Спутниковое телевидение. Техника в вашем доме

[Konstantin]

СПУТНИКОВОЕ ТЕЛЕВИЗИОННОЕ ВЕЩАНИЕ. ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ

Содержание:
Принципы построения спутниковых систем связи
Спутниковое телевизионное вещание
Стандарты MPEG
Приемные антенны
Облучатели
Поляризаторы
Опорно-поворотные устройства
Конверторы
Цифровой спутниковый приемник
Системы спутникового телевидения коллективного пользования
Коаксиальные кабели для индивидуального и коллективного приема
Выбор оборудования для приема спутникового телевидения
Установка и настройка приемной системы спутникового телевидения

Принципы построения спутниковых систем связи

Сегодня растут потребности в телекоммуникациях. Наземные радиорелейные линии не могут в полной мере удовлетворить обмен радиовещательных и телевизионных программ, особенно если они сильно удалены друг от друга. Между ретрансляторами не может быть больших расстояний, поэтому размещение наземных ретрансляторов связано со значительными техническими и экономическими сложностями, а связь через океаны и труднодоступные территории просто невозможна. От этих недостатков свободны спутниковые системы связи (ССС). Они могут ретранслировать сигналы с высоты в десятки тысяч километров. ССС обладают высокой пропускной способностью и позволяют обеспечить экономичную круглосуточную связь между любыми оконечными пунктами, обмен радиовещательными и телевизионными программами, одновременную работу без взаимных помех большого числа линий.

В основе построения спутниковой системы связи лежит идея размещения ретранслятора на космическом аппарате (КА). Движение КА длительное время происходит без затрат энергии, а энергоснабжение всех систем осуществляется от солнечных батарей. КА, находящийся на достаточно высокой орбите, способен «охватить» очень большую территорию -- около трети поверхности Земли. Через его бортовой ретранслятор могут связываться любые станции, находящиеся на этой территории. Принцип спутниковой связи заключается в ретрансляции аппаратурой спутника сигнала от передающих наземных станций к приёмникам.

Значительные преимущества предоставляет использование КА, расположенного на так называемой геостационарной орбите, находящейся в плоскости экватора и имеющей нулевое наклонение круговой орбиты (рисунок 1.1) с радиусом 35785 км. Такой спутник совершает один оборот вокруг Земли точно за одни земные сутки. Если направление его движения совпадает с направлением вращения Земли, то с поверхности Земли он кажется неподвижным.

Ни при каком другом сочетании указанных параметров орбиты нельзя добиться неподвижности КА относительно наземного наблюдателя. Антенны станций, работающих с геостационарным спутником, не требуют сложных систем наведения и сопровождения, а в случае необходимости могут быть установлены устройства для компенсации небольших возмущений орбиты.

Благодаря этому обстоятельству в настоящее время почти все спутники связи, предназначенные для коммерческого использования, находятся на геостационарной орбите. Примерно в одной позиции на одной географической долготе могут находиться несколько КА, расположенных на расстоянии около 100 км друг от друга.

Спутниковая линия связи с ретранслятором на геостационарной орбите имеет ряд серьезных преимуществ:
1. Отсутствие устройства сопровождения КА в антенной системе наземного комплекса
2. Высокая стабильность уровня сигнала в радиоканале.
3. Отсутствие эффекта Доплера.
4. Простота организации связи в глобальном масштабе.

Недостатками такой линии связи являются перенасыщенность геостационарной орбиты на многих участках, а также невозможность обслуживания приполярных областей.

Вблизи полюсов геостационарный КА виден под малым углом места, а у самых полюсов не виден вообще. Ввиду малости угла места происходит затенение спутника местными предметами, увеличение шумовой температуры антенны за счет тепловых шумов Земли, повышение уровня помех от наземных радиотехнических средств. Уже на широте 75° прием затруднителен, а выше 80° -- почти невозможен. Однако в широтном поясе от 80° ю.ш. до 80° с.ш. проживает практически все население Земли.

Спутниковое телевизионное вещание

Спутниковое телевизионное вещание -- это передача через космический спутник-ретранслятор телевизионного изображения и звукового сопровождения от наземных передающих станций к приемным. В сочетании с кабельными сетями, спутниковая телевизионная ретрансляция сегодня является основным средством обеспечения многопрограммного высококачественного телевизионного вещания.

В зависимости от организации, спутниковое ТВ-вещание может осуществляться двумя службами:

1. Фиксированной спутниковой службой (ФСС). В этом случае передаваемые через КА телевизионные сигналы принимаются с высоким качеством наземными станциями, расположенными в зафиксированных заранее пунктах. С этих станций через наземные ретрансляторы телевизионный сигнал доставляется индивидуальным потребителям (рис. 2.1).

