Вибір пристроїв для прийому з супутників-ретрансляторів

Супутники безпосереднього телевізійного віщання, якщо вираз "безпосереднього" розуміти в буквальному розумінні слова, повинні транслювати телевізійні сигнали, які можна було б приймати на сучасні телевізори без додаткових електронних пристроїв, тобто сигнали діапазону частот, рівня, способу модуляції що несе, аналогічні сигналам систем PAL, SECAM і NTSC. Але передачу телевізійній інформації з супутників в метровому або дециметровому діапазонах, в яких можна вести прийом безпосередньо на сучасні телевізори, реалізувати, на жаль, неможливо із-за необхідних складних технічних споруд і великих фінансових витрат. Не просто вести передачу з супутників і з амплітудною модуляцією (AM ОБП), оскільки із-за значних втрат сигналу на трасі Космос-Земля, як відомо, потрібна дуже велика потужність бортового передавача. Тому, для передач з супутників при аналоговому способі застосовується частотна модуляція, а при цифровому способі - фазова модуляція (маніпуляція). Ретрансляція ведеться в діапазоні сантиметрових хвиль (у діапазоні СВЧ), в якому забезпечується цілий ряд переваг відносно передаваного сигналу.

Для прийому телепередач через супутники-ретранслятори найбільш оптимальним рішенням є застосування додаткового наземного пристрою, що перетворює прийняті сигнали сантиметрового діапазону в сигнали дециметрового діапазону, які подаються потім на антенний вхід телевізора (відео і звукові сигнали - на його "низькочастотний" вхід). Додатковий приймальний пристрій складається з двох частин - зовнішнього блоку, що знаходиться поза приміщенням і розташовується безпосередньо на антені (або поряд), і внутрішнього блоку - спутникового телевізійного приймача (ресівера), що встановлюється біля телевізора. Рішення застосувати додатковий наземний приймальний пристрій сантиметрового діапазону дозволило використовувати величезний парк наявних телевізорів з дециметровим діапазоном, що значно знижує витрати на організацію телевізійного прийому з супутників-ретрансляторів і сприяє його розширенню. На мал. 4.1 приведена структурна схема додаткового пристрою прийому телевізійного віщання через супутники-ретранслятори.

Додатковий пристрій для прийому телевізійного віщання через супутники-ретранслятори виконується по схемі супергетеродина з подвійним перетворенням частоти. Це забезпечує хорошу вибірковість по сусідньому супутниковому каналу, практично повне придушення сигналів дзеркального каналу і сигналів зворотного випромінювання гетеродина. Перше перетворення виконується в зовнішньому блоці і частота перетворених сигналів (перша ПЧ, точніше смуга частот) вибирається тут достатньо високою (950... 1750 Мгц), щоб частота першого гетеродина і частоти його дзеркальних сигналів не попадали в смугу частот сигналів з супутника. Перший гетеродин не перебудовуваний. Він генерує сигнал однієї фіксованої частоти, і перетворення здійснюється в основному в смузі частот = 800 Мгц.

Мал. 4.1. Структурна схема додаткового наземного пристрою прийому з супутників - ретрансляторів (частоти вказані для прийому з супутників НТВ)

Для перетворення в ширшою ( = 1200 Мгц) смузі частот необхідно два гетеродини. Перетворення сигналів може здійснюватися як від прийнятих електромагнітних хвиль лінійних поляризацій: вертикальних або горизонтальних, так і від електромагнітних хвиль кругових поляризацій, які заздалегідь перетворюються в електромагнітні хвилі лінійних поляризацій. Можна одночасно вести обробку сигналів прийнятих від електромагнітних хвиль вертикальної і електромагнітних хвиль горизонтальною поляризацій за наявності в зовнішньому блоці двох малошумливих підсилювачів-конвертерів і на вході зовнішнього блоку разъединителя електромагнітних хвиль по поляризації. Декілька можливих варіантів побудови підсилювачів-конвертерів показано на мал. 4.2 - 4.4.

Друге перетворення (при аналоговому способі прийому) здійснюється у внутрішньому блоці - супутниковому телевізійному приймальному пристрої (ресівері). Значення другої ПЧ не критично і вибирається виходячи з вимог захисту від перешкод по дзеркальному каналу другого гетеродина, а також можливостей побудови схеми за мінімальною вартістю і високою технологічністю. Вибір частотного каналу (телепередачі) здійснюється із смуги частот =800 (1200) Мгц в діапазоні 950... 1750 (2150) Мгц перебудовою частоти другого гетеродина і перемиканням частотної смуги фільтру, що встановлюється безпосередньо після роз'єму в ресівері або за допомогою синтезатора частот.

