- •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
7.7Гетеродин
Первый гетеродин в преобразовательном блоке для приема со спутников не перестраивается. В нем используется диэлектрический резонатор и поэтому гетеродин рассчитан на генерирование сигнала одной частоты. В современных конструкциях преобразователей предусматриваются два гетеродина для генерирования сигналов двух разных фиксированных частот. Для приема в диапазоне 10,9...11,7 ГГц первый гетеродин генерирует частоту 9,75 ГГц, а для приема в диапазоне 11,7...12,5 ГГц частота другого гетеродина 10,6 ГГц, и прием осуществляется переключением генерации с одного гетеродина на другой.
Гетеродин сигналов СВЧ реализуется обычно на диодах Ганна или на полевом транзисторе из арсенида галлия с диодами Шотки (одно или двузатворном).
Основные требования к гетеродину. Гетеродин должен иметь: С~ достаточную мощность генерируемого сигнала для работы
смесителя; низкий коэффициент гармоник;
- оптимальное согласование своего выхода со входом смесителя;
совместимость конструкции с интегральной гибридной техногией.
Абсолютная нестабильность его частоты не должна превышать +1,0 МГц для аналогового приема, а для цифрового — + 0,35 МГц при работе в широком диапазоне температур, смене атмосферных давлений и при длительной эксплуатации. Для удовлетворения перечисленным требованиям в схемах гетеродина могут применяться кварцевые резонаторы, резонаторы на поверхностно-акустических волнах (ПАВ) или диэлектрические резонаторы.
Кварцевые резонаторы обладают наилучшей температурной стабильностью и высокой собственной добротностью. Однако их рабочие частоты не превышают нескольких сотен мегагерц. Поэтому в гетеродинах, работающих в СВЧ диапазоне, для стабилизации частоты с помощью кварцевых резонаторов применяются умножительные и усилительные каскады, что ухудшает шумовые характеристики, снижает к.п.д., а также увеличивает массу, размеры, стоимость изготовления. Но, несмотря на это, из-за высокой стабильности гетеродины со стабилизацией частоты кварцевыми резонаторами широко используются в приемной технике СВЧ.
Резонаторы на ПАВ имеют рабочие частоты не выше 3,0 ГГц. По этой причине они не могут использоваться в первых гетеродинах для смесителей сигналов диапазона частот 10,7...12,7 ГГц, хотя и обладают высокой добротностью и хорошей температурной стабильностью, и конструкция их совместима с технологией гибридных интегральных схем.
Диэлектрические резонаторы. Широкое применение для стабилизации частоты первых гетеродинов находят диэлектрические резонаторы, собственная (ненагруженная) добротность на СВЧ которых составляет (5...10) 10 единиц. Материал, из которого изготовлен резонатор, имеет высокую диэлектрическую проницаемость. Магнитные и диэлектрические поля концентрируются главным образом в объеме резонатора, поэтому потери на излучение у него очень малые. Сигнал СВЧ, частота которого стабилизируется резонатором, протекая по МПЛ, возбуждает резонатор за счет электромагнитной связи, вблизи которой он расположен.
Обычно в гетеродинах СВЧ используется система: диэлектрический резонатор — микрополосковая линия (рис. 7.7), вместе образующие связанный фильтр. Коэффициент передачи р между ними (коэффициент связи) и добротность Q этого фильтра взаимозависимы. При реализации высокой добротности существенно улучшаются температурная стабильность и шумовые характеристики, но снижается коэффициент передачи (коэффициент связи). Настройка такого фильтра осуществляется или на требуемую добротность или на заданный коэффициент передачи с помощью стандартных измерителей S-параметров транзисторов.
Для точной подстройки частоты генерации в корпусе преобразовательного блока имеется подстроечный винт. Подстройка частоты генерации осуществляется механическим способом, при изменении воздушного зазора h и возможна в пределах +5% генерируемой частоты.
Возможность плавной подстройки частоты является важнейшей отличительной особенностью гетеродинов, стабилизированных диэлектрическим резонатором. Она позволяет существенно упростить настройку гетеродина точно на требуемую частоту, что особенно важно при массовом производстве.
Для повышения добротности системы между диэлектрическим резонатором и подложкой, на которой расположен гетеродин, размещают кварцевую пластину толщиной 0,5 мм. Экспериментально доказано, что наличие такой пластины повышает добротность системы и тем самым улучшает стабильность гетеродина.
Диэлектрический резонатор имеет вид небольшого цилиндра, у которого идеально отшлифованы боковые и торцевые поверхности. Для изготовления диэлектрических резонаторов используются керамические материалы с высокими значениями относительной диэлектрической проницаемости, поэтому диэлектрические резонаторы имеют малые размеры и низкие потери. Кроме этого, для них используются материалы, у которых температурные коэффициенты объемного расширения и коэффициенты относительной диэлектрической проницаемости имеют разные знаки, что позволяет существенно уменьшить температурный коэффициент нестабильности частоты (ТКЧ). Дополнительным способом, позволяющим увеличить температурную стабильность диэлектрического резонатора, является использование композиций из двух разных диэлектриков, образующих температурно-компенсированную структуру. В итоге, применение диэлектрического резонатора в качестве стабилизатора частоты колебаний гетеродина позволило подавить паразитные гармоники и уменьшить температурную нестабильность частоты гетеродина до +1,25 МГц при изменении температуры окружающей среды от — 20 до +50 'С.
промежуточные частоты внешнего блока
Первые ПЧ выбирались с учетом противоречивых требований, в том числе и с учетом требований по ширине частотной полосы.
С одной стороны, частотная полоса сигналов ПЧ должна быть достаточно широкой, чтобы обеспечить одновременное пропускание всех 40 (при аналоговом приеме) частотных спутниковых каналов. Поэтому значения ПЧ должны быть достаточно высокими. Кроме этого, чем выше ПЧ, тем легче:
-отфильтровать сигналы зеркального канала;
- подавить обратное излучение сигналов первого гетеродина;
- обеспечить во внутреннем блоке (спутниковом ресивере) перестройку второго гетеродина по частоте при выборе каналов (программ).
С другой стороны, значения ПЧ ограничивают, так как при очень высоких ПЧ значительно увеличивается стоимость усилительных каскадов сигналов ПЧ и стоимость коаксиального кабеля снижения, соединяющего внешний блок с ресивером. Кроме того:
- частота гетеродина должна лежать вне полосы принимаемых сигналов, чтобы не создавать помех абонентам, принимающим спутниковые сигналы в соседних диапазонах частот;
- в полосы частот первых ПЧ и их зеркальных каналов не должны попадать сигналы частот мощных наземных вещательных и других передатчиков.
С учетом приведенных условий и требований для первых ПЧ выбран (для Районов 1 и 3 спутникового телевизионного вещания) диапазон 950...1750 МГц (или расширенный диапазон — 950...2150 МГц), расположенный выше дециметрового диапазона частот наземного
телевизионного вещания и относящийся по международной классификации к ультравысоким частотам — УВЧ (DIRT-9).