8Спутниковый телевизионный приемник аналоговых сигналов
8.1Основная структура
Спутниковое приемное устройство (ресивер) предназначено для выбора из сигналов полосы GX 950...1750 (2150) МГц, подаваемых на его вход с внешнего блока (LNB), только сигналов одного телевизионного канала или сигналов только одной программы. Выбор определенной телевизионной программы осуществляется изменением частоты гетеродина ресивера и перестройкой включенного на его входе полосового фильтра, который отфильтровывает сигналы других частотных каналов, также поступающих на вход, но являющиеся уже помехой. Перестраиваемый полосовой фильтр на входе спутникового телевизионного приемника определяет избирательность по соседнему каналу.
I Структурная схема ресивера показана на рис. 8.1.
Преобразователь частот
В преобразователь частот входят смеситель, гетеродин и предварительный усилитель сигналов промежуточных частот
Функциональное и конструктивное строение преобразователя зависит от функций, выполняемых ресивером. Он должен:
- принимать телевизионные программы — выбирать частотные каналы из довольно широкой полосы частот Л (= 800 (1200) МГц;
- иметь высокую избирательность по соседнему спутниковому частотному каналу;
- обеспечить усиление выделенных сигналов ПЧ порядка 80 дБ. Структура ресивера во многом определяется ПЧ. Так, низкая
ПЧ ресивера, например 70 МГц, требует высокого коэффициента частотного перекрытия (больше 10). Поэтому диапазон принимаемых сигналов 950...1750 МГц (полоса Л 1 = 800 МГц) не может
быть перекрыт с помощью одного гетеродина и в преобразователе необходимо иметь два гетеродина. Кроме этого, низкая ПЧ не позволяет использовать двухконтурные полосовые фильтры, так как они не могут обеспечить полосу пропускания частотного канала шириной М = 27 или 36 МГц.
С другой стороны, при низкой ПЧ легче реализовать избирательность по соседнему каналу и получить высокий коэффициент усиления. Исходя из всего этого для спутникового канала с полосой 27 МГц и более значение ПЧ выбирается не менее 70 МГц. Избирательность при частоте ПЧ, равной 70 МГц, обеспечивается или LC-контурами, или ПАВ, которые позволяют получить равномерную частотно- амплитудную и линейную частотно-фазовую характеристики. Но для перекрытия частотного диапазона 950...1750 (2150) МГц требуется два гетеродина или наличие синтезатора частот.
При высокой ПЧ сигнала (выше 400 МГц) применяются двухконтурные полосовые фильтры, которые имеют хорошую избирательность и реализуются на отрезках длинных линий. Необходимое усиление обеспечивается апериодическими широкополосными усилителями, построенными на высокочастотных малошумящих транзисторах. В то же время коэффициент перекрытия частотной полосы М = 800 МГц невысокий — около 1,7, что позволяет обойтись одним гетеродином.
В общем случае сигналы из диапазона 950...1750 МГц второй преобразователь конвертирует в сигналы второй ПЧ, несущая которых может быть любой: 70; 134,2; 479,5; 612 МГц или регулируемой. В более поздних моделях из-за применения демодуляторов с ФАПЧ значение второй ПЧ в странах Европы выбрано 479,5 МГц, что равно 25 кратному значению несущей (19,18 МГц х 25) спутникового частотного канала (НТВ). В странах американского континента значение несущей второй ПЧ выбрано 612 МГц.
Усилитель сигналов ПЧ представляет собой широкополосный резистивный усилитель с автоматической регулировкой усиления (АРУ), Чаще всего его выполняют двух-, трехкаскадным, с глубокой отрицательной обратной связью, обеспечивающей равномерное усиление во всей полосе частот. Особенность спутниковых приемных наземных устройств — это необходимость получения низкочастотного управляющего сигнала для системы автоподстройки. Для этих целей используется дополнительно усиленный и продетектированный сигнал ПЧ или сигнал АРУ, который подается на схему управления антенно-поворотным устройством — актуатором, супермоутом.
Гетеродин второго преобразователя (ресивера) всегда имеет автоматическую подстройку частоты — АПЧ. Применение АПЧ здесь необходимо, так как для эффективной работы демодулятора недостаточно стабильности частоты первого гетеродина, расположенного во внешнем блоке, которая, как упоминалось, не лучше +1,0 МГц. АПЧ используется для поддержания более высокой стабильности второй ПЧ, которую здесь легче обеспечить и на которую настраивается "нулевая" частота дискриминатора (или средняя частота ГУН). Сигнал управления — рассогласования, с частотною демодулятора подается на варикап, включенный в высокочастотный контур гетеродина, и изменяет его емкость в нужную сторону при отклонении частоты. Следует отметить, что варикап, используемый в качестве емкостного частотно-задающего элемента в колебательном контуре, имеет существенный недостаток, а именно,— низкую собственную температурную стабильность' и невысокую собственную добротность. Поэтому применяются конструктивных меры по их повышению — термостабилизация и т.п.