2. Радиовещательной спутниковой службой (РВСС). В этом случае ретранслируемые КА телевизионные сигналы предназначены для непосредственного приема населением (непосредственным считается как индивидуальный, так и коллективный прием, при котором телезрители принимают программу по кабельной сети) (рис. 2.2).

Большое распространение получили относительно простые и недорогие установки с антеннами небольших размеров для непосредственного приема телевизионных сигналов со спутников. Система спутникового телевизионного вещания включает в себя следующие подсистемы (рисунок 2.3):

Передающий телевизионный центр.
Активный спутник-ретранслятор.
Приемное оборудование.

Современные технические средства позволяют сформировать достаточно узкий пучок волн, чтобы при необходимости сконцентрировать практически всю энергию передатчика КА на ограниченной территории, например, на территории одного государства. Часть территории, которую необходимо охватить вещанием при заданном уровне сигнала, называют зоной обслуживания. Ее вид и размеры зависят от диаграммы направленности передающей антенны спутника-ретранслятора. Несмотря на то, что антенна всегда направлена в точку прицеливания - за ней следят специальные устройства - зона обслуживания имеет сложную геометрическую форму. Если диаграммы направленности бортовых антенн КА достаточно широки чтобы охватить всю видимую с него часть Земли, то зона обслуживания является глобальной.

В спутниковом телевидении уровень излучаемого с космического аппарата сигнала принято характеризовать произведением мощности (в ваттах) подводимого к антенне сигнала на коэффициент ее усиления (в децибелах) относительно изотропного (всенаправленного) излучателя. Эту характеристику называют эквивалентной изотропно-излучаемой мощностью (ЭИИМ) и измеряют в децибелах на ватт. Уровень сигнала в точке приема определяется плотностью потока мощности у поверхности Земли относительно потока мощности 1Вт, проходящего через 1м2 (дБВт/м2).

В 1977 году состоялась Всемирная административная радиоконференция по планированию радиовещательной спутниковой службы, на которой был принят ныне действующий Регламент радиосвязи. В соответствии с ним земной шар разделен на три района, для вещания на каждый из которых выделены свои полосы частот. Как видно из рисунка 2.4, Россия и страны СНГ входят в Район 1.

Продолжение. Часть 1

[Konstantin]

Электропривод полярной подвески

Большое количество спутников -- ретрансляторов телевизионных программ сделало популярным индивидуальные приемные системы с возможностью дистанционного перенацеливания антенн (позиционирования). В отличие от профессиональных параболических антенн с электромеханическим слежением по двум координатам и очень точными сельсинными датчиками положения, в СНТВ используют только один простой электромеханический привод, обеспечивающий поворот антенны вокруг полярной оси. В настоящее время в большинстве конструкций антенных систем СНТВ применяются электроприводы двух конструкций: линейные и «горизонт -- горизонт» (планетарного типа). Прежде чем начать рассмотрение электроприводов, необходимо отметить некоторые особенности терминологии. В России за линейным приводом закрепилось название «актуатор» -- от неполностью произносимого английского словосочетания linear actuator, a привод «горизонт -- горизонт» (Horizon-to-Horizon Actuators) получил название «супермаунт» (Supermaunt) из-за ярких наклеек с этим словом на корпусе устройства.

В линейном приводе (рисунок 7.6) используется электродвигатель с редуктором, который представляет собой несколько (обычно 2 -- 3) шестеренчатых передач и одну передачу «винт -- гайка» для перемещения выдвижного штока в фиксированных пределах. Снаружи шток закрыт герметичным кожухом.

Привод работает в достаточно сложных условиях: больших перепадах температур и под воздействием осадков. Поскольку он используется в течение небольшого промежутка времени (во время изменения ориентации антенны), то для удешевления конструкции используют электродвигатели малой мощности, работающие в форсированном режиме. В случае сильного перегрева мотора термодатчик (биметаллическая пластина) разрывает цепь питания. Напряжение питания электродвигателя составляет, как правило, не более 36 В.

Линейный привод закрепляется на опорно-поворотном устройстве и рефлекторе антенны, как показано на рис.7.7. При выдвижении штока происходит вращение рефлектора вокруг полярной оси подвески.

Линейные приводы классифицируются по расстоянию, на которое выдвигается шток, и по величине нагрузки. Наиболее часто используются устройства, обеспечивающие выдвижение штока на 12, 15, 18, 24 и 36 дюймов. От мощности электродвигателя и материала, из которого изготовлены шестерни редуктора зависит величина допустимой нагрузки. Наиболее простые и дешевые устройства обеспечивают вращение антенной системы до 360 кг. В этих моделях установлены пластмассовые шестерни, а самосмазывающаяся передача «винт -- гайка» изготовлена из сплава алюминия и бронзы. Более дорогие модели позволяют управлять подвеской весом до 700 кг: здесь уже используются стальные шестерни и шарико-винтовая передача, обладающая меньшей фрикционной нагрузкой и, следовательно, более высоким КПД, что позволяет при том же прикладываемом усилии, как и в случае передачи «винт -- гайка», увеличить полезную нагрузку. Конструкции линейных приводов позволяют просматривать сектор геостационарной орбиты до 100°.