Мал. 4.2. Структурна схема підсилювача-конвертера для одночасного

прийому сигналів від електромагнітних хвиль одного будь-якого виду поляризації:

1 - антена; 2 - первинний опромінювач (тільки для параболоїдних антен);

3 - блок наведення антени на супутник; 4 - перемикач електромагнітних хвиль

по поляризації; 5 - блок управління перемикачем поляризацій; 6 - смуговий

фільтр СВЧ; 7 - волноводно-полосковый перехід; 8 - малошумливий підсилювач

сигналів СВЧ; 9 - перший змішувач; 10 - перший гетеродин; 11, 12 - підсилювачі

сигналів перших ПЧ; 13 - підсилювач сигналів ПЧ по потужності; 14 - коаксіальний кабель, що сполучає зовнішній блок з внутрішнім блоком (телевізійним ресівером)

. 4.3. Структурна схема підсилювача-конвертера для прийому сигналів від електромагнітних хвиль горизонтальних і вертикальних поляризацій

одночасно:

1 - антена; 2 - первинний опромінювач (для параболоїдних антен); 3 - блок наведення антени на супутник; 4 - разъединитель електромагнітних хвиль по поляризації - артомод; 5 - блок управління поляризатором (тут відсутній); 6 - смуговий фільтр СВЧ; 7 - волноводно-полосковый перехід; 8 - малошумливий підсилювач сигналів СВЧ; 9 - перший змішувач; 10 - перший гетеродин; 11, 12 - підсилювачі сигналів перших ПЧ; 13 - підсилювач сигналів ПЧ по потужності; 14 - коаксіальні кабелі, що сполучають зовнішній блок з внутрішнім - супутниковим ресівером з

(телевізійним ресівером)

Мал. 4.4. Структурна схема універсального підсилювача-конвертера для прийому сигналів в широкій смузі частот від електромагнітних хвиль поляризації Н або V з одним широкосмуговим малошумливим підсилювачем:

1 – антена; 2 – первинний опромінювач (для параболоїдних антен); 3 – блок наведення антени на супутник; 4 – вибір (перемикання) електромагнітних хвиль поляризації Н або V; 5 – блок управління перемикачем; 6 – смуговий фільтр СВЧ; 7 – волноводно-полосковый перехід; 8 – малошумливий підсилювач сигналів СВЧ; 9 – смугові фільтри; 10 – перші гетеродини; 11 – перші змішувачі; 12 – попередні підсилювачі сигналів перших проміжних частот; 13 – суматор і підсилювач сигналів ПЧ; 14 – підсилювачі сигналів ПЧ по потужності; 15 – коаксіальний кабель, що сполучає зовнішній блок з ресівером

Склад і призначення вузлів зовнішнього блоку приймального пристрою

Варіант конструктивного виконання зовнішнього блоку показаний на мал. 4.5.

Антена. Антени для прийому електромагнітних хвиль СВЧ діапазону для супутникового телевізійного віщання застосовуються в основному двох видів: плоскі (фазовані антенні грати) і антени параболоїдного типу. Найбільш широке застосування знайшли останні, точніше, антени, що використовує внутрішню поверхню параболоїда обертання і первинний опромінювач. Внутрішня поверхня параболоїда обертання металева або металізована, призначена для прийому і віддзеркалення (переизлучения) падаючих на неї електромагнітних хвиль і напряму їх у фокус на розміщений там же первинний опромінювач.

Мал. 4.5. Варіант конструктивного виконання зовнішнього блоку для прийому

електромагнітних хвиль лінійних поляризацій: 1 - електромагнітні хвилі, відбиті від поверхні основного дзеркала (параболоїда); 2 - пасивний відбивач первинного опромінювача, поміщеного у фокус основного дзеркала; 3 - зонд для вибору електромагнітних хвиль вертикальної або горизонтальної поляризації; 4 - хвилевід круглого перетину (первинний опромінювач); 5 - перехідною хвилевід круглого перетину; 6 - перехід з хвилеводу круглого перетину до хвилеводу прямокутного перетину; 7 - хвилевід прямокутного перетину; 8 - зонд, занурений в хвилевід прямокутного перетину для наведення в нім э.д.с. і передачі по полосковой лінії на вхід малошумливого підсилювача (МШУ); 9 - фторопластовий утримувач; 10 - корпус малошумливого підсилювача-конвертера; 11 – роз'їм для підключення коаксіального кабелю

Первинний опромінювач. Функція первинного опромінювача - направлену на нього сконцентровану енергію електромагнітних хвиль, прийняту відповідно до власної діаграми випромінювання, направити в хвилевід для подальшої обробки. При супутниковому телевізійному віщанні передача і прийом електромагнітних хвиль ведеться як лінійних, так і кругових поляризацій. Тому до первинного опромінювача приєднується хвилевід круглого перетину, в якому можуть розповсюджуватися електромагнітні хвилі будь-яких видів поляризацій.

Перетворювач поляризацій електромагнітних хвиль перетворює електромагнітні хвилі кругових поляризацій в електромагнітні хвилі лінійних, які подаються потім на перемикач або на разъединитель поляризацій. Для цього використовується діелектрична пластина, устанавляемая під кутом 45° перед первинним опромінювачем.

Перемикач поляризацій служить для вибору електромагнітних хвиль тільки одній поляризації і напряму їх в хвилевід прямокутного перетину, на яких він (хвилевід) просторово зорієнтований. Найважливішою характеристикою перемикача є величина поляризаційного загасання, тобто показник того, якою мірою проникають електромагнітні хвилі небажаної поляризації на вихід. Типове значення загасання складає 30...50 дБ.

У системі індивідуального прийому вибір електромагнітних хвиль одній або іншій поляризації здійснюється:

• механічним способом -поворотом на 90° магнітної петлі або електричного зонда;

• електромагнітним способом (феритовим) - подачею певної сили струму на котушку, уздовж якої розповсюджується електромагнітна хвиля. Цим управляє електронна схема, яка знаходиться в ресівері і вибір електромагнітної хвилі відповідної поляризації відбувається одночасно з вибором частотного каналу (телепередачі).

Хвилеводний разъединитель електромагнітних хвиль по поляризації. У системі колективного прийому замість перемикача електромагнітних хвиль по поляризації використовується фіксований разъединитель - хвилеводний трійник (Ortomode Trans-drucer).

У нім електромагнітні хвилі лінійних поляризацій розділяються на електромагнітні хвилі горизонтальної і вертикальної поляризації. До двох виходів разъединителя приєднуються два незалежні малошумливі услителя-конвертора, тобто подальша обробка сигналів від розділених електромагнітних хвиль лінійних поляризацій відбувається незалежно один від одного. Виходи цих малошумливих підсилювачів-конвертерів незалежно один від одного можуть підключатися до ресіверів або до двох роздільних входів (LNB) одного ресівера (див. мал. 4.3). Вибір сигналів (частотних каналів) від електромагнітних хвиль відповідних лінійних поляризацій здійснюється ресіверами.

Смуговий фільтр СВЧ. Його призначення - захист входу малошумливого підсилювача-конвертера від зовнішніх перешкод, а, з іншого боку, захист первинного опромінювача від проникнення сигналів комбінаційних частот першого гетеродина, що перешкоджає випромінюванню у відкритий простір і появі перешкод. Іноді цей фільтр перед підсилювачем-конвертером може бути відсутнім, оскільки частотний діапазон знизу обмежується розмірами прямокутного хвилеводу.

Для прямокутного хвилеводу, як відомо, існують електромагнітні хвилі певної довжини, які можуть в нім розповсюджуватися. Вони визначаються з умови де а - розмір широкої площини хвилеводу.

Волноводно-полоськовий перехід служить для подачі на вхід першого каскаду малошумливого підсилювача наведеною в нім (індукованою) э.д.с. Для цього в широку площину хвилеводу прямокутного перетину на певній відстані від краю вставляється електричний штир або магнітна петля, в якій індукується напруга, наведена електромагнітною хвилею, що розповсюджується по хвилеводу, і яке потім подається по полосковой лінії на вхід підключеного до неї малошумливого підсилювача.

Малошумливий попередній підсилювач. Основна вимога до цього підсилювача - підсилити прийнятий сигнал СВЧ для значного перевищення його рівня над рівнем шуму. Мало-шумлячий підсилювач зазвичай виконується двух- або трьохкаскадним. Причому, для першого каскаду завжди встановлюється режим посилення, що забезпечує перевищення СВЧ сигналу над рівнем шуму, а наступні каскади підсилюють сигнал до необхідного рівня. Коефіцієнт шуму типового малошумливого підсилювача не перевищує 1,2 дБ, але є і такі, у яких він не більше 0,6 дБ. Проте підсилювачі-конвертери з дуже низьким коефіцієнтом шуму відносно дорогі.

Смуговий фільтр перед першим перетворювачем частот забезпечує придушення дзеркальних частот першого гетеродина, але в простих конструкціях може бути відсутнім.