- •Оглавление
- •Спутниковое телевидение
- •1.1Стабилизация положения спутника на геостационарной орбите
- •1.2Структура спутников-ретрансляторов телевизионного вещания
- •1.3Антенны спутника-ретранслятора
- •1.4Приемопередающий блок спутника-ретранслятора
- •1.5Некоторые параметры типового спутника-ретранслятора
- •2Терминология, определения
- •2.1Структура ретрансляции телевизионного сигнала по спутниковым каналам
- •2.2Потери при распространении электромагнитных волн от спутника к Земле и обратно
- •2.3Плотность потока мощности и эквивалентная изотропная излучаемая мощность
- •2.4Требования к равномерности спектра передаваемого телевизионного сигнала.
- •2.5Преимущества телевизионного вещания на свч через спутники-ретрансляторы
- •2.6Правовые вопросы телевизионного вещания по спутниковым каналам
- •2.7Распределение частотных диапазонов для спутников-ретрансляторов
- •2.8Индивидуальный и коллективный прием спутникового телевизионного вещания
- •2.9Спутники фиксированных средств связи — распределительные спутники фсс
- •2.10Передача телевизионной цифровой информации по спутниковым каналам
- •3Телевизионные сигналы, передаваемые по спутниковым каналам
- •3.1Способы модуляции при передаче телевизионной информации по спутниковым каналам
- •3.2Частотная полоса сигнала яркости
- •3.3Частотная полоса спутникового телевизионного канала
- •3.4Цифровая обработка аналогового сигнала
- •3.5Преобразование аналогового сигнала в цифровой
- •3.6Коды кодирования источника информации
- •3.7 Коды кодирования данных канала
- •3.8Свертка, сверточный код (convolution code)
- •3.9Квадратурная фазовая манипуляция 4-фм (qpsk). Квадратурная амплитудная манипуляция кам (qam)
- •3.10Основной принцип преобразования аналогового сигнала в цифровой код
- •3.11Частота дискретизации (частота отсчетов, выборок) видеосигнала
- •3.12Уровень отношения сигнал /шум для звукового сигнала в цифровом коде
- •4Устройства для приема со спутников-ретрансляторов
- •4.1Выбор устройств для приема со спутников-ретрансляторов
- •4.2Состав и назначение узлов внешнего блока приемного устройства
- •4.3Преобразователь (конвертер) частот: смеситель, гетердин, предварительный усилитель сигналов промежуточных частот
- •4.4Особенности внешнего блока для приема телевизионной информации, передаваемой цифровым способом
- •5Антенны для приема со спутников-ретрансляторов
- •5.1Требования, предъявляемые к антеннам для приема со спутников-ретрансляторов
- •5.2Основные определения параболоидных антенн для приема электромагнитных волн свч
- •5.3Основные параметры антенн для приема со спутников
- •5.4Наиболее распространенные типы параболоидных антенн для приема со спутников
- •5.5Антенны с передним питанием — прямофокусные, осесимметричные
- •5.6Направленные свойства параболоидных антенн
- •5.7Неосесимметричные (офсетные) антенны
- •5.8Активные фазированные антенные решетки (афаРы)
- •5.9Сферические антенные системы
- •5.9Первичные облучатели
- •5.10Требования, предъявляемые к собственной диаграмме направленности первичного облучателя
- •5.11Влияние положения первичного облучателя на направленность излучения антенны
- •5.12Поляризаторы электромагнитных волн
- •6Малошумящий предварительный усилитель сигналов свч
- •6.1Общие положения
- •6.2Требования по превышению уровня сигнала над уровнем шума
- •6.3Способы минимизации коэффициента шума
- •6.4Коэффициент усиления предварительного усилителя
- •6.5Структура предварительного малошумящего усилителя сигналов свч
- •6.6Особенности применения полевых арсенид-галлиевых свч транзисторов в малошумящем усилителе
- •7Преобразователь-конвертер внешнего блока
- •7.1Назначение
- •7.2Диоды в смесителе сигналов диапазона свч
- •7.3Физические процессы смешивания при частотном преобразовании сигналов
- •7.4Однодиодные смесители
- •7.5Двудиодные балансные смесители
- •7.6Смесители на транзисторах
- •7.7Гетеродин
- •7.8Усилитель сигналов промежуточных частот
- •7.9Результирующие коэффициенты шума и усиления внешнего блока
- •8Спутниковый телевизионный приемник аналоговых сигналов
- •8.1Основная структура
- •8.2Повышение помехоустойчивости чм сигналов при применении частотных демодуляторов
- •8.3Параметры и помехоустойчивость частотных демодуляторов
- •8.4Типовые, традиционные чм демодуляторы Частотный демодулятор с двухтактным дискриминатором на двух взаимно расстроенных контурах
- •8.5Частотные демодуляторы с фапч для выделения цифрового сигнала
- •8.6Частотно-обрабатывающие цепи видеосигнала и сигнала звука
- •8.7Способы выделения сигнала звукового сопровождения и другого звукового "материала"
- •8.8Недостатки аналоговых систем телевизионного вещания по спутниковым каналам
5.6Направленные свойства параболоидных антенн
Электромагнитные волны излучаются антенной через ее раскрыв (апертуру). Необходимым условием получения острой направленности излучения антенны, как отмечалось, является требование, чтобы все лучи, выходящие из фокуса зеркала (параболоида) и отраженные его поверхностью, излучались из раскрыва параллельным пучком.