Устройства типа «горизонт -- горизонт» имеют шестеренчатый механизм, способный вращать антенну от горизонта до горизонта по всему сектору геостационарной орбиты вокруг полярной оси (рис.7..

Контроль положения антенны

Ранние модели электроприводов разрабатывались для антенн С-диапазона, имеющих диаметр 3 - 4 м, так как их ручное перенацеливание даже при хорошей погоде является достаточно трудоемким занятием. Эти конструкции были очень просты и, как правило, имели переключатель направления вращения электродвигателя.

Более совершенным схемотехническим решением является использование системы управления с обратной связью (рис.7.9). Встроенный компаратор обеспечивает подачу напряжения питания на электродвигатель, в то время как элемент обратной связи передает сигнал рассогласования на один из входов компаратора. Характер сигнала рассогласования зависит от типа элемента обратной связи и положения антенны. Вращение электродвигателя будет продолжаться до тех пор, пока антенна не займет положение, соответствующее сигналу управления.

Выбор необходимого спутника и, следовательно, вывод антенны в требуемую позицию осуществляется при помощи специального устройства управления -- позиционера.

Типы элементов обратной связи

Элемент обратной связи -- один из компонентов электропривода, предназначенный для получения специального сигнала, известного в теории управления как сигнал рассогласования. Конструктивно элемент обратной связи представляет собой датчик, чувствительный к определенным внешним воздействиям. Наибольшее распространение получили следующие типы датчиков: резистивные, герконовые, оптические и датчики Холла.

Резистивный датчик

Одним из самых первых, использованных в цепи обратной связи, был резистивный датчик. Он представляет собой потенциометр, величина напряжения на выходе которого зависит от положения движка, механически связанного с электродвигателем. При вращении антенны двигатель поворачивает также и движок потенциометра, к которому обычно подводится напряжение питания 4-5 В. Выходное напряжение представляет собой сигнал рассогласования.
Сигналом управления для компаратора является опорное напряжение, подаваемое с позиционера. Компаратор сравнивает опорное напряжение с напряжением обратной связи и включает электродвигатель через реле. Когда оба напряжения сравняются, т. е. когда будет «нулевая, ошибка», компаратор отключит электродвигатель.

Использование резистивного датчика дает меньшую точность по сравнению с другими вследствие зависимости сопротивления потенциометра от воздействия погоды, степени износа и загрязнения контактных поверхностей.

Герконовый датчик

В качестве элемента обратной связи успешно применяются магнитоуправляемые герметичные контакты -- герконы, представляющие собой два контакта из магнитного материала в стеклянном вакуумном баллоне, намагничивающиеся и замыкающиеся под действием магнитного поля.

На валу электродвигателя закреплен магнит, который вращается вместе с валом. В результате геркон замыкается при каждом обороте. Следовательно, сигналом обратной связи при использовании геркона является серия импульсов, соответствующая числу произведенных оборотов электродвигателя.

Положению каждого спутника соответствует определенное число импульсов, отличное от нуля. После выбора спутника требуемое значение количества импульсов загружается в контроллер, который определяет, является ли требуемое число больше или меньше текущего. В зависимости от полученного результата начнется вращение электродвигателя в ту или иную сторону на количество оборотов, соответствующее числу импульсов. Компаратор в этом случае включает электродвигатель, производит подсчет количества оборотов и, при совпадении с требуемым числом, отключает электродвигатель.

Оптический датчик

Аналогично рассмотренной выше схеме управления с герконом работает устройство с оптическим датчиком. Различие заключается в самой конструкции датчика. Здесь в качестве элемента обратной связи используются светодиод и фототранзистор.

В этой схеме непрозрачный с прорезью диск установлен в механизме электродвигателя. Светодиод и фототранзистор закреплены на противоположных сторонах диска так, чтобы излучение светодиода попадало на фототранзистор только через прорезь в диске. В результате фототранзистор генерирует импульс, который через буферный каскад (для придания ему соответствующей формы и амплитуды) поступает на компаратор.

Достоинством такой конструкции является более высокая точность в случае, когда на диске имеется несколько прорезей и, следовательно, каждому обороту будет соответствовать несколько импульсов, что делает эту схему также более помехозащищенной.

Продолжение. Часть 2

[Skylark]

Не похоже. Название не соотвествует да и содержание.

[Konstantin]

Skylark, можешь разместить фотографию или сканированную страницу содержания книги?

[Skylark]

Skylark, можешь разместить фотографию или сканированную страницу содержания книги?

Фото выложу попозже.

[Konstantin]

Буду ждать. Интересно.