10.1.4. Прием сигнала, преобразование частот

Как уже говорилось в предыдущей главе, для приема сигнала со спутника используется антенна, на которую устанавливаются специальные устройства: рупорный облучатель, поляризатор и конвертор. Рассмотрим подробнее эти устройства.

Рупорный облучатель

Рупорный облучатель используется для формирования электромагнитного пятна, которое не должно выходить за пределы зеркала и использовать всю его эффективную площадь. Если используется не вся эффективная площадь зеркала, то усиление, создаваемое антенной, снижается. При выходе за пределы зеркала облучатель, кроме сигнала со спутника, будет принимать шумы от окружающих предметов, от этого возрастет шум антенны, т.е. она начнет принимать паразитные источники электромагнитного сигнала. Поэтому для каждого типа антенны нужен специально рассчитанный тип облучателя (рис. 10.10).




Рисунок 10.10 - Правильно спроектированный облучатель

Поляризатор

Поляризатор предназначен для коррекции принимаемой поляризации электромагнитной волны. При круговой поляризации вектор напряженности электрического поля электромагнитной волны Е вращается вокруг оси (направления распространения) с частотой 4 000 000 000 оборотов в секунду.

Поляризация - это характеристика поведения одного из векторов Е (напряженности электрического поля электромагнитной волны) или Н (напряженности магнитного поля электромагнитной волны), плоскости которых всегда взаимно перпендикулярны. Различают линейную, круговую и эллиптическую поляризацию. При линейной поляризации вектор Н (или вектор Е, что в данном случае одно и то же) распространяется вдоль одной оси (или направления распространения), находясь строго в плоскости. При круговой поляризации вектор Н, распространяясь вдоль оси, вращается также и вокруг этой же оси, не изменяясь по величине. При эллиптической поляризации вектор Н распространяется вдоль оси, вращается вокруг неё и постоянно меняет свое значение по определенному закону.

Закрыть

Вектор Е круговой поляризации можно представить в виде двух ортогональных векторов H и V, величина которых постоянно меняется в процессе вращения черного вектора (рис.10.11). Из рисунка видно, что если принимать вместо вращающегося вектора один из ортогональных векторов, то величина сигнала будет в два раза меньше. Поэтому если принимать линейным конвертором сигнал с круговой поляризацией, то потери составят порядка 3дБ. Таким образом, чтобы принять весь сигнал, надо преобразовать круговую поляризацию в линейную, для чего и служит деполяризатор.




Рисунок 10.11 - Вращение вектора Е напряженности электрического поля

Деполяризатор выполняется в виде пластины диэлектрика, которая выставляется под различными углами к вектору напряженности электромагнитного поля (или к электроду конвертора). Пластина диэлектрика, перпендикулярная к вектору поля Е или совпадающая с ним, не влияет на него. В случае расположения диэлектрического поляризатора под углом 45 градусов вектора H и V на выходе деполяризатора складываются. Таким образом, величина вектора Е в два раза больше, чем векторов V и H. Т.к. диэлектрик, расположенный перпендикулярно или продольно к векторам Н и V, не влияет на них, то с использованием механического или магнитного поляризатора можно принимать все виды поляризации (как правило, это имеет смысл в антеннах, которые направлены не фиксированно на один спутник, а могут поворачиваться, принимая сигнал от разных спутников). Поэтому, если требуется принимать круговую поляризацию, то надо установить электрод конвертора под углом 45 градусов к диэлектрику (рис. 10.12), а если линейную поляризацию, то параллельно или перпендикулярно диэлектрику.




Рисунок 10.12 - Пластина деполяризатора, установленная под углом 45 градусов к электроду конвертора

В России используется круговая поляризация для спутникового вещания. Это сложилось исторически, т.к. раньше СССР использовал для ТВ-вещания спутники серии "Молния", находящиеся на высокоэлептических орбитах. Для приема сигнала и слежения за спутниками использовались станции, оснащенные очень большими антеннами и довольно дорогим высокочувствительным оборудованием. Т.к. эти спутники постоянно двигались, то в случае использования круговой поляризации не требовалось корректировать поляризацию в зависимости от положения спутника. Если бы поляризация была линейной, то ее пришлось бы постоянно менять. В США также за стандарт принята круговая поляризация. Европейские страны используют линейную поляризацию, т.к. все спутниковое вещание в Европе началось в конце 80-х годов, и для него были использованы спутники, находящиеся на стабильных геостационарных орбитах.

Конвертор

Конвертор служит для того, чтобы принять поляризованную электромагнитную волну, преобразовать ее в электрический сигнал, который, в свою очередь, усилить и преобразовать в сигнал промежуточной частоты (ПЧ). Это связано с тем, что со спутника передается очень высокочастотный сигнал. Сигнал ПЧ занимает полосу частот 950-2150 МГц, тогда как сигнал со спутника может занимать различную полосу частот. Для преобразования частоты сигнала со спутника в конверторе находится перемножитель частоты и гетеродин (генератор частоты).

Для расчета ПЧ надо вычесть из частоты сигнала со спутника частоту гетеродина для Ku-диапазона Fпч= Fсигн.-Fгет или для С-диапазона Fпч= Fгет-Fсигн. Например: частота гетеродина 5150 МГц, частота со спутника 3893 МГц. Fпч= 5150-3893=1257 (МГц.).

Диапазоны частот

Канал спутниковой связи, работающий на выделенных частотах приема и передачи, занимает определенную полосу частот (bandwidth), от ширины которой зависит количество информации, передаваемой по каналу в единицу времени. Типичный спутниковый приемопередатчик, работающий на частотах от 4 ГГц до 6 ГГц, занимает полосу частот шириной 36 МГц. Много это или мало? Например, для передачи телевизионного сигнала в цифровом стандарте MPEG-2 необходим канал с шириной полосы пропускания 6 МГц, для телефонного канала - 0,010 МГц. Следовательно, с помощью такого приемопередатчика можно организовать 6 телевизионных или 3600 телефонных каналов. Обычно на ИСЗ устанавливается 12 или 24 приемопередатчиков (в ряде случаев больше), что дает в результате 432 МГц или 864 МГц соответственно.

Диапазон

Полоса частот, гГц

L

1,452-1,55 и 1,61-1,71

S

1,93-2,7

С

3,4-5,25 и 5,725-7,075

Х

7,25-8,4

Ku

10,7-14,8

Ka

15,4-26,5 и 27-50,2

K

84-86


Таблица 10.2 - Полоса частот в различных диапазонах

Генератор 22 КГц

Существует проблема: конвертор Ku-диапазона не может перекрыть весь частотный диапазон Ku-band. Для упрощения электрической схемы весь Ku-band разбили на два частотных поддиапазона, которые выбираются переключением специального генератора (гетеродина), который находится в конверторе. Конвертор, имеющий две частоты гетеродина: 9750 МГц и 10600 МГц, называется Full Band. Управление переключением частоты гетеродина в таком конверторе осуществляется с помощью синусоидального сигнала 22 КГц, подаваемого по тому же кабелю от ресивера (приемника цифрового спутникового сигнала).

В конверторе Full Band по кабелю снижения осуществляется также управление поляризацией принимаемого сигнала. Для этого используются два управляющих сигнала: 13 В для V (вертикальная поляризация) и 18 В для H (горизонтальная поляризация).

Конвертор, имеющий переключаемые частоты гетеродина 9750 МГц и 10600 МГц и управление поляризацией принимаемого сигнала напряжением 13/18 В, называется универсальным. Такие конверторы применяются для бытового приема программ СТВ.