Автоматическая регулировка усиления (АРУ) выравнивает уровень сигнала внутри диапазона частот 950...1750 (2150) МГц при приеме сигналов с различными уровнями от различных спутников. Для этого сигнал с выхода частотного демодулятора дополнительно детектируется, усиливается и с некоторой постоянной времени (задержкой) подается на входы каскадов второй ПЧ. Выравнивание уровня сигнала регулируется изменением коэффициентов усиления этих каскадов.
Полосовой фильтр перед демодулятором типа ограничителя-дискриминатора предназначен для подавления сигналов комбинационных (гармонических) частот, возникающих при ограничении сигнала, и определяет ширину частотной полосы канала приема. При приеме со спутников НТВ или ФСС частотная полоса фильтра выбирается переключателем соответственно или 27, или 36 МГц, или может быть регулируемой — плавно или ступенчато.
Широкополосные частотные демодуляторы
Основным узлом спутникового телевизионного приемного устройства (ресивера) является частотный демодулятор. Он предназначен для преобразования принимаемого широкополосного частотно-модулированного сигнала, несущего информацию, в амплитудный сигнал с более узкой частотной полосой, без изменения его первоначального спектра.
Частотные демодуляторы характеризуются демодуляционным порогом (threshold), т.е. порогом помехоустойчивости, который является самым важным параметром ресивера. От демодуляционноro порога зависит чувствительность ресивера или то минимальное значение отношения несущая/шум (С/N) на входе демодулятора, при котором изображение принимается удовлетворительного качества, т. е. когда прием еще возможен.
Частотные демодуляторы определяют также ширину частотной полосы и амплитуду выходного сигнала.
Для демодуляции принятого со спутника и многократно преобразованного частотно-модулированного сигнала можно применять различные типы демодуляторов и они должны иметь:
- высокую линейность амплитудно-частотной характеристики, не допуская тем самым изменения спектра демодулированного полезного сигнала и появления искажений и помех;
- необходимую ширину демодуляционной частотной полосы;
- низкий демодуляционный порог, от которого зависит величина отношения сигнал(шум на выходе (при заданной частотной полосе на входе), что определяет качество принимаемого видеоизображения и звука в аналоговой системе.
Структурное построение частотных демодуляторов
Традиционный частотный демодулятор (рис. 8.2.) состоит из:
-эффективного амплитудного ограничителя;
- полосового фильтра с полосой пропускания 27 или 36 МГц (или регулируемой). Он включается на входе дискриминатора для подавления сигналов комбинационных частот, образующихся при ограничении амплитуды ЧМ несущей до требуемого уровня;
- дискриминатора с амплитудно-частотной характеристикой высокой линейности;
- ФНЧ для подавления высокочастотных составляющих, лежащих выше выбранной его частоты среза.
В типовых демодуляторах средняя частота полосового фильтра ПЧ (ФПЧ) и "нулевая" частота дискриминатора всегда совпадают. Они настраиваются точно на немодулированную несущую, частота которой, как известно, при приеме в аналоговой системе в ранних моделях — 70 или 134,26 МГц, а в более поздних — 498,5 или 612 МГц.
При появлении на входе дискриминатора немодулированной несущей напряжение на его выходе равно нулю. Если на вход дискриминатора подается модулированная несущая, то при отклонении ее частоты в любую сторону от "нулевой" на его выходе появляется напряжение, пропорциональное отклонению (девиации) частоты соответствующей полярности и амплитуды.
Максимальная возможная амплитуда на выходе зависит от ширины и крутизны S-образной выходной амплитудно-частотной характеристики дискриминатора.
Ширина частотной полосы дискриминатора определяется расстоянием на частотной оси между горбами характеристики и для работы выбирается только ее линейный участок. В общем случае его частотная полоса должна быть равна или немного превышать удвоенную девиацию частоты несущей.
Выходное напряжение дискриминатора не должно зависеть от амплитуды ЧМ несущей, подаваемой на его вход, так как это увеличивает нелинейные искажения выходного сигнала и снижает помехоустойчивость демодулятора. Однако в частотных дискриминаторах такая зависимость реально существует и проявляется весьма заметно, чего нельзя допускать. Поэтому типовые традиционные демодуляторы имеют высокоэффективный амплитудный ограничитель для среза (ограничения) амплитуды модулированной несущей, если она превышает установленный уровень. Это обеспечивает подачу на вход дискриминатора несущей только определенного уровня.