Телевизионные устройства непосредственного приема сигналов со связных искусственных спутников Земли
Для непосредственного приема спутниковых ТВ сигналов стан-дартные телевизоры должны быть дополнительно оборудованы специальными приемными устройствами, осуществляющими преобразо-вание принятых радиосигналов в диапазоне частот 11,7-12,5 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 [6].
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, параболи-ческого типа с диаметром зеркала 0,9 м, усилением около 38,5 дБ в диапазоне 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 в диапазоне 12 ГГц не годится. Уже при передаче на 1 м радиосигнал столь высокой частоты таким кабелем будет полностью рассеян, так как верхняя критическая рабочая частота коаксиального кабеля 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 непосредствен-ного приема ТВ сигналов в диапазоне 12 ГГц выполняется по схеме с двойным преобразованием частоты и конструктивно состоит из двух разделенных блоков: вынесенного (наружного) и внутреннего (рис. 12.10) [7]. 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 принятые 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 ре-комендована полоса частот 0,95-1,75 ГГц, расположенная выше диапазо-
Рис. 12.10. 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.
нов наземного ТВ вещания. Во внутреннем блоке осуществляется второе преобразование частоты, демодуляция принятых радиосигналов, т.е. их частотная демодуляция, а затем AM 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 в 800 МГц, соответствующий определенной ТВ программе. Фактически внутренний блок является спутниковым тюнером, постро-енным по классической схеме супергетеродинного приемника. Выход внутреннего блока аппаратуры непосредственного приема спутниковых радиосигналов соединяется с антенным входом стационарного телевизора.
В современных приемных установках спутниковых сигналов выбор радиосигнала с нужным направлением круговой поляризации осуществля-ется механическим или магнитным поляризатором дистанционно с помощью управляющих импульсов, вырабатываемых во внутреннем блоке.
Сначала в поляризаторе производится преобразование элект-ромагнитного 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 электро-магнитное 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 на 90°. Все повороты вибратора производятся с помощью шагового двигателя.
Магнитный поляризатор конструктивно представляет собой ферритовый стержень с намотанной вокруг него катушкой, рас-положенные в волноводе, соединяющем облучатель антенны с конвертором, и создающие 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 сгетеродином 5, работающим на частоте 10,8 ГГц, и стабилизированным диэлектрическим резонатором, широкополосный усилитель первой промежуточной частоты 4 (рис. 12.11) [2].
|
Внутренний блок спутникового приемного устройства состоит из усилителя первой промежуточной частоты 1, осуществляющего предвари-тельное усиление принятых радиосигналов в диапазоне 0,95-1,75 ГГц, преобразователя первой промежуточной частоты во вторую, содержащего
Рис.12.11. Структурная схема конвертора.
смеситель 2, гетеродин 6, ствольного фильтра 3, усилителя второй промежуточной частоты 4, частотного демодулятора 5, блока управления гетеродином 7, устройства обработки ТВ сигнала 8, устройства обработки сигнала звукового сопровождения 9, амплитудного модулятора с сумматором 10 (рис. 12.12). В различных моделях приемных устройств вторая промежуточная частота имеет значение от 70 до 612 МГц. Выбор желаемой ТВ программы обеспечивается настройкой гетеродина второго преобразователя на первую промежуточную частоту принимаемого радиосигнала. Для защиты от помех по соседнему каналу в тракт второй промежуточной частоты включен ствольный фильтр 3, который формирует требуемую полосу пропускания с достаточной избирательностью. Чаще всего используются фильтры на эффекте ПАВ, выполненные в виде микросхемы.
Спутниковое приемное устройство коллективного типа должно осуществлять одновременный прием всех ТВ сигналов, предназначенных для данной местности, в полосе частот шириной 800 МГц и для двух направлений круговой поляризации. Следовательно, за поляризатором 3 с двумя выходами, осуществляющим разделение
|
На ГС СКТВ
Рис. 12.13. Функциональная схема аппаратуры непосредственного приема ТВ сигналов со связных ИСЗ, устанавливаемой на ГС СКТВ.
принятых антенной системой с позиционером 1 ТВ радиосигналов с различными направлениями круговой поляризации, должны располагаться два конвертора 4, 5, конструктивно объединенные в наружном блоке 2 (рис. 12.13) [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 ТВ радиосигналов с одним из направлений круговой поляризации. Ко всем выходам разветвителей подключаются спутниковые тюнеры 9-14, каждый из которых с помощью перестраиваемого гетеродина выделяет только один радиосигнал, соответствующий определенной ТВ программе. С тюнеров выделенные и усиленные радиосигналы поступают на частотные демодуляторы 15-20. В видеоусилителях, входящих в состав демодулято-ров, 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 преобразова-ний 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. Как осуществляется временное уплотнение ТВ сигнала и сигнала звукового сопровождения в спутниковой системе связи "Орбита-2"?
18. Каким способом реализуется система непосредственного приема ТВ сигналов со связных ИСЗ?
19. Назовите основные элементы структурной схемы конвертора, применяемого в системе НТВ.
20. Нарисуйте структурную схему спутникового приемного устройства коллективного типа, используемого в системе НТВ.
Список литературы
1. Справочникпо 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: Учебное пособие. - Новосибирск: изд. Новосиб. э.-т. 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. Копылов П.М.Сети телевизионного вещания. - М.: Связь, 1980. - 232 с.
6. Догерти Р.Новые приемники спутникового телевидения // Сети. - 1995. - №10.-С. 82-86.
7. Зайцев Д.Л., Кантор Л.Я.Перспективная система спутникового телевизионного вещания СТВ-12 // Средства связи. - 1988. - № 1. –
С. 17-22.