Кроме этого, существует еще одно важное условие получения острой направленности параболоидной антенны. В раскрыве антенны излучение происходит элементарными электромагнитными полями, которые, интерферируя между собой, ослабляются к краям и усиливаются к центру. В результате излучаемые электромагнитные волны концентрируются в узком направлении. Это выполняется при условии, что площадь раскрыва антенны значительно больше квадрата длины волны, так называемого кроссовера. Степень концентрации зависит от их соотношения — чем большая площадь раскрыва антенны по отношению к кроссоверу или чем больший диаметр D антенны по отношению к длине волны Х, тем острее направленность и, как следствие, более высокий коэффициент усиления антенны.
Двузеркальные осесимметричные антенны — антенны Кассегрена
Двузеркальные осесимметричные антенны — антенны Кассегрена в силу своих достоинств нашли широкое применение в современных спутниковых и наземных передающих станциях. Используются они и для приема. Особенно удобны они при организации и ведении интерактивной связи.
Для пояснения принципа их работы целесообразно рассмотреть работу телескопа Кассегрена. Он состоит из двух зеркал и оптического приемника — человеческого глаза или фотоаппарата (рис. 5.6).
Из рис. 5.6 видно, что первичное зеркало — это большое вогнутое зеркало, которое собирает все лучи света, падающие на его поверхность, и отражает их в сторону вторичного, небольшого выпуклого зеркала, находящегося в его фокусе. Вторичное зеркало трюке отражает падающий на него поток света и направляет его в отверстие находящееся в средине первичного зеркала.
Падающие на поверхность первичного зеркала лучи от небесного светила практически параллельны оси телескопа и отраженные дважды они, фокусируются в отверстии, в котором располагается оптический приемник, т. е. человеческий глаз или фотоаппарат.
Антенна, использующая такой принцип сбора энергии, называется антенной Кассегрена. Схема ее конструкции изображена на рис. 5.7.
Как видно, поверхность контррефлектора симметрична и чаще всего это поверхность вращающегося гиперболоида, который имеет две фокусные точки F> и F2. Гиперболоид размещается таким образом, чтобы фокус F) (мнимый) совпадал с фокусом параболоида F, а фокус F, — с отверстием раскрыва первичного облучателя.
. Тогда фокус параболоида F становится виртуально кажущимся, мнимым.
Так как поверхность параболоида освещается отраженными от поверхности контррефлектора электромагнитными волнами; направленными на него первичным облучателем, то освещение параболоида (основного зеркала) будет таким, каким создает его первичный облучатель через контррефлектор. Поэтому для освещения контррефлектора нужен первичный облучатель больших размеров, чем для антенн с передним питанием.
Антенны Кассегрена имеют следующие преимущества перед антеннами с передним питанием. Как известно, для максимального использования площади раскрыва антенны необходимо обеспечить равномерное освещение поверхности параболоида, что, как видно из предыдущих рассуждений, у антенн с передним питанием получить довольно сложно, а у антенн Кассегрена получается относительно просто. Для этого изменяют (модифицируют) форму контррефлектора таким образом, чтобы некоторая часть энергии, попадавшая до модификации на центральную область основного зеркала (параболоида), перераспределялась бы к его краям и распределение электромагнитного поля по амплитуде в раскрыве антенны было бы близко к равномерному.
Так как размеры контррефлектора достаточно велики по сравнению с длиной волны (S контр > л ), то оказывается возможным получить быстрый спад излучаемой энергии за краями основного зеркала и обеспечить тем самым малый ее "перелив". Но модифицированная форма контрефлектора отличается от формы гиперболоида и Сферическая волна, падающая на такой контррефлектор и отраженная от него, уже отличается от сферической. Поэтому возникающие фазовые искажения компенсируются изменением формы основного зеркала так, чтобы за счет изменения длины пути, проходимой электромагнитными волнами, поле в раскрыве антенны стало бы однородным, синфазным.
- Особенно удобны для применения антенны Кассегрена, если необходимо вести передачи на разных частотах, то есть, если зеркало антенны необходимо освещать поочередно различными первичными облучателями, которые имеют разные размеры и конструкцию. У антенн с передним питанием замена первичного облучателя — весьма трудоемкий процесс, особенно когда антенна установлена на высоте, а у антенн Кассегрена все получается намного проще. Если, например, имеются несколько типов первичных облучателей пригодных для освещения одного и того же контррефлектора, то их поочередно можно помещать в середину параболоида. В тоже время может быть необходима и замена контррефлектора. Тогда создается единая конструкция — контррефлектор-первичный облучатель, жестко соединенные друг с другом, которую при необходимости можно снять и установить другую, если имеется достаточно большое отверстие в средине параболоида. Отверстие не уменьшает эффективную поверхность антенны, так как эта ее часть закрывается контррефлектором.
- У антенн Кассегрена более глубокий (короткофокусный) параболоид, т.е. более короткая антенна, поэтому выгодно использовать ее в разных климатических условиях совместно с обтекателем. Обтекатель антенны — это фторопластовая пленка или кожух, которые пропускают волны СВЧ. Он служит для защиты внутренней поверхности параболоида и первичного облучателя от атмосферных осадков и крепится впереди антенны. У антенн с непосредственным передним питанием фокус параболоида удален от поверхности и, следовательно, нужен в этом случае обтекатель гораздо больших размеров.
Двухзеркальная осесимметричная антенна Кассегрена с модифицированным параболоидом (основным зеркалом) и контррефле котором (вспомогательным зеркалом) является основным типом антенн, применяемых на наземных передающих станциях по линии
Земля — спутник, что связано с возможностью получения высоких электрических характеристик, с удобствами монтажа и обслуживания. На рис. 5.8 в качестве примера показана антенна Кассегрена.
Однако следует отметить, что необходимые сложные математические расчеты, требования по очень точному изготовлению параболоида больших размеров и гиперболоида (контррефлектора), делают антенны Кассегрена весьма дорогостоящей конструкцией.