Глава 4

УСТРОЙСТВА ДЛЯ ПРИЕМА СО СПУТНИКОВ-РЕТРАНСЛЯТОРОВ

Выбор устройств для приема со спутников-ретрансляторов

Спутники непосредственного телевизионного вещания, если вы­ражение "непосредственного" понимать в буквальном смысле сло­ва, должны транслировать телевизионные сигналы, которые мож­но было бы принимать на современные телевизоры без дополни­тельных электронных устройств, т. е. сигналы диапазона частот, уровня, способа модуляции несущей, аналогичные сигналам систем PAL, SECAM и NTSC. Но передачу телевизионной информации со спутников в метровом или дециметровом диапазонах, в которых можно вести прием непосредственно на современные телевизоры, реализовать, к сожалению, невозможно из-за необходимых слож­ных технических сооружений и больших финансовых затрат. Не просто вести передачу со спутников и с амплитудной модуляцией (AM ОБП), так как из-за значительных потерь сигнала на трассе космос-Земля, как известно, требуется очень большая мощность бортового передатчика. Поэтому, для передач со спутников при аналоговом способе применяется частотная модуляция, а при цифровом способе - фазовая модуляция (манипуляция). Ретранс­ляция ведется в диапазоне сантиметровых волн (в диапазоне СВЧ), в котором обеспечивается целый ряд преимуществ в отно­шении передаваемого сигнала.

Для приема телевизионных программ через спутники-ретрансляторы наиболее оптимальным решением является приме­нение дополнительного наземного устройства, преобразующего принятые сигналы сантиметрового диапазона в сигналы децимет­рового диапазона, которые подаются затем на антенный вход теле­визора (видео и звуковые сигналы - на его "низкочастотный" вход). Дополнительное приемное устройство состоит из двух частей - внешнего блока, что находится вне помещения и располагается непосредственно на антенне (или рядом), и внутреннего блока -спутникового телевизионного приемника (ресивера), устанавливае­мого возле телевизора. Решение применить дополнительное на­земное приемное устройство сантиметрового диапазона позволило использовать огромный парк имеющихся телевизоров с децимет­ровым диапазоном, что значительно снижает затраты на организа­цию телевизионного приема со спутников-ретрансляторов и спо­собствует его расширению. На рис. 4.1 приведена структурная схе­ма дополнительного устройства приема телевизионного вещания через спутники-ретрансляторы.

Дополнительное устройство для приема телевизионного веща­ния через спутники-ретрансляторы выполняется по супергетеро­динной схеме с двойным преобразованием частоты. Это обеспечи­вает хорошую избирательность по соседнему спутниковому каналу, практически полное подавление сигналов зеркального канала и сигналов обратного излучения гетеродина. Первое преобразова­ние выполняется во внешнем блоке и частота преобразованных сиг­налов (первая ПЧ, точнее полоса частот) выбирается здесь доста­точно высокой (950... 1750 МГц), чтобы частота первого гетеродина и частоты его зеркальных сигналов не попадали в полосу частот сигна­лов со спутника. Первый гетеродин не перестраиваемый. Он генери­рует сигнал одной фиксированной частоты, и преобразование осу­ществляется в основном в полосе частот = 800 МГц.

Рис. 4.1. Структурная схема дополнительного наземного устройства приема со спутников - ретрансляторов (частоты указаны для приема со спутников НТВ)

Для преобразования в более широкой ( = 1200 МГц) полосе частот необходимы два гетеродина. Преобразование сигналов мо­жет осуществляться как от принятых электромагнитных волн ли­нейных поляризаций: вертикальных или горизонтальных, так и от электромагнитных волн круговых поляризаций, которые предвари­тельно преобразовываются в электромагнитные волны линейных поляризаций. Можно одновременно вести обработку сигналов при­нятых от электромагнитных волн вертикальной и электромагнитных волн горизонтальной поляризаций при наличии во внешнем блоке двух малошумящих усилителей-конвертеров и на входе внешнего блока разъединителя электромагнитных волн по поляризации. Не­сколько возможных вариантов построения усилителей-конвертеров показано на рис. 4.2 - 4.4.

Второе преобразование (при аналоговом способе приема) осуще­ствляется во внутреннем блоке - спутниковом телевизионном при­емном устройстве (ресивере). Значение второй ПЧ не критично и вы­бирается исходя из требований защиты от помех по зеркальному ка­налу второго гетеродина, а также возможностей построения схемы по минимальной стоимости и высокой технологичности. Выбор частот­ного канала (телевизионной программы) осуществляется из полосы частот =800 (1200) МГц в диапазоне 950... 1750 (2150) МГц пере­стройкой частоты второго гетеродина и переключением частотной полосы фильтра, устанавливаемого непосредственно после разъе­ма в ресивере или при помощи синтезатора частот.

Рис. 4.2. Структурная схема усилителя-конвертера для одновременного

приема сигналов от электромагнитных волн одного любого вида поляризации:

1 - антенна; 2 - первичный облучатель (только для параболоидных антенн);

3 - блок наведения антенны на спутник; 4 - переключатель электромагнитных волн

по поляризации; 5 - блок управления переключателем поляризаций; 6 - полосовой

фильтр СВЧ; 7 - волноводно-полосковый переход; 8 - малошумящий усилитель

сигналов СВЧ; 9 - первый смеситель; 10 - первый гетеродин; 11, 12 - усилители

сигналов первых ПЧ; 13 - усилитель сигналов ПЧ по мощности; 14 - коаксиальный кабель, соединяющий внешний блок с внутренним блоком (телевизионным ресивером)

. 4.3. Структурная схема усилителя-конвертера для приема сигналов от электромагнитных волн горизонтальных и вертикальных поляризаций

одновременно:

1 - антенна; 2 - первичный облучатель (для параболоидных антенн); 3 - блок наве­дения антенны на спутник; 4 - разъединитель электромагнитных волн по поляриза­ции - артомод; 5 - блок управления поляризатором (здесь отсутствует); 6 - полосо­вой фильтр СВЧ; 7 - волноводно-полосковый переход; 8 - малошумящий усилитель сигналов СВЧ; 9 - первый смеситель; 10 - первый гетеродин; 11, 12 - усилители сиг­налов первых ПЧ; 13 - усилитель сигналов ПЧ по мощности; 14 - коаксиальные кабе­ли, соединяющие внешний блок с внутренним - спутниковым ресивером с

(телевизионным ресивером)

Рис. 4.4. Структурная схема универсального усилителя-конвертера для приема сигналов в широкой полосе частот от электромагнитных волн по­ляризации Н или V с одним широкополосным малошумящим усилителем:

1 – антенна; 2 – первичный облучатель (для параболоидных антенн); 3 – блок на­ведения антенны на спутник; 4 – выбор (переключение) электромагнитных волн поляризации Н или V; 5 – блок управления переключателем; 6 – полосовой фильтр СВЧ; 7 – волноводно-полосковый переход; 8 – малошумящий усилитель сигналов СВЧ; 9 – полосовые фильтры; 10 – первые гетеродины; 11 – первые смесители; 12 – предварительные усилители сигналов первых промежуточных частот; 13 – сумма­тор и усилитель сигналов ПЧ; 14 – усилители сигналов ПЧ по мощности; 15 – коак­сиальный кабель, соединяющий внешний блок с ресивером

Состав и назначение узлов внешнего блока приемного устройства

Вариант конструктивного исполнения внешнего блока показан на рис. 4.5.

Антенна. Антенны для приема электромагнитных волн СВЧ диа­пазона для спутникового телевизионного вещания применяются в основном двух видов: плоские (фазированные антенные решетки) и антенны параболоидного типа. Наиболее широкое применение на­шли последние, точнее, антенны, использующую внутреннюю по­верхность параболоида вращения и первичный облучатель. Внут­ренняя поверхность параболоида вращения металлическая или ме­таллизированная, предназначенная для приема и отражения (пере­излучения) падающих на нее электромагнитных волн и направления их в фокус на размещенный там же первичный облучатель.

Рис. 4.5. Вариант конструктивного исполнения внешнего блока для приема

электромагнитных волн линейных поляризаций: 1 - электромагнитные волны, отраженные от поверхности основного зеркала (пара­болоида); 2 - пассивный отражатель первичного облучателя, помещенного в фокус основного зеркала; 3 - зонд для выбора электромагнитных волн вертикальной или горизонтальной поляризации; 4 - волновод круглого сечения (первичный облуча­тель); 5 - переходной волновод круглого сечения; 6 - переход с волновода круглого сечения к волноводу прямоугольного сечения; 7 - волновод прямоугольного сече­ния; 8 - зонд, погруженный в волновод прямоугольного сечения для наведения в нем э.д.с. и передачи по полосковой линии на вход малошумящего усилителя (МШУ); 9 - фторопластовый держатель; 10 - корпус малошумящего усилителя-конвертера; 11 – разъем для подключения коаксиального кабеля

Первичный облучатель. Функция первичного облучателя - на­правленную на него сконцентрированную энергию электромагнит­ных волн, принятую в соответствии с собственной диаграммой из­лучения, направить в волновод для дальнейшей обработки. При спутниковом телевизионном вещании передача и прием электро­магнитных волн ведется как линейных, так и круговых поляризаций. Поэтому к первичному облучателю присоединяется волновод круг­лого сечения, в котором могут распространяться электромагнитные волны любых видов поляризаций.

Преобразователь поляризаций электромагнитных волн пре­образовывает электромагнитные волны круговых поляризаций в электромагнитные волны линейных, которые подаются затем на переключатель или на разъединитель поляризаций. Для этого ис­пользуется диэлектрическая пластина, устанавляемая под углом 45° перед первичным облучателем.

Переключатель поляризаций служит для выбора электромаг­нитных волн только одной (вертикальной или горизонтальной) по­ляризации и направления их в волновод прямоугольного сечения, на которые он (волновод) пространственно сориентирован. Важ­нейшей характеристикой переключателя является величина поля­ризационного затухания, то есть показатель того, в какой мере про­никают электромагнитные волны нежелательной поляризации на выход. Типовое значение затухания составляет 30...50 дБ.

В системе индивидуального приема выбор электромагнитных волн одной или другой поляризации осуществляется:

• механическим способом -поворотом на 90° магнитной петли или электрического зонда;

• электромагнитным способом (ферритовым) - подачей опре­деленной силы тока на катушку, вдоль которой распространяется электромагнитная волна. Этим управляет электронная схема, кото­рая находится в ресивере и выбор электромагнитной волны соот­ветствующей поляризации происходит одновременно с выбором частотного канала (телевизионной программы).

Волноводный разъединитель электромагнитных волн по поляризации. В системе коллективного приема вместо переключа­теля электромагнитных волн по поляризации используется фикси­рованный разъединитель - волноводный тройник (Ortomode Trans-drucer).

В нем электромагнитные волны линейных поляризаций разде­ляются на электромагнитные волны горизонтальной и вертикаль­ной поляризации. К двум выходам разъединителя присоединяются два независимых малошумящих услителя-конвертора, т.е. дальнейшая обработка сигналов от разделенных электромагнитных волн линейных поляризаций происходит независимо друг от друга. Выходы этих малошумящих усилителей-конвертеров независимо' друг от друга могут подключаться к ресиверам или к двум раздель­ным входам (LNB) одного ресивера (см. рис. 4.3). Выбор сигналов (частотных каналов) от электромагнитных волн соответствующих линейных поляризаций осуществляется ресиверами.

Полосовой фильтр СВЧ. Его назначение - защита входа малошумящего усилителя-конвертера от внешних помех, а, с другой стороны, защита первичного облучателя от проникновения сигналов комбинационных частот первого гетеродина, что препятствует из­лучению в открытое пространство и появлению помех. Иногда этот фильтр перед усилителем-конвертером может отсутствовать, так как частотный диапазон снизу ограничивается размерами прямо­угольного волновода.

Для прямоугольного волновода, как известно, существуют элек­тромагнитные волны определенной длины, которые могут в нем распространяться. Они определяются из условия , где а - размер широкой плоскости волновода.

Волноводно-полосковый переход служит для подачи на вход первого каскада малошумящего усилителя наведенной в нем (ин­дуцированной) э.д.с. Для этого в широкую плоскость волновода пря­моугольного сечения на определенном расстоянии от края вставля­ется электрический штырь или магнитная петля, в которой индуциру­ется напряжение, наведенное распространяющейся по волноводу электромагнитной волной, и которое затем подается по полосковой линии на вход подключенного к ней малошумящего усилителя.

Малошумящий предварительный усилитель. Основное тре­бование к этому усилителю - усилить принятый сигнал СВЧ для значительного превышения его уровня над уровнем шума. Мало-шумящий усилитель обычно выполняется двух- или трехкаскадным. Причем, для первого каскада всегда устанавливается режим усиле­ния, обеспечивающий превышение СВЧ сигнала над уровнем шума, а следующие каскады усиливают сигнал до требуемого уровня. Ко­эффициент шума типового малошумящего усилителя не превыша­ет 1,2 дБ, но есть и такие, у которых он не более 0,6 дБ. Однако усилители-конвертеры с очень низким коэффициентом шума отно­сительно дороги.

Полосовой фильтр перед первым преобразователем частот обеспечивает подавление зеркальных частот первого гетеродина, но в простых конструкциях может отсутствовать.