Радиосвязь,_радиовещание,телевидение2

Рис. 12.6. Функциональная схема спутниковой системы передачи «Орбита-2»

а – функциональная схема передающей земной станции: 1 – устройство преобразования сигналов ИГП; 2 – устройство совмещения сигналов UИГП и Uзв; 3 – модулятор и передающий тракт промежуточной частоты; 4 – устройство совмещения ТВ сигнала и сигнала звукового сопровождения; 5 – передающий тракт ВЧ; 6 – передающая антенна; б – структурная схема активного ретранслятора ИСЗ типа «Молния»;

в – функциональная схема приемной земной станции: 1 – приемная антенна с автоматическим следящим устройством; 2 – приемный тракт ВЧ с малошумящим охлажденным параметрическим усилителем; 3 – фильтры разделения; 4 – приемный тракт ПЧ и демодулятор; 5 – устройство разделения сигналов UИГП и Uзв; 6 – демодулятор сигнала UИГП ; 7 – устройство разделения ТВ сигнала и сигнала звукового сопровождения

тотных предыскажений 1 и схемы ВПС 2 преобразуется в сигнал U 2 и подается на амплитудный ограничитель 3, срезающий экстремальные выбросы, полученные после дифференцирования сигнала. Размах

устойчивости для низкочастотных составляющих ТВ сигнала. Напряжение с выходного усилителя U 4 и сигнал звукового сопровождения U зс подаются на смеситель5 и затем поступают к модулятору передатчика 6. При передаче сигналов цветного ТВ вводить нелинейные

Рис. 12.7. Структурная схема устройства нелинейных предыскажений ТВ сигнала

предыскажения в таком же виде, как при передаче сигналов чернобелого ТВ, нельзя, так как вносимое ими ограничение цветовой поднесущей на пиках сигналов яркости вызывает искажения типа дифференциального усиления. Выходом из создавшегося положения является устранение ограничения цветовой поднесущей при нелинейной обработке яркостного сигнала. Для этого в схему ограничителя включается широкополосный фильтр-пробка, перекрывающий диапазон изменения частот цветовой поднесущей.

К настоящему времени в России построено около90 приемных станций «Орбита». Приемная сеть системы «Орбита-2» является косвенной распределительной сетью, т.е. наземные станции принимают через ИСЗ ТВ сигнал и по наземным соединительным линиям передаются на ближайшие телецентры или мощные ретрансляторы, которые доводят их до абонентов в метровом или дециметровом диапазоне волн. Эксплуатация системы «Орбита-2» показала, что ее использование эффективно только в городах или в крупных населенных пунктах.

С целью повышения экономической эффективности была введена в эксплуатацию спутниковая система передачи«Экран». В системе используется ИСЗ «Экран», находящийся на ГСО, зона обслуживания которого охватывает районы Сибири, Крайнего Севера и частично Дальнего Востока. Земная передающая станция излучает

всторону ИСЗ ЧМ сигнал мощностью5 кВт на частоте 6,2 ГГц. Этот сигнал принимается приемной антенной ИСЗ, преобразуется в диапазон дециметровых волн с несущей частотой 714 МГц и, усиленный до 200 Вт, излучается передающей антенной в направлении Земли. Ретранслированный ИСЗ сигнал принимается сетью приемных установок двух типов – упрощенные (II класс) и более сложные (I класс). Установки I класса комплектуются антеннами «волновой канал», содержащими 32 полотна. В комплект установки II класса входит антенна из четырех полотен и малогабаритное приемное устройство,

вкотором спектр сигнала с принятой частоты 714 МГц переносится

в спектр одного из каналов метрового диапазона. При этом частот- но-модулированный сигнал преобразуется в сигнал с амплитудной модуляцией. Данные приемные установки предназначены для подачи ТВ сигнала на маломощные ТВ ретрансляторы или в кабельную распределительную сеть.

Для расширения зоны обслуживания без опасности создания -по мех наземным службам в 1979 г. введена в эксплуатацию новая спутниковая система «Москва», работающая в диапазонах частот 6/4 ГГц.

пресс». Мощность бортового передатчика составляет 40 Вт при наличии узконаправленной бортовой передающей антенны. Особенностью системы «Москва» является то, что для улучшения электромагнитной совместимости с существующими наземными и спутниковыми средствами связи было использовано искусственное рассеяние мощности путем дисперсии несущей. Для этого несущая дополнительно отклоняется с частотой 2,5 Гц и девиацией ±4 МГц. Это позволило соблюсти установленные МСЭ нормы на допустимую мощность электромагнитного потока у поверхности Земли. В зону, обслуживаемую одним ИСЗ, входит 2–3 часовых пояса. Приемная параболическая антенна ЗС имеет диаметр зеркала 2,5 м с шириной диаграммы направленности ±1°. В качестве входного устройства стало возможным применить неохлаждаемый параметрический усилитель с температурой шума 100 К. Таким образом, создана распределительная ТВ система

с приемом на сравнительно простые станции в диапазоне частот 4 ГГц, не требующие постоянного квалифицированного обслуживания. В комплект приемной станции «Москва» входит ТВ ретранслятор мощностью 1, 10 или 100 Вт или устройство для работы на кабельную распределительную сеть. «Москва» является системой прямого распределения ТВ программ.

Создание современной многопрограммной ТВ сети, относящейся к РВСС, невозможно как с помощью системы«Орбита-2», вследствие ее высокой стоимости, так и систем «Экран», «Москва» из-за их однопрограммности. Поэтому перспективой ТВ вещания с помощью ИСЗ является НТВ при использовании наиболее выгодного в экономическом отношении диапазона частот 11,7…12,5 ГГц. В этой полосе частот создаются многопрограммные национальные системы СТВ. Например, для России предусмотрено 5 позиций на ГСО (23, 44, 74, 110 и 140° в.д.) и 36 номиналов частот. Благодаря добавочному угловому разносу между зонами обслуживания, использованию двух видов круговой поляризации радиоволн(прямой и обратной) обеспечена возможность одновременной передачи в целом сигналов70 национальных ТВ программ. В настоящее время в России для НТВ запускается на ГСО серия связных ИСЗ типа «Галс».

Планируется запуск спутников типа«Ямал-300». Ряд российских телекомпаний начинают использовать многоканальную систему НТВ по стандарту MPEG-2. В этом случае по одному стандартному спутниковому ТВ каналу передается от трех до восьми ТВ программ.

12.6.Телевизионные устройства непосредственного приема сигналов со связных искусственных спутников Земли

Для непосредственного приема спутниковых ТВ сигналов стандартные телевизоры должны быть дополнительно оборудованы специальными приемными устройствами, осуществляющими преобразование принятых радиосигналов в диапазоне частот11,7…12,5 ГГц в полосу частот одного из свободных в данной местности ТВ радиоканалов I–V частотных диапазонов. Подобные приемные устройства делятся на две группы – установки индивидуального и коллективного приема [5].

В состав аппаратуры непосредственного приема спутниковых ТВ сигналов индивидуального типа входят: антенная система, устройство дистанционного управления антенной, поляризатор, обеспечивающий выделение радиосигналов с выбранным направлением круговой поляризации, и преобразователь спутниковых радиосигналов.

Радиосигналы с различными видами круговой поляризации непосредственно принимаются антенной системой, как правило, параболического типа с диаметром зеркала0,9 м, усилением около 38,5 дБ

вдиапазоне 12 ГГц и шириной диаграммы направленности по уровню половинной мощности около 2°. Неотъемлемой частью приемной аппаратуры спутниковых сигналов является позиционер, т.е. устройство дистанционного управления антенной системой. С помощью позиционера абонент имеет возможность перестраивать антенну на различные ИСЗ, находящиеся в разных позициях геостационарной орбиты.

Обычно антенная система устанавливается в некотором удалении (на расстоянии нескольких десятков метров) от основного оборудования приема спутниковых ТВ сигналов. В этом случае стандартный антенный ТВ коаксиальный кабель для передачи сигналов

вдиапазоне 12 ГГц не годится. Уже при передаче на1 м радиосигнал столь высокой частоты таким кабелем будет полностью рассеян, так как верхняя критическая рабочая частота коаксиального -ка беля в несколько десятков раз ниже частот радиосигналов с ИСЗ, для передачи таких высокочастотных сигналов необходимы специальные волноводы. На практике за счет применения конверторов используется метод понижения несущих частот принимаемых сигналов. Поэтому выпускаемая аппаратура непосредственного приема ТВ сигналов в диапазоне 12 ГГц выполняется по схеме с двойным преобразованием частоты и конструктивно состоит из двух разде-

12.6. Телевизионные устройства непосредственного приема сигналов со связных ИСЗ 405

Рис. 12.8. Функциональная схема ТВ установки для приема радиосигналов системы спутникового НТВ

1 – параболическая антенна; 2 – поляризатор; 3 – устройство преобразования ТВ радиосигналов; 4 – вынесенный блок; 5 – внутренний блок; 6 – типовой телевизор; 7 – позиционер

ленных блоков: вынесенного (наружного) и внутреннего (рис. 12.8) [6]. Данное техническое решение оптимально с точки зрения высокой избирательности приемного устройства по соседнему каналу, подавления помехи зеркального канала и обратного излучения гетеродина. Наружный блок, выполняющий роль конвертора, укрепляется непосредственно у облучателя параболической антенны. В этом случае принимаемый антенной радиосигнал по отрезку волновода проходит через поляризатор на вход конвертора. В конверторе при-

нятые радиосигналы после первого преобразования переносятся в диапазон частот первой промежуточной частоты, усиливаются и передаются по коаксиальному кабелю на вход внутреннего блока. Для первой промежуточной частоты радиосигнала рекомендована полоса частот 0,95…1,75 ГГц, расположенная выше диапазонов наземного ТВ вещания. Во внутреннем блоке осуществляется второе преобразование частоты, демодуляция принятых радиосигналов, т.е. их частотная демодуляция, а затем АМ и перенос в один из стандартных радиоканалов частотных диапазонов, соответствующих метровым или дециметровым волнам. Причем внутренний блок выделяет только один радиосигнал из всего диапазона рабочих частот приемного оборудования шириной в800 МГц, соответствующий определенной ТВ программе. Фактически внутренний блок является спутниковым тюнером, построенным по классической схеме супергетеродинного приемника. Выход внутреннего блока аппаратуры непо-

средственного приема спутниковых радиосигналов соединяется

сантенным входом стационарного телевизора.

Всовременных приемных установках спутниковых сигналов выбор радиосигнала с нужным направлением круговой поляризации осуществляется механическим или магнитным поляризатором дистанционно с помощью управляющих импульсов, вырабатываемых во внутреннем блоке.

Сначала в поляризаторе производится преобразование электромагнитного поля с вращающейся поляризацией в поле с линейной поляризацией. Для этого в отрезке круглого волновода, соединяющем выход облучателя параболической антенны со входом конвертора, дополнительно устанавливаются плоские продольные неоднородности. Благодаря им фазовые скорости распространения электромагнитных волн в волноводе, вектор напряженности электрического поля которых параллелен или перпендикулярен плоскости неоднородностей, различны. Если размеры и конфигурацию неоднородностей подобрать таким образом, что разность фаз ортогональных волн будет 90°, то электромагнитное поле с вращающейся поляризацией превращается в поле с линейной поляризацией.

В механическом поляризаторе выделение радиосигнала с требуемым направлением линейной поляризации осуществляется с помощью электрического вибратора, выполненного, например, в виде петли и установленного в волноводе после продольных неоднородностей. Выбором положения электрического вибратора добиваются того, чтобы он возбуждался радиосигналом с направлением поляризации, соответствующим передаваемой ТВ программе, выбранной для просмотра абонентом. Настроенный механический поляризатор обеспечивает развязку принимаемых антенной радиосигналов с различными направлениями поляризации до 25 дБ. При переходе на прием радиосигнала ортогональной поляризации следует повернуть электрический вибратор вокруг собственной оси на90°. Все повороты вибратора производятся с помощью шагового двигателя.

Магнитный поляризатор конструктивно представляет собой ферритовый стержень с намотанной вокруг него катушкой, расположенный в волноводе, соединяющем облучатель антенны с конвертором, и создающий в нем продольное магнитное поле. Принцип действия магнитного поляризатора основан на эффекте Фарадея. В этом случае при распространении электромагнитной волны вдоль намагниченного феррита направление ее поляризации изменяется на некоторый угол, зависящий от длины феррита и величины магнитного поля, т.е. величины тока в катушке. Следовательно, изменяя величину тока

в катушке, можно добиться совпадения направления поляризации электромагнитной волны на выходе поляризатора с нужным направлением поля на входе конвертора независимо от направления поляризации принятого радиосигнала.

Конверторы конструктивно выполняются по тонкопленочной технологии в виде СВЧ интегральных схем. В состав конвертора входят: ПФ 1, защищающий приемное устройство от воздействия помех по зеркальному каналу, малошумящий усилитель 2, преобразователь частоты 3 с гетеродином 5, работающим на частоте 10,8 ГГц, и стабилизированным диэлектрическим резонатором, широкополосный уси-

Рис. 12.11. Функциональная схема аппаратуры непосредственного приема ТВ сигналов со связных ИСЗ, устанавливаемой на ГС СКТВ

блоке 2 (рис. 12.11) [2]. Во внутреннем блоке 6 все преобразованные в конверторах ТВ радиосигналы поступают на соответствующие разветвители 7, 8, каждый из которых осуществляет их разветвление на

несколько выходов по числу передаваемых на данную зону ТВра диосигналов с одним из направлений круговой поляризации. Ко всем выходам разветвителей подключаются спутниковые тюнеры9–14, каждый из которых с помощью перестраиваемого гетеродина выделяет только один радиосигнал, соответствующий определенной ТВ программе. С тюнеров выделенные и усиленные радиосигналы -по ступают на частотные демодуляторы 15–20. В видеоусилителях, входящих в состав демодуляторов, обеспечивается стандартный выходной уровень ТВ сигнала в 1 В, фиксируется минимальное значение ТВ

сигнала, за счет чего подавляется сигнал дисперсии. Далее демодулированные и усиленные ТВ сигналы, передаваемые, например, по стандарту системы цветного ТВ PAL, в транскодерах 21, 24 преобразуются в сигналы системы SECAM-III. Сигналы платных ТВ программ, подвергаемые на передающем конце кодированию, декодируются дешифраторами 22, 23. Затем в ТВ модуляторах 25–30 формируются стандартные амплитудно-модулированные ТВ сигналы в метровом или дециметровом диапазонах волн, используемых для наземного ТВ вещания. Причем выходы всех ТВ модуляторов непосредственно соединяются со входами головной станции(ГС) СКТВ. Принятые таким способом ТВ радиосигналы системы спутникового телевещания после дополнительных частотных преобразований в ГС непосредственно поступают в распределительную сеть СКТВ.

Контрольные вопросы

1.Охарактеризуйте основные принципы построения спутниковых систем связи.

2.Приведите структурную схему спутниковой системы передачи, поясните назначение элементов схемы.

3.Какие сообщения передаются по спутниковым линиям связи?

4.Какие основные службы радиосвязи организуются в спутниковых системах?

5.В чем состоит преимущество ГСО перед эллиптической?

6.С какой целью создаются системы связи с использованием ИСЗ на низких орбитах?

7.Поясните основные принципы построения низкоорбитальных спутниковых систем связи.

8.За счет чего возникает запаздывание сигналов в спутниковых системах связи?

9.Каким образом борются с эхосигналами, возникающими в спутниковых системах связи?

10.Как проявляется эффект Доплера в спутниковой связи?

11.В каких диапазонах частот работают спутниковые системы связи?

12.Поясните принцип многостанционного доступа в спутниковых системах связи.

13.В чем заключаются особенности передачи ТВ сигналов по спутниковым системам связи?

14.Дайте общую характеристику спутниковым системам связи«Орбита», «Экран», «Москва».

15.С какой целью в спутниковой системе связи«Орбита-2» осуществляются

частотные предыскажения передаваемых сигналов?

16. Нарисуйте структурную схему нелинейного корректора, применяемого

в спутниковых системах связи.

17.Каким способом реализуется система непосредственного приема ТВ сигналов со связных ИСЗ?

18.Назовите основные элементы структурной схемы конвертора, применяемого в системе НТВ.

19.Нарисуйте структурную схему спутникового приемного устройства коллективного типа, используемого в системе НТВ.

Список литературы

1.Справочник по спутниковой связи и вещанию/ Под ред. Л.Я. Кантора. – М.: Радио и связь, 1988. – 344 с.

2.Мамчев Г.В., Носов В.И. Спутниковое телевизионное вещание: Учеб. пособие. – Новосибирск: изд. Новосиб. электротехнического ин-та связи, 1993. – 82 с.

3.Кантор Л.Я. Спутниковые системы связи на низких орбитах // Вестник связи. – 1995. – № 12. – С. 14–15.

4. Фреза Б. Системы низкоорбитальных спутников // Сети и системы связи. – 1996. –

№ 1. – С. 82–83.

5.Догерти Р. Новые приемники спутникового телевидения// Сети. – 1995. – № 10. –

С. 82–86.

6.Зайцев Д.Л., Кантор Л.Я. Перспективная система спутникового телевизионного вещания СТВ–12 // Средства связи. – 1988. – № 1. – С. 17–22.