안테나를 합성했다. 대책의 결과는 표4.4와 같이 빌딩밀집지역이 복잡한 반사파가 존재하고 있는 수신점에서 개선책으로는 성공한 경우이